Kap. 7: Gruppenpuzzle Zwischenmolekulare Kräfte

7.2 Van-der-Waals-Kräfte
Individuelle Erarbeitung A & D
Individuelle Erarbeitung
Sie erarbeiten das Thema individuell indem Sie Texte lesen und Übungen
selbständig lösen. Formulieren Sie bei Unklarheiten (zur Theorie oder zu den
Übungen) konkrete Fragen an die Expertengruppe.
Lesen Sie im Buch s. 116 den Abschnitt zu den Van-der-Waals-Kräften
Lesen Sie den Text im Kasten auf dem Blatt
Fassen Sie das Wichtigste der Texte zusammen. Anhand der Zusammenfassung
sollten Sie die folgenden Fragen beantworten können.
Wie kommen spontane Dipole zustande?
Was versteht man unter induzierten Dipolen?
Zwischen welchen Teilchen wirken Van-der-Waals-Kräfte?
Wie kommt die Anziehung der Teilchen zustande?
Welche Parameter werden herangezogen, um die Stärke der Van-der-WaalsKräfte zu beurteilen?
Die Elektronen befinden sich in Molekülen und Atomen in ständiger Bewegung. Sie können
im einen Moment ziemlich regelmässig verteilt sein, im anderen Augenblick treten sie zum
grössten Teil auf einer Seite des Moleküls konzentriert auf. Damit wird der negative
Ladungsschwerpunkt vorübergehend und zufälligerweise auf diese Seite verschoben. Das
Teilchen weist vorübergehend eine negative δ- und ein positive Seite δ+ auf.
Stösst ein Teilchen, das ein spontaner temporärer Dipol ist, auf ein Nachbarteilchen, so
können dessen Elektronen die Elektronen des Nachbarteilchens wegstossen. Das
Nachbarteilchen wird ebenfalls zum temporären Dipol. Dies geschieht nun aber nicht zufällig,
sondern durch den Einfluss des Teilchens mit dem zufälligen, temporären Dipol. Es
entstehen auf diesem Wege induzierte Dipole.
Die Van-der-Waals-Kräfte sind die Folge der Anziehung zwischen den temporären
(kurzzeitigen) Dipolen. Teilchen, die sich einander dicht genug und mit der richtigen
Orientierung genähert haben, können sich aufgrund der unterschiedlich geladenen Enden
anziehen. Da aber die Elektronen sich in ständiger Bewegung befinden, und sich so die
Ladungsverteilung fortwährend ändert, sind diese Kräfte schwach und wirken nur auf
minimale Distanz.
Schreiben Sie neben die Elemente in Abb. 24 jeweils die Anzahl der Elektronen der
Edelgasatome oder der Elementmoleküle. Sämtliche Elektronen werden gezählt,
nicht nur die Valenzelektronen. Bsp. Brom, Br 2, 70eVergleichen Sie die Anzahl der Elektronen mit den Siedetemperaturen der Elemente.
Lösen Sie die Aufgaben A18c), A15, A16
(Buch s. 118)
CH3
Welches der Isomere hat die höhere
Siedetemperatur. Begründen Sie Ihre
Antwort.
H3C
H3C
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
C6H14 Hexan
CH
CH
CH3
CH3
C6H14 2,3-Dimethylbutan
7.3 Dipol-Wechselwirkung
Individuelle Erarbeitung B & E
Individuelle Erarbeitung
Sie erarbeiten das Thema individuell indem Sie Texte lesen und Übungen
selbständig lösen. Formulieren Sie bei Unklarheiten (zur Theorie oder zu den
Übungen) konkrete Fragen an die Expertengruppe.
Lesen Sie den Text im Kasten auf dem Blatt
Lesen Sie im Buch s. 115 den Abschnitt zu den Dipol-Molekülen
Lesen Sie im Buch s. 116 den Abschnitt zu den Dipol-Dipol-Kräften
Fassen Sie das Wichtigste der Texte zusammen. Anhand der Zusammenfassung
sollten Sie die folgenden Fragen beantworten können.
Welche Voraussetzungen muss ein Molekül erfüllen, damit es sich um ein DipolMolekül handelt?
Zwischen welchen Teilchen wirken Dipol-Dipol-Kräfte?
Wie kommt die Anziehung der Teilchen zustande?
Die Dipol-Dipol-Kräfte wirken zwischen Molekülen, die einen permanenten (dauernd
vorhandenen) Dipol bilden und beruhen auf der gegenseitigen Anziehung der
entgegengesetzt geladenen Pole. Das Auftreten und die Stärke der Kraft ist abhängig von
der Molekülgestalt und den EN-Werten der an den Bindungen beteiligten Atome. In
Molekülen, die als permanente Dipole in Erscheinung treten, fallen die positiven und
negativen Ladungsschwerpunkte nicht zusammen. Der positive Ladungsschwerpunkt des
einen Moleküls zieht den negativen Ladungsschwerpunkt eines anderen Moleküls an.
Lösen Sie die Aufgaben A17 und A18b)
(Buch s. 118)
Betrachten Sie Abb. 26. Welche der Gruppen (rot, grün, blau) enthalten permanente
Dipole? Welchen Einfluss hat das Vorhandensein von permanenten Dipolen auf die
Siedetemperatur?
Welches Molekül ist der stärkere Dipol? Begründen Sie Ihre Antwort.
a) HF oder HCl
b) H2S oder H2O
c) NH3 oder NCl3
Geben Sie an, ob es sich bei Hexan und Wasser jeweils um ein polares oder
unpolares Lösungsmittel handelt.
Hexan
Wasser
H H
H
H
C
H H
C
C
H
H
H
C
C
C
H H H
O
H
H
H
H
Wie lässt bei Seife (Natrium-Salz einer Fettsäure) die Polarität am besten
beschreiben? Wie sind polare und unpolare Bindungen verteilt?
H H
H
H
C
H H
H H
H H
H H
O
C
C
C
C
C
C
C
C
H
H H
H
C
H H H
C
C
C
C
C
HH
H H
HH
H H
HH
O
-
+
Na
7.4 Wasserstoffbrücken Individuelle Erarbeitung C & F
Individuelle Erarbeitung
Sie erarbeiten das Thema individuell indem Sie Texte lesen und Übungen
selbständig lösen. Formulieren Sie bei Unklarheiten (zur Theorie oder zu den
Übungen) konkrete Fragen an die Expertengruppe.
Lesen Sie im Buch s. 117 den Abschnitt zu den Wasserstoffbrücken
Lesen Sie den folgenden Abschnitt im Kasten.
Im Unterschied zu den van-der-Waals-Kräften und den Dipol/DipolWechselwirkungen
sind
Wasserstoffbrücken
stark
gerichtet.
Durch
Wasserstoffbrücken gebildete Strukturen sind daher sehr starr. Dies ist vor allem für
biologische Strukturen von grosser Bedeutung. 1
H
O
~180°
O
H
H
H
O
H
H
Donor, Akzeptor
Elektronenpaarbindung innerhalb des Moleküles
Wasserstoffbrücke zwischen zwei Molekülen
Im Vergleich mit den anderen beiden zwischenmolekularen Kräften sind
Wasserstoffbrücken starke Wechselwirkungen. Die Möglichkeit, Wasserstoffbrücken
aus zu bilden kann die Eigenschaften eines Stoffes erheblich verändern. Ohne
Wasserstoffbrücken wäre der Siedepunkt bei Wasser also wesentlich tiefer –
flüssiges Wasser wäre somit auf der Erde nicht anzutreffen.
Suchen Sie die Elektronegativitäten von H, N, O und F heraus und berechnen Sie die
ΔEN für die Bindungen H-F, H-O, H-N.
Betrachten Sie die Abbildung im Kasten. Überlegen Sie sich, weshalb der Begriff
Wasserstoffbrücke verwendet wird.
1
Leitprogramm Zwischenmolekulare Kräfte,
Labor für Organische Chemie, ETH-Hönggerberg, 8093 Zürich, Dr. Jan Frey, 2012
Fassen Sie das Wichtigste des Textes zusammen. Anhand der Zusammenfassung
sollten Sie die folgenden Fragen beantworten können.
Wie kommen stark positiv polarisierte Wasserstoffatome zustande?
Welche
Voraussetzungen
müssen
Moleküle
erfüllen,
so
dass
Wasserstoffbrücken gebildet werden können?
Weshalb
nennt
man
diese
Art
der
Zwischenmolekularen
Kraft
Wasserstoffbrücke?
Wie kommt die Anziehung der Teilchen zustande?
Wie steht die Stärke der Wasserstoffbrücken im Verhältnis mit der Stärke der
Dipol-Kräfte da?
Lösen Sie die Aufgaben A13, A14, A18a)
Buch s. 118
Kennzeichnen Sie in Abb. 26 diejenigen Moleküle, welche Wasserstoff-Brücken
ausbilden können. Erklären Sie die Abweichung vom Trend der Siedetemperatur in
Abb. 26.
Kennzeichnen Sie im folgenden Aceton-Molekül allfällige Akzeptor- und Donorstellen.
a) Können Wasserstoffbrücken auftreten, wenn nur Aceton-Moleküle vorhanden
sind?
b) Zu dem Aceton geben Sie nun Wasser. Zeichnen Sie die Wasserstoffbrücken
zwischen Aceton und Wasser ein. Achten Sie auf die Orientierung der
Wasser-Moleküle.
O
H
H
C
C
C
H
H
H
H
Übungen in Unterrichtsrunde
V.d.W
Min.
A15
Zusatz: (A16, A18c)
Dipol-Dipol-Kräfte
Min.
A18b)
Zusatz: (A17)
H-Brücke
Min. A14
Zusatz: (A13, A18c)

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