Zwischenmolekulare Kräfte
1.
Die Siedepunkte der folgenden Stoffe betragen:
Ethan C2H6 (-89 °C), Formaldehyd CH2O (-21 °C) und Methanol CH3OH (+65 °C).
Bestimmen Sie für die drei Moleküle, ob Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte und Wasserstoffbrücken wirken. Vergleichen Sie die Siedetemperaturen der drei Stoffe mit den wirksamen Kräften. Vergleichen Sie die Stärke der Zwischenmolekularen Kräfte
.
Ethan C2H6 (-89 °C)
Formaldehyd CH2O (-21 °C)
Methanol CH3OH (+65 °C)
C C H H
H H H H
C
H H
O
C H H
H O
H
VdW X X X
Anzahl e- 18 16 18
Teilchen- oberfläche
- - -
Dipol-Dipol O X X
ΔEN Unpolar Polar Polar
Ladungs- schwerpunkte
- Fallen nicht zusammen Fallen nicht zusammen
Wasserstoffbrücken O O X
Donator Nein Nein Ja
Akzeptor Nein Ja Ja
Für die Stärke der Kräfte zwischen Molekülen vergleichbarer Grösse gilt :
Dipol-Dipol-Kräfte und Wasserstoffbrücken > Dipol-Dipol-Kräfte ohne Wasserstoffbrücken > nur VdW
2.
Zu den drei Stoffen Ammoniak, Fluor und Chlorwasserstoff gehören die drei Siede- temperaturen -188°C, -85°C und -33°C.
Finden Sie heraus, welche Zwischenmolekularen Kräfte zwischen den Molekülen des Stoffes wirken. Weisen Sie im Anschluss die drei Siedetemperaturen zu.
Ammoniak NH3
(-33°C)
Fluor F2
(-188°C)
Chlorwasserstoff HCl (-85°C) H N H
H
F F H Cl
VdW x x x
Anzahl e- 10 18 18
Teilchen- oberfläche
- - -
Dipol-Dipol x O x
ΔEN ΔEN: 0.9 ΔEN: 0 ΔEN: 0.9
Ladungs- schwerpunkte
Fallen nicht zusammen - Fallen nicht zusammen
Wasserstoffbrücken x O O
Donator Ja Nein Nein
Akzeptor Ja Ja Nein
3.
Von den drei folgenden Stoffen ist einer bei Raumtemperatur fest, einer flüssig und einer gasförmig. Ordnen Sie diesen Stoffen die Aggregatzustände zu und begründen Sie Ihre Mei- nung.
C
N N
O
H H H
H
C C H H
H H H
C C H H H
H
H C C
C O
H H H H
H H
Harnstoff Butan Aceton
fest, H-Brücken (Dipol-Dipol, VdW) gasförmig, nur VdW flüssig, Dipol-Dipol, VdW
4.
a) Von welchen Faktoren hängt die Stärke der Van der Waals-Kräfte ab?
Anzahl e-, Oberfläche des Moleküls (Verzweigung)
b) Ordnen Sie die Siedetemperaturen -42°C, 98°C, 280°C den Stoffen Heptan (C7H16), Propan (C3H8) und Hexadecan (C16H34) zu.
Propan (C3H8) -42°C, Heptan (C7H16) 98°C, Hexadecan (C16H34) 280°C c) Welchen dieser Stoffe findet man in Campinggas? Propan
d) Alle drei folgenden Moleküle haben die Summenformel C5H12. Ordnen Sie die Moleküle nach aufsteigendem Siedepunkt.
C
H3 CH3 H3C
CH3 CH3
C
H3 CH3 CH3
CH3
Siedetemperatur > >
Die Moleküle mit Verzweigung können einander weniger nahe kommen und weniger starke Van-der-Waals-Kräfte untereinander ausbilden. Die Siedetemperatur von verzweigten Molekülen liegt daher tiefer als diejenige von unverzweigten Ketten.
In den Skelettformeln (s.o.), werden die Wasserstoffatome jeweils nicht gezeichnet. Jeder Richtungswechsel der Kette steht für ein Kohlenstoffatom. Für das erste Molekül wurde zur Illustration zusätzlich die Struktur mit allen Atomen gezeichnet. Die Verzweigung ist jedoch in der Skelettformel besser ersichtlich.
C C
C C
C H H
H
H H
H H
H H H
H H
5.
Zeichnen Sie Wasserstoffbrücken ein.
6.
a) Zeichnen Sie bei den folgenden Molekülen sämtliche Wasserstoffbrücken-Donatoren und –Akzeptoren ein.
b) Bilden die Moleküle Wasserstoffbrücken mit gleichen Molekülen?
c) Bilden sie mit Wasser gemischt Wasserstoffbrücken?
Aminomethan Fluorethan Ethanol
b) ja b) nein (nur Akzeptor) b) ja
c) ja c) ja c) ja
7.
a) Zeichnen Sie bei polaren Bindungen die Partialladungen (δ+, δ-) ein.
b) Zeichnen Sie ein, wo sich die beiden Ladungsschwerpunkte befinden (+, -)
c) Welche räumliche Struktur (linear, pyramidal, tetraederisch…) haben die Moleküle?
d) Handelt es sich bei den folgenden Molekülen um permanente Dipole?