7.2 Van-der-Waals-Kräfte Individuelle Erarbeitung A & D

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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-Waals- Kräfte 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, Br2, 70e-

Vergleichen Sie die Anzahl der Elektronen mit den Siedetemperaturen der Elemente.

Lösen Sie die Aufgaben A18c), A15, A16 (Buch s. 118)

Welches der Isomere hat die höhere Siedetemperatur. Begründen Sie Ihre

Antwort. C6H14 Hexan C6H14 2,3-Dimethylbutan

C H₃

CH₂ CH₂

CH₂CH₂ CH₃

C H₃

CH CH

CH₃ CH₃

CH₃

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7.3 Dipol-Wechselwirkung Individuelle Erarbeitung B & E

Individuelle Erarbeitung

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 Dipol- Molekül handelt?

Zwischen welchen Teilchen wirken Dipol-Dipol-Kräfte?

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

C C C

C C

C H H

H H

H H H H

H H H

H H

H

O

H H

Wie lässt bei Seife (Natrium-Salz einer Fettsäure) die Polarität am besten beschreiben? Wie sind polare und unpolare Bindungen verteilt?

Na⁺ C

C C C C

O^- O C

C H H

H H

H H H H

H H H

H H

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7.4 Wasserstoffbrücken Individuelle Erarbeitung C & F

Individuelle Erarbeitung

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/Dipol- Wechselwirkungen sind Wasserstoffbrücken stark gerichtet. Durch Wasserstoffbrücken gebildete Strukturen sind daher sehr starr. Dies ist vor allem für biologische Strukturen von grosser Bedeutung.¹

O

H H

O

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

~180°

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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 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.

C C C O

H H H H

H H

Übungen in Unterrichtsrunde

V.d.W Dipol-Dipol-Kräfte H-Brücke Min. A15

Zusatz: (A16, A18c)

Min. A18b) Zusatz: (A17)

Min. A14

Zusatz: (A13, A18c)