aggregatzustände im teilchenmodell fest flüssig gasförmig gitterkräfte kohäsionskräfte...
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Aggregatzustände im TeilchenmodellAggregatzustände im Teilchenmodell
fest flüssig gasförmig Gitterkräfte Kohäsionskräfte
Energiezufuhr Energiezufuhr
Energiefreisetzung Energiefreisetzung
Schmelz- und SiedepunktSchmelz- und Siedepunkt
HO
H
HO
H
HO
H
Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte ( ), desto höher der Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt
des Stoffs.
HO
H
HO
H
intramolekularAtombindung
zwischenmolekular
Für die Beurteilung der Art und Stärke der zwischenmolekularen Kräfte, muss entschieden werden, ob es sich um Dipolmoleküle handelt.
ElektronegativitätC: 2.5 H: 2.1EN = 0.4 Bindungen (fast) unpolar
Elektronegativität Cl: 3.0 H: 2.1EN = 0.9 Bindung polar
ElektronegativitätO: 3.5 H: 2.1EN = 1.4 Bindungen stark polar
C
H
H
H
H O
H H
Methan Chlorwasserstoff Wasser
H Cl+ -
+ - - +
CH4 ist kein Dipol HCl ist ein Dipol H2O ist ein Dipol
- + - +
Zwischenmolekulare KräfteZwischenmolekulare Kräfte
- +- +
- +
- +
- + - +
- +
unpolare Moleküle polare Moleküle
temporäre Dipole permanente Dipole
nur Van der Waals-Kräfte
am schwächsten
zusätzlichDipol-Dipol-Kräfte
ohne H an O, N, F
zusätzlichWasserstoffbrücken
am stärksten
mit H an O, N, F
Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte
Heliumatom mitsymmetrischer Ladungs-
wolke
vorübergehend polarisiertesHeliumatom
temporärer Dipol
Elektrostatische Anziehung zwischen temporären, kurzlebigen Dipolen.
Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte
• Die Richtungsänderung der momentanen Dipole erfolgt sehr schnell.• Im zeitlichen Mittel heben sich die Dipolmomente auf, so dass ein unpolares Molekül kein permanentes Dipolmoment hat.
Unpolare Moleküle Siedepunkt
1)
68 °C ......................................................................................
.......................................................................................
2)
36 °C ......................................................................................
.......................................................................................
3)
27 °C ......................................................................................
.......................................................................................
4)
10 °C ......................................................................................
.......................................................................................
Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte
• je grösser die Anzahl Elektronen in einem Molekül (oder je grösser seine Masse)
• je grösser die Moleküloberfläche linear: grosse Oberfläche (Zylinder) verzweigt: kleine Oberfläche (Kugel)
Van der Waals-Kräfte sind umso stärker
PropanSiedepunkt: -42°C
PentanSiedepunkt: 36°C
2,2-Dimethylpropan: Siedepunkt: 10°C
3 C, 8 H26 Elektronen
5 C, 12 H42 Elektronen
5 C, 12 H42 Elektronen
Van der Waals-KräfteVan der Waals-Kräfte
• je grösser die Anzahl Elektronen in einem Molekül (oder je grösser seine Masse)
• je grösser die Moleküloberfläche linear: grosse Oberfläche (Zylinder) verzweigt: kleine Oberfläche (Kugel)
Van der Waals-Kräfte sind umso stärker
HexanSiedepunkt: 68°C
PentanSiedepunkt: 36°C
2,2-Dimethylpropan: Siedepunkt: 10°C
6 C, 14 H50 Elektronen
5 C, 12 H42 Elektronen
5 C, 12 H42 Elektronen
AufgabeAufgabe• Benenne folgende Verbindungen
• Ordne sie nach dem Siedepunkt
• Begründe die Reihenfolge
1)
2)
3)
O
Propan-2-on C3H6O32 Elektronen
Butan C4H10
34 Elektronen
2-Methylpropan C4H10
34 Elektronen
Siedepunkt Kräfte
56°C Van der Waals-KräfteDipol-Dipol-Kräfte
0.5°C Van der Waals-Kräftestärker, da linear
-11.5°C Van der Waals-Kräfteschwächer, da verzweigt
Ethanal C2H4O24 ElektronenDipol
Kohlenstoffdioxid CO2
22 Elektronenkein Dipol
Siedepunkt Kräfte
20°C Van der Waals-KräfteDipol-Dipol-Kräfte
-78°C Van der Waals-Kräfte(Sublimation)
C OO
CH3C
O
H
O
H H
O
H H
O
H H
O
H HO
H H
H-Brücken Verhältnis EN aktiv/passiv
2 aktive 1 : 1 1.42 passive
4 total
3 aktive 3 : 1 0.91 passive
4 total
1 aktive 1 : 3 1.93 passive
4 total
N
H HH
NH
H HN
HH
H
N
HH
H
N
H HH
H F H F
H F
H F
H F
Der Siedepunkt einer Verbindung ist umso höher
- je mehr Elektronen- je grösser die Moleküloberfläche (d.h. je linearer)
- je polarer die Verbindung
- je mehr H-Brücken insgesamt- je ausgeglichener das Verhältnis aktiv/passiv- je grösser die Polarität der Bindung
Van der Waalskräfte
Dipol-Dipol-Kräfte
H-Brücken
Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen
Anzahl Elektronen nimmt zu stärkere Van der Waals-Kräfte
Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen
Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen
Siedepunkte derSiedepunkte der Nichtmetall-Wasserstoff-VerbindungenNichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen
starke Wasserstoffbrücken
Anzahl Elektronen nimmt zu stärkere Van der Waals-Kräfte
0
1
2
3
4
5
6
7
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
C
As
Li
Na
K
Rb
Cs
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
B
Bi
H
Al P
Ge
Si
In
N
Br
I
Ga
S
F O
Te
Se
Pb
Cl
Elektronegativität der ElementeAnordnung nach Pauling
Kräfte zwischen ProteinkettenKräfte zwischen Proteinketten
Disulfidbrücke Wasserstoffbrücke Van der Waals-Kräfte Ionenbindung
Wasserstoffbrücken zwischen DNA-SträngenWasserstoffbrücken zwischen DNA-Strängen
Schmelz- und SiedepunktSchmelz- und Siedepunkt
HO
H
HO
H
HO
H
Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte ( ), desto höher der Siedepunkt bzw. Schmelzpunkt
des Stoffs.
HO
H
HO
H
intramolekularAtombindung
zwischenmolekular
Aufgabe 5
Verbindung stärkste Kräfte
H-Brücken 4 passive Stellen 1 aktive Stelle
H-Brücken 2 passive Stellen 1 aktive Stelle
Dipol-Dipol-Kräfte nur Van-der-Waals-Kräfte
H CO
O H
CH3 CH2 OH
CH3 CO
H
CH3 CH2 CH3
Aufgabe 6Verbindung stärkste Kräfte
CaO (Ca2+, O2 )
KF (K+, F )
Salz, Ionenbindung (Ladungen: +2e, -2e) Salz, Ionenbindung (Ladungen: +1e, -1e)
H-Brücken
4 passive Stellen 1 aktive Stelle
H-Brücken, linear 2 passive Stellen 1 aktive Stelle
H-Brücken, verzweigt 2 passive Stellen 1 aktive Stelle
Dipol-Dipol-Kräfte nur Van-der-Waals-Kräfte linear nur Van-der-Waals-Kräfte verzweigt
CH3 CH2 CH2 CH3
CO
O HCH3
CH3 CH CH3
OH
OH
CH2CH2CH3
CO
HC
O
H
CH3 CH CH3
CH3
Aufgabe 7
OH
CH3
HO
H
HO
H
HO
H
CH3 NH
H
HOH
HO H
HO
H
CH3 C CH3
O
HO
HHO
H
Oel/Wasser ohne Rühren mit Rühren
Gemische
Alkohol/Wasser
homogenLösung
heterogenEmulsion
B
Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen
A
stark stark
Diffusion
B
Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen
A
stark schwach
Entfernung der Trennwand
Mischbarkeit von MolekularverbindungenMischbarkeit von Molekularverbindungen
Mischbarkeit mit Wasser
Stoffe A Kräfte A……..A
Kräfte H2O……..H2O
Kräfte A……..H2O
Mischbar-keit
CH3–OH H-Brücken VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken sehr gut
CH3CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken sehr gut
CH3CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte
gut
CH3CH2CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte
gering
CH3CH2CH2CH2CH2–OH H-Brücken VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte
gering
CH3CH2CH2CH2CH2CH3 VdW-Kräfte H-Brücken VdW-Kräfte gar nicht
O
CH3–C–CH3
Dipol-Dipol-K. VdW-Kräfte
H-Brücken H-Brücken VdW-Kräfte
gut
Aufgabe 13
Hexan schlecht löslich, da keine H-Brücken mit Wasser möglich
Octanol schlecht löslich, H-Brücken möglich, aber unpolarer Teil zu gross
Cyclopentan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich
Methanol gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein
Trichlormethan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich
1-Chlorbutan schlecht löslich, keine H-Brücken mit Wasser möglich
Propanol gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein
Aceton gut löslich, H-Brücken mit Wasser möglich, unpolarer Teil klein
B
A
Octan VdW-Kräfte
Benzol VdW-Kräfte
Methanol H-Brücken
Wasser H-Brücken
VdW-Kräfte schlecht mischbar
VdW-Kräfte schlecht mischbar
H-Brücken gut mischbar
Aceton Dipol-Dipol-Kräfte
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte gut mischbar
H-Brücken gut mischbar
Cyclohexan VdW-Kräfte
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte schlecht mischbar
14.
B
A
Octan VdW-Kräfte
Benzol VdW-Kräfte
Methanol H-Brücken
Wasser H-Brücken
VdW-Kräfte schlecht mischbar
VdW-Kräfte schlecht mischbar
H-Brücken gut mischbar
Aceton Dipol-Dipol-Kräfte
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte gut mischbar
H-Brücken gut mischbar
Cyclohexan VdW-Kräfte
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte gut mischbar
VdW-Kräfte schlecht mischbar
14.
15. Welche der folgenden Stoffsysteme leiten den elektrischen Strom?
Ethanol/Wasser
NaCl/Wasser
Ether/Pentan
BaCl2/H2O
Al2O3/H2O
Name Formel
Art der Verbindung Hauptvalenzen stärkste Neben-valenzen
Wasser-löslichkeit
Aggregatzu-stand bei RT
Butan
Molekularverbindung unpolare Atom-bindungen
Van-der-Waals-Kräfte
sehr schlecht
(l) / g
Ethansäure
Molekularverbindung unpolare und polare Atom-bindungen
Wasserstoffbrücken gut (s) / l
Methanal
Molekularverbindung unpolare und polare Atom-bindungen
Dipol-Dipol-Kräfte gut (l) / g
Ammoniak
Molekularverbindung polare Atom-bindungen
Wasserstoffbrücken gut (l) / g
Kaliumiodid
KI (K+, I )
Salz (Ionenverbindung)
Ionenbindung gut s
Calciumcar-bonat
CaCO3 (Ca2+, CO3
2 )
Salz mit mehr-atomigem Ion (Ionenverbindung)
Ionenbindung zwischen Ca2+ und CO3
2 polare Atombind-ungen zwischen C und O
schlecht s
Benzol
Molekularverbindung unpolare Atom-bindungen
Van-der-Waals-Kräfte
sehr schlecht
l
NH
H
H
C OH
H
C CO
O H
H
HH
Si
C
CC
C
NameFormel
Art der Verbindung
Hauptvalenzen stärkste Neben-valenzen
Wasser löslich-keit
Aggregat-zustand bei RT
Kohlenstoff dioxid O=C=O
Molekularver-bindung
polare Atom-bindungen
Van-der-Waals-Kräfte
schlecht g
AluminiumoxidAl2O3
(2Al3+, 3O2)
Salz(Ionenver-bindung)
Ionenbindung sehr schlecht
s
Cu3Au metallischer StoffLegierung
metallische Bindung(Elektronengas)
nein s
Calciumchlorid-hexahydrat[Ca(H2O)6]Cl2
oderCaCl2 6H2O
Salzhydrat Ionenbindung zwischen [Ca(H2O)6]
2+ und Cl
polare Atombindungen zwischen H und O
Ion-Dipol-Kräfte zwischen Ca2+ und H2O
gut s
Siliciumcarbid, SiC
Atomkristall(Gitter wie bei Diamant)
polare Atombindungen
nein s