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Name: 10L1:
David J., Johannis K.
Marius Lindenthal, 2017-01


Bei Schmelz- und Siedetemperaturen bestimmter Stoffe spielen Van der Waals-Kräfte und Molekülmasse eine wichtige Rolle.

1. Molekülmasse:

Wärme entspricht der Bewegung der Teilchen. Je größer die Masse eines Teilchens, desto mehr Energie braucht man, um es in Bewegung zu setzten.

 

Beispiel: Vergleich zwischen Chlor und Sauerstoff

Atommasse:

Chlor 35,45u  > Sauerstoff 15,99u

Schmelztemperatur:

Chlor -101,5°C  > Sauersoff -218,3°C

Siedetemperatur: Chlor -34,6°C > Sauerstoff -183°C

 

2. Van der Waals-Kräfte

a) Entstehung (siehe auch Kapitel "Zwischenmolekulare Kräfte")

b) Je verzweigter das Teilchen ist, desto schlechter können Van der Waals-Kräfte wirken (Skizze)

 Entstehung von Van Der Waals-Kräften 01

Der Siedepunkt bzw. der Schmelzpunkt wird von zwischenmolekularen Kräften und der Molekülmasse beeinflusst.

Siedepunkt und Schmelzpunkt sind die Punkte, an dem ein Stoff den Aggregatzustand wechselt. (Siedepunkt: flüssig zu gasförmig / Schmelzpunkt: fest zu flüssig). Hierbei spielt die Eigenbewegung der einzelnen Moleküle eine wichtige Rolle, wie sie im nächsten Abschnitt erklärt wird.

 

Teilchenmodell:

Bei einem festen Stoff sind die Moleküle "gitterförmig", mit einer bestimmten Eigenbewegung, miteinander verbunden. Wird diesem Stoff Energie zugeführt, schwingen die Moleküle schneller, der Stoff erwärmt sich. Wird weiterhin Energie hinzugefügt, schwingen die Moleküle irgendwann so schnell, dass der Verband auseinanderbricht und der Stoff den Aggregatzustand vom festen ins flüssigen Aggregatzustand wechselt (Schmelzpunkt).

Fügt man nun weiterhin Energie zu, schwingen die Moleküle nach einer gewissen Zeit so schnell, dass sie den flüssigen Verbund verlassen und in den gasförmigen wechseln. Hier ist die Eigenbewegung der Moleküle regellos, und zwischenmolekulare Kräfte existieren nicht mehr, da der Abstand der Moleküle zu groß ist.

Die Temperatur, bei der ein Stoff den Aggregatzustand wechselt, ist zum einen vom Molekulargewicht und zum anderen von zwischenmolekularen Kräften abhängig.

 

Molekulargewicht:

Je schwerer ein Molekül ist, desto mehr Energie benötigt man um es in Schwingung zu setzen. Demnach muss auch der Siede/- und Schmelzpunkt höher liegen.

Beispiel                 :       Chlor                                                      Sauerstoff

Masse                   :       35,45u                                                   15,99u

Schmelztemperatur:      -101,5°C                                                -218,3

Siedetemperatur     :      -34,6°C                                                 -183°C

 

Zwischenmolekulare Kräfte:

In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf drei Arten von zwischenmolekularen Kräften:

- Van-Der-Waalskräfte

- Wasserstoffbrückenbindungen

Diese drei Kräfte werden in dem Kapitel Zwischenmolekulare Kräfte erklärt.

 

Van-Der-Waalskräfte:

In der organischen Chemie gibt es oftmals sehr lange Kohlenstoffketten. Je länger diese Kette ist, desto höher liegen Schmelz/- und Siedepunkt. Dies ist sehr einfach zu erklären. Je länger die Kohlenstoffkette ist, umso wahrscheinlicher ist es, dass Van-Der-Waalskräfte auftreten, da es aufgrund der Länge viel mehr Möglichkeiten gibt, an denen diese zwischenmolekularen Kräfte auftreten können. Hinzu kommt, dass die Molekülmasse stetig ansteigt.

Beispiel:                     Ethan                                                     Nonan

Schmelztemperatur:   -172°C                                                    -54°C

Siedetemperatur    :   -89°C                                                      151°C


Allerdings ist zu beachten, dass es sich hier um eine "unverzweigte" Kohlenstoffkette handelt. Bei einer, an mehreren Stellen verzweigten Kohlenstoffkette, gibt es, im Vergleich zu Isomeren ohne Verzweigung, nicht mehr so viele Möglichkeiten, an denen die Van-Der-Waalskräfte wirken können. Demnach liegen Siede/- und Schmelzpunkt niedriger.

Beispiel:                Hexan                                              2,3-Dimethylbutan

Siedetemperatur:   69°C                                                   58°C

 

Wasserstoffbrückenbindungen:

Wasserstoffbrückenbindungen treten in der organischen Chemie vor allem in der Gruppe der Alkohole auf. 

Bsp: H3C-CH2-OH

Das Sauerstoffatom besitzt die Elektronegativitätszahl 3,44, während das Wasserstoffatom die Elektronegativitätszahl 2,2 besitzt. Die Elektronegativitätsdifferenz dieser Bindung beträgt also ΔEN=1,24. Daher "zieht" das Sauerstoffatom das Binungselektron eher zu sich und ist desshalb negativ geladen, während das Wasserstoffatom logischerweise positiv geladen ist. Aufgrund dieser auftretenden Wechselwirkungen ziehen sich die Moleküle untereinander an. Bei der Gruppe der Alkohole wirken also sowohl Van-Der-Waalskräfte, als auch Wasserstoffbrückenbindungen, was dafür sorgt, dass der Siede/- und Schmelzpunkt höher als bei Alkanen der vergleichbaren Masse liegt. 

Beispiel:                      Propan                                                Propan(1)ol

Schmelztemperatur:    -187°C                                                 -126°C

Siedetemperatur    :    -42°C                                                    97°C

 

 

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