Organische Chemie: Schmelz- und Siedepunkte von Alkanen und Alkenen

Name: 
Dennis Kratz 2021-01

Allgemeines über Alkane:

- Als Alkane (auch bekannt als Paraffine) bezeichnet man in der organischen Chemie eine Stoffgruppe einfacher Kohlenstoffe, welche außerdem gesättigt sind.

- Kohlenstoffverbindungen mit Doppelbindungen werden hierbei als Alkene bezeichnet.

- Kohlenstoffverbindungen mit Dreifachbindungen werden als Alkine bezeichnet.

- Unverzweigte Kohlenstoffketten werden auch als n-Alkane benannt, während verzweigte Kohlenstoffketten als iso-Alkane bezeichnet werden.

Schmelz-und Siedepunkte im Allgemeinen:

- Schmelzpunkt ist der Punkt, bei dem ein Stoff vom festen in den flüssigen Aggregatzustand übergeht.

- Beim Siedepunkt geht der Stoff vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über.

Schmelz-und Siedepunkte bei Alkanen und Alkenen:

Schmelz- und Siedepunkte sind abhängig von der Molekülmasse sowie den zwischenmolekularen Kräften der Atome, da diese die einzelnen Teilchen zusammenhalten. Die zwischenmolekularen Kräfte werden oft auch als zwischenmolekulare Wechselwirkungen bezeichnet. Beide Begriffe sind synonym.

Zwischenmolekulare Kräfte, welche zwischen den einzelnen Kohlenstoffen der Alkanen wirken, werden als Van-der-Waals-Wechselwirkungen bezeichnet. Es gibt bei polaren Verbindungen oft auch Dipol-Dipolkräfte sowie Wasserstoffbrückenbindungen.

Je stärker die zwischenmolekularen Kräfte sind, desto höher sind Smp und Ssdp!

Die Wechselwirkungen werden in diesem Artikel genauer erklärt: Einfluss von Molekülmasse und Van der Waals-Kräften auf die Schmelz- und Siedepunkte

Wie ist nun der Zusammenhang zwischen Masse, Wechselwirkungen und den Smp. und Sdp.?

Jedes Teilchen, egal ob Atom oder Molekül hat eine Eigenbewegung. Man nennt diese auch Brown'sche Molekularbewegung. Man kann sie sich als "Zittern" oder "Schwingen" vorstellen. In Feststoffen bewegen sich die Teilchen kaum, so dass sie in einem festen und geordnetem Zustand vorliegen (z.B. Salzkristall (=Ionengitter), Eiskristall, Metallgitter. Möchte man nun den Aggregatzustand wechseln, so muss dieser geordnete Zustand aufgebrochen werden.

Schmelzen: Fügt man nun dem System Wärme zu, nimmt die Eigenbewegung der Teilchen proportional zu. Je mehr Wärme zugefügt wird, desto stärker wird das Zittern der Teilchen. Irgendwann ist es so stark, dass der Zusammenhalt des Feststoffes aufgebrochen wird, dann ist die Substanz flüssig.

Beim Sieden passiert das gleiche: die Teilchen in der Flüssigkeit zittern so stark, dass sie durch Kollisionen aus der Flüssigkeit hinausgestoßen werden und in die Gasphase gelangen.

Wie ist nun der Einfluss der genannten Faktoren?

• Je höher die Masse eines Teilchens ist, desto langsamer schwingt es. Man braucht also mehr Energie, folglich mehr Wärme, um es so stark in Schwingung zu versetzten, dass es den Aggregatzustand wechseln kann.
  
• Zwischenmolekulare Kräfte (WBB, VdW-Kräfte und Dipol-Dipol-Kräfte) halten die Teilchen fest zusammen, sodass sie gar nicht so stark zittern können. Folglich ist also mehr Energie (Wärme) notwendig, um es so stark in Schwingung zu versetzten, dass es den Aggregatzustand wechseln kann.

Die Stärke dieser VdW-Kräfte ist abhängig von einigen Faktoren:

- Anzahl der Elektronen im Molekül, je mehr Elektronen im Atom vorliegen, desto stärker sind die VdW-Kräfte, da eine stärkere asymmetrische Verteilung möglich ist

- Je verzweigter ein Molekül ist, desto schwächer sind VdW-Kräfte

- Außerdem ist durch eine höhere Molekülmasse die Eigenbewegung der Teilchen zunehmend eingeschränkt, weshalb Smp und Sdp ebenfalls ansteigen

Verlauf von Smelz- und Siedepunkten bei Alkanen:

Schmelz- und Siedepunkte bei Alkanen (Klicken zum Vergrößern)

Wertetabelle:

--> Aus der Tabelle lässt sich eine allgemein Regeln entnehmen: Je länger die Kette der unverzweigten Alkane ist, desto höher sind Schmelz- und Siedepunkte!