Die 3 Stoffklassen der Elemente

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1 Die Art der Bindung hängt davon ab, wie stark die Atome ihre Valenzelektronen anziehen. Elektronegativität (Abb. 17, S. 114) Qualitative Angabe, wie stark die Atomrümpfe die Elektronen in der Valenzschale oder in einer Bindung anziehen. Bsp.: Li: EN = 1.0 : EN = 2.1 : EN = 2.5 F: EN = 4.0 schwache Anziehung starke Anziehung Die Elektronegativität hängt von der Ionisierungsenergie und von der Elektronenaffinität ab. 1 Wie verhält sich die EN im Periodensystem? Die 3 Stoffklassen der Elemente Atome unten links im PSE schwache Anziehung der Valenzelektronen Metall albmetall 2 Atome oben rechts im PSE starke Anziehung der Valenzelektronen Nichtmetalle 1

2 Polare Bindungen (Buch: Kap , S. 113 ff) O=O Br-Br - l-l N N unpolare / apolare Bindung? l? Partialladung δ 3 polare Bindungen Polarisierung Dipole Polare Bindungen δ+ l EN δ- Das bindende Elektronenpaar verschiebt sich zum Atom mit der höheren EN. Je grösser der EN-Unterschied ΔEN, umso polarer die Bindung ΔEN > 0.4 Polarität unpolar schwach polar polar 4 2

3 Kapitel 7: Polare Bindungen Moleküle mit mehreren polaren Bindungen: δ+ δ- O - + Ladungsschwerpunkte fallen nicht zusammen: Permanenter Dipol δ+ = δ- δ+ δ- O - + O Ladungsschwerpunkte fallen zusammen: Kein permanenter Dipol 5 Lesen Sie das Kapitel 7.4 Dipol-Moleküle Lösen Sie die Aufgabe A11 im Buch (Seite 115) 6 3

4 Aufgabe A11 7 Aufgabe A11 8 4

5 Wann ist ein Molekül ein Dipol? 1. at es polare Bindungen? Nein: kein Dipol Beispiele: O 2, 2 Falls Ja: 2. Ist die Ladung symmetrisch verteilt? Ja: kein Dipol (Ladungsschwerpunkte + und gleich) Beispiele: Br 4, O 2 Nein: Dipol Beispiele: 2 O, N 3 9 Die 3 zwischenmolekularen Kräfte Van der Waals - Kräfte Dipol-Kräfte Wasserstoffbrücken 10 5

6 7. Zwischenmolekulare Kräfte 7.1 Van-der-Waals-Kräfte Van-der-Waals-Kräfte: schwache Kräfte Kleine Bindungsenergie: kj/mol Starke Abstandsabhängigkeit (1/r 4 ) Johannes Diderik van der Waals ( ), niederländischer Physiker und Nobelpreisträger 1910, untersuchte die Anziehungskräfte, die zwischen Molekülen wirken. Diese zwischenmolekularen Kräfte, die so genannten Van-der-Waals-Kräfte, wurden später nach ihm benannt Van der Waals-Kräfte Siedepunkte von Edelgasen Atomgrösse Edelgase e (elium) Ne (Neon) Ar (Argon) Kr (Krypton) Siedetemp

7 7. Zwischenmolekulare Kräfte 7.1 Van der Waals-Kräfte Polarisierbarkeit von Atomen / Moleküle (Abb. 25, S. 116) Temporäre Verschiebung der Ladungsschwerpunkte e e e Ein Teilchen ist umso polarisierbarer, je mehr Elektronen es hat und je ausgedehnter das Elektronensystem ist. Temporäre und induzierte Dipole Zwischenmolekulare Kräfte 7.1 Van der Waals-Kräfte Stärke von Van-der-Waals-Kräften: starke Abstandsabhängigkeit (1/r 4 ) Grosse gemeinsame Oberfläche: starke v.d.w. Kräfte Kleine gemeinsame Oberfläche: schwache v.d.w Kräfte 14 7

8 7. Zwischenmolekulare Kräfte 7.2 Dipol-Wechselwirkungen 7.2 Dipol-Wechselwirkungen (Buch S. 116) Wirken zwischen permanenten Dipolen (Dipolmolekülen). Beruhen auf der gegenseitigen Anziehung der entgegengesetzt geladenen Pole. Die Dipole richten sich gegeneinander aus. Die relativ starken Dipol-Dipol-Kräfte hängen ab von: Polarität der Bindung (ΔEN) Molekülgestalt (Ladungsschwerpunkte) Wasserstoffbrücken (Buch S ) Die Siedetemperaturen von 2 O, N 3 und F sind deutlich höher als jene homologer Verbindungen. 16 8

9 Wasserstoffbrücken F F O N N N O O N Wasserstoffbrücken bilden sich zwischen den freien Elektronenwolken der Atome Fluor, Sauerstoff und Stickstoff und den -Atomen, die an diese Elemente gebunden sind, aus. Starke zwischenmolekulare Kraft à ca. 20 KJ/mol. 17 Schneekristalle Quelle: Snowrystals.com 18 9

10 Schneekristalle Quelle: Snowrystals.com 19 Struktur von Eis und Schnee interaktiv/jmoleis/ 20 10

11 Wasser Olivenöl fest flüssig flüssig fest 21 Wissenscha) Kultur Krea0vität Bildung 18g Schnee: Moleküle 22 Wissenscha) Kultur Krea0vität Bildung 11

12 1020 Temperaturabhängigkeit der Dichte von Eis und Wasser 1000 Dichte (kg/m 3 ) Temperatur ( ) 0 fest Temperatur ( ) 0 flüssig 4 flüssig 95 flüssig Dichte (kg/m 3 ) Vorgang anomal anomal normal 23 Aufgabe 1: Wie lassen sich die Dichteänderungen von Eis zu Wasser, sowie von Wasser zwischen 0 und 4 bzw. zwischen 4 und 95 erklären? a) Das Gitter bricht zusammen, Moleküle dringen in die ohlräume ein. b, c) Die Molekülverbände werden kleiner, mehr Moleküle in den ohlräumen. Die Teilchen bewegen sich schneller und driften auseinander

13 Anomalie des Wassers (Buch S ) Im Gegensatz zu den meisten Flüssigkeiten hat Wasser bei 0 die grössere Dichte als Eis bei 0. Flüssiges Wasser zeigt bei 4 sogar ein Dichtemaximum. Abb. 34, S. 120 Abb. 36, S Sommer erbst und Frühling Winter Eis Stagnation Zirkulation Stagnation Auswirkungen der Dichteanomalie in Seen 26 13

14 Oberflächenspannung des Wassers 27 Oberflächenspannung des Wassers im Teilchenmodell 28 14

15 Ein Molekül im Innern wird allseitig angezogen. Resultierende Kraft: 0 Ein Molekül an der Oberfläche erfährt eine senkrecht nach innen gerichtete Kraft. Wasser verhält sich, als hätte es eine gespannte, elastische aut. Die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist umso grösser, je stärker die Kräfte zwischen den Stoffteilchen Die grosse Oberflächenspannung des Wassers bewirkt, dass Wassertropfen Kugelform annehmen flache Gegenstände mit Dichte > 1000 g/l auf dem Wasser schwimmen. 29 Bedeutung der Wasserstoffbrücken Räumliche Struktur von Proteinen und DNA (Abb. 68 S. 380, Abb. 76 S. 385) Reissfestigkeit von Fasern (z.b. Nylon) 30 15

16 7. Zwischenmolekulare Kräfte Links ScW 31 16