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18.02.14
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Die Art der Bindung hängt davon ab, wie stark die Atome ihre Valenz-elektronen 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 H: EN = 2.1 C: EN = 2.5 F: EN = 4.0 schwache Anziehung starke Anziehung
Die Elektronegativität hängt von der Ionisierungsenergie und von der Elektronen-affinität ab.
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Wie verhält sich die EN im Periodensystem?
Atome unten links im PSE
schwache Anziehung der Valenzelektronen
Metall
Atome oben rechts im PSE
starke Anziehung der Valenzelektronen
Nichtmetalle
Halbmetall
Die 3 Stoffklassen der Elemente
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Polare Bindungen (Buch: Kap. 7.3 + 7.4, S. 113 ff)
H-H
O=O N≡N Br-Br
Cl-Cl
Partialladung δ
? H – Cl ?
unpolare / apolare Bindung
polare Bindungen Polarisierung Dipole
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Polare Bindungen
Das bindende Elektronenpaar verschiebt sich zum Atom mit der höheren EN.
EN 2.1 3.0
Je grösser der EN-Unterschied ΔEN, umso polarer die Bindung
polar unpolar Polarität
> 0.4 0 ΔEN
H Cl – δ- δ+
0 – 0.4
schwach polar
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
O
H C O O H
+
- - +
Ladungsschwerpunkte fallen nicht zusammen: Permanenter Dipol
Ladungsschwerpunkte fallen zusammen: Kein permanenter Dipol
=
δ-
δ+
δ+
δ+ δ- δ-
Moleküle mit mehreren polaren Bindungen:
Kapitel 7: Polare Bindungen
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Lesen Sie das Kapitel 7.4 Dipol-Moleküle Lösen Sie die Aufgabe A11 im Buch (Seite 115)
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Aufgabe A11
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Aufgabe A11
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Wann ist ein Molekül ein Dipol?
1. Hat es polare Bindungen? Nein: kein Dipol Beispiele: O2, H2 Falls Ja:
2. Ist die Ladung symmetrisch verteilt? Ja: kein Dipol
(Ladungsschwerpunkte + und – gleich) Beispiele: CBr4, CO2
Nein: Dipol
Beispiele: H2O, NH3
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Die 3 zwischenmolekularen Kräfte
Van der Waals - Kräfte
Dipol-Kräfte Wasserstoffbrücken
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Van-der-Waals-Kräfte: schwache Kräfte
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.1 Van-der-Waals-Kräfte
Kleine Bindungsenergie: 0.5–5 kJ/mol Starke Abstandsabhängigkeit (1/r4)
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), 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.
Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Atomgrösse
Siedepunkte von Edelgasen
-152 Kr (Krypton)
-186 Ar (Argon)
-246 Ne (Neon)
-269 He (Helium)
Siedetemp. °C Edelgase
7.1 Van der Waals-Kräfte
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Polarisierbarkeit von Atomen / Moleküle (Abb. 25, S. 116)
He He He
Temporäre Verschiebung der Ladungsschwerpunkte
Ein Teilchen ist umso polarisierbarer, je mehr Elektronen es hat und je ausgedehnter das Elektronensystem ist.
Temporäre und induzierte Dipole
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.1 Van der Waals-Kräfte
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Stärke von Van-der-Waals-Kräften: starke Abstandsabhängigkeit (1/r4)
Grosse gemeinsame Oberfläche: starke v.d.W. Kräfte
Kleine gemeinsame Oberfläche: schwache v.d.W Kräfte
C C
C C
C C
C C
C C
C C
C C
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.1 Van der Waals-Kräfte
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.2 Dipol-Wechselwirkungen
7.2 Dipol-Wechselwirkungen (Buch S. 116)
Wirken zwischen permanenten Dipolen (Dipol-molekülen). 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)
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
7.3 Wasserstoffbrücken (Buch S. 117-118)
Die Siedetemperaturen von H2O, NH3 und HF sind deutlich höher als jene homologer Verbindungen.
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
H HF F
O
O
OH
H
H
H
H
H
H HH
H
H
H HH
H
H HH
N NN
N
Wasserstoffbrücken bilden sich zwischen den freien Elektronen-wolken der Atome Fluor, Sauerstoff und Stickstoff und den
H-Atomen, die an diese Elemente gebunden sind, aus. Starke zwischenmolekulare Kraft à ca. 20 KJ/mol.
Wasserstoffbrücken
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Schneekristalle Quelle: SnowCrystals.com
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Schneekristalle Quelle: SnowCrystals.com
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Struktur von Eis und Schnee
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/chemie/material/lehr/bilder/interaktiv/jmoleis/
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Wasser Olivenöl
flüssig
fest
fest
flüssig
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
18g Schnee: 6.1023 Moleküle
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Temperaturabhängigkeit der Dichte von Eis und Wasser
900
920
940
960
980
1000
1020
-20 0 20 40 60 80 100
Temperatur (°C)
D
icht
e (k
g/m
3 )
Temperatur (°C)
0°C fest
0°C flüssig
4°C flüssig
95°C flüssig
Dichte (kg/m3) 916.8 999.8 1000 961.9 Vorgang
anomal anomal normal
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Aufgabe 1:
Wie lassen sich die Dichteänderungen von Eis zu Wasser, sowie von Wasser zwischen 0°C und 4°C bzw. zwischen 4°C und 95°C erklären?
a) Das Gitter bricht zusammen, Moleküle dringen in die Hohlräume ein.
b, c) Die Molekülverbände werden kleiner, mehr Moleküle in den Hohlräumen.
Die Teilchen bewegen sich schneller und driften auseinander.
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Anomalie des Wassers (Buch S. 118-120)
Im Gegensatz zu den meisten Flüssigkeiten hat Wasser bei 0°C die grössere Dichte als Eis bei 0°C. Flüssiges Wasser zeigt bei 4°C sogar ein Dichtemaximum.
Abb. 34, S. 120 Abb. 36, S. 120
7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Auswirkungen der Dichteanomalie in Seen
Herbst und Frühling Winter Sommer
4° C
0 - 4° C
4° C
4 - 15° C
15° C
Stagnation Zirkulation Stagnation
Eis
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Oberflächenspannung des Wassers
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Oberflächenspannung des Wassers im Teilchenmodell
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
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 Haut.
Die grosse Oberflächenspannung des Wassers bewirkt, dass
• Wassertropfen Kugelform annehmen • flache Gegenstände mit Dichte > 1000 g/l auf dem Wasser schwimmen.
Die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist umso grösser, je stärker die Kräfte zwischen den Stoffteilchen
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7. Zwischenmolekulare Kräfte – 7.3 Wasserstoffbrücken
Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung
Bedeutung der Wasserstoffbrücken
Räumliche Struktur von Proteinen und DNA (Abb. 68 S. 380, Abb. 76 S. 385)
Kapitel 7: Moleküle und molekulare Stoffe
Reissfestigkeit von Fasern (z.B. Nylon)
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Wissenscha) Kultur Krea0vität | Bildung 18.02.14 ScW
Links
http://de.wikipedia.org/wiki/Atombindung http://www.seilnacht.com/Lexikon/psepaar.htm http://www.chemie-macht-spass.de/2003-phaenomen-wasser.html http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/chemie/material/lehr/bilder/interaktiv/jmoleis/
7. Zwischenmolekulare Kräfte
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