3 Fragen zu Zwischenmolekular

Zwischenmolekulare Kräfte sind die Kräfte, die zwischen Molekülen wirken und deren physikalische Eigenschaften wie Siedepunkt, Schmelzpunkt und Löslichkeit beeinflussen. Es gibt drei Haupttypen von zwischenmolekularen Kräften: 1. **Van-der-Waals-Kräfte (London-Dispersionskräfte)**: - Diese Kräfte entstehen durch temporäre Dipole, die durch die Bewegung der Elektronen in den Molekülen verursacht werden. - Sie sind in allen Molekülen vorhanden, unabhängig davon, ob diese polar oder unpolar sind. - Die Stärke der London-Dispersionskräfte nimmt mit der Größe und Masse der Moleküle zu. 2. **Dipol-Dipol-Kräfte**: - Diese Kräfte treten zwischen Molekülen auf, die permanente Dipole besitzen, also Moleküle mit einer ungleichmäßigen Verteilung der Elektronen. - Sie sind stärker als Van-der-Waals-Kräfte und wirken nur zwischen polaren Molekülen. - Ein Beispiel ist die Wechselwirkung zwischen HCl-Molekülen. 3. **Wasserstoffbrückenbindungen**: - Diese speziellen Dipol-Dipol-Kräfte treten auf, wenn ein Wasserstoffatom, das an ein stark elektronegatives Atom (wie Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff) gebunden ist, eine Wechselwirkung mit einem freien Elektronenpaar eines anderen elektronegativen Atoms eingeht. - Wasserstoffbrückenbindungen sind stärker als normale Dipol-Dipol-Kräfte und spielen eine wichtige Rolle in der Struktur von Wasser, Proteinen und DNA. **Wann welche Kräfte wirken können:** - **Van-der-Waals-Kräfte** wirken in allen Molekülen, sind jedoch besonders wichtig in unpolaren Molekülen und Edelgasen. - **Dipol-Dipol-Kräfte** wirken in polaren Molekülen, wo es eine permanente Ladungstrennung gibt. - **Wasserstoffbrückenbindungen** treten auf, wenn Wasserstoff an Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff gebunden ist und eine Wechselwirkung mit einem freien Elektronenpaar eines anderen Moleküls eingeht. Diese Kräfte bestimmen viele physikalische Eigenschaften von Substanzen und sind entscheidend für das Verständnis von chemischen und biologischen Prozessen.

Wenn im Wasser eine Stahlkugel gesprengt wird, treten mehrere physikalische Phänomene auf, die die zwischenmolekularen Kräfte beeinflussen: 1. **Druckwelle**: Die Explosion erzeugt eine starke Druckwelle, die sich durch das Wasser ausbreitet. Diese Druckwelle führt zu einer vorübergehenden Kompression der Wassermoleküle, wodurch die zwischenmolekularen Kräfte (hauptsächlich Wasserstoffbrückenbindungen) gestört werden. 2. **Kavitation**: Durch die schnelle Ausdehnung und anschließende Kompression des Wassers können Kavitationseffekte auftreten. Dabei entstehen und kollabieren kleine Dampfblasen, was zu extremen lokalen Druck- und Temperaturänderungen führt. Diese Kavitationseffekte können die zwischenmolekularen Kräfte weiter destabilisieren. 3. **Temperaturerhöhung**: Die Explosion setzt eine erhebliche Menge an Energie frei, die teilweise in Form von Wärme an das umgebende Wasser abgegeben wird. Eine Erhöhung der Wassertemperatur führt zu einer Zunahme der kinetischen Energie der Wassermoleküle, was die zwischenmolekularen Kräfte schwächt, da die Moleküle sich schneller bewegen und die Wasserstoffbrückenbindungen häufiger brechen und neu bilden. Insgesamt führt die Explosion zu einer vorübergehenden Störung und Schwächung der zwischenmolekularen Kräfte im Wasser, bis sich das System nach einiger Zeit wieder beruhigt und die Moleküle ihre ursprünglichen Bindungen wiederherstellen.

Die unterschiedlichen Siedetemperaturen von Ethanol (78 °C) und Ethan (−89 °C) lassen sich durch die Art und Stärke der zwischenmolekularen Kräfte erklären: **Ethan (C₂H₆):** - Ethan ist ein kleines, unpolares Molekül. - Zwischen Ethan-Molekülen wirken nur sehr schwache **Van-der-Waals-Kräfte** (auch London-Kräfte genannt). - Diese Kräfte entstehen durch kurzzeitige, zufällige Ladungsverschiebungen in den Molekülen. - Da diese Kräfte schwach sind, benötigen die Moleküle wenig Energie, um sich voneinander zu lösen und in den gasförmigen Zustand überzugehen. - Deshalb ist die Siedetemperatur von Ethan sehr niedrig (−89 °C). **Ethanol (C₂H₅OH):** - Ethanol besitzt eine polare Hydroxylgruppe (–OH). - Zwischen Ethanol-Molekülen wirken neben Van-der-Waals-Kräften auch **Dipol-Dipol-Kräfte** und vor allem **Wasserstoffbrückenbindungen**. - Die Wasserstoffbrückenbindungen entstehen, weil das Wasserstoffatom der –OH-Gruppe eine starke Anziehung zu den freien Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms benachbarter Moleküle ausübt. - Diese Wasserstoffbrücken sind deutlich stärker als die Van-der-Waals-Kräfte. - Um die Ethanol-Moleküle voneinander zu trennen, ist daher viel mehr Energie nötig. - Deshalb siedet Ethanol erst bei 78 °C. **Fazit:** Ethanol hat eine viel höhere Siedetemperatur als Ethan, weil zwischen Ethanol-Molekülen starke Wasserstoffbrückenbindungen wirken, während bei Ethan nur schwache Van-der-Waals-Kräfte vorhanden sind.