Zwischenmolekulare Kräfte
Moleküle sind neutrale Gebilde, daher sollte es eigentlich keine elektrischen Anziehungskräfte geben. Jedoch gibt es viele flüssige oder feste Stoffe, die aus Molekülen bestehen. Ein flüssiger oder fester Zustand setzt voraus, dass Kräfte zwischen den Teilchen wirken.
Zufällige Elektronenverschiebung- Van der Waals-Kräfte
1880 erkannte Van der Waals, dass auch zwischen Gasmolekülen geringe Anziehungskräfte auftreten müssen, die die Kondensation eines Gases zu einer Flüssigkeit ermöglichen. 1930 wurde die Entstehung dieser schwachen Kräfte aufgeklärt. Bei unpolaren Molekülen und Edelgasatomen schwingen die Elektronen um eine Mittellage. Positive und negative Ladungsschwerpunkte fallen nur im zeitlichen Mittel zusammen. Dabei ist nah außen keine Ladungsverschiebung feststellbar.
Beim Abkühlen werden die Gasteilchen stark verlangsamt, wodurch sie sich so nahe kommen, dass sich die Schwingungen der Elektronenhülle auf alle Teilchen ----> sie schwingen im „Gleichtakt“
Dadurch treten Anziehungskräfte auf, die die Teilchen zusammenhalten.
Die Stärke der Van der Waals-Kräfte steigt mit der Zahl der Elektronen, die schwingen, somit steigt auch die Masse der Moleküle an und deshalb steigen auch der Schmelz- und Siedepunkt.
Stoffe aus kleinen, unpolaren Teilchen haben niedrige Schmelz- und Siedepunkte ----> leicht flüchtig
Stoffe aus großen, unpolaren Teilchen ----> schwer/nicht flüchtig
Dauernde Elektronenverschiebung -- Dipolanziehung
Neben den Van der Waals-Kräften können zwischen Dipolmolekülen beträchtliche Anziehungskräfte herrschen. Daher liegen die Siedepunkte polarer Stoffe höher.
Extrem starke Elektronenverschiebungen -- Wasserstoff-Brücken
Wenn Dipolmoleküle Wasserstoffatome enthalten tritt ein weiterer Effekt ein. Dafür muss das Wassersoff-Atom an ein sehr stark elektro-negatives Element gebunden sein. Das positiv polarisierte Wasserstoffatom wird vom negativen Pol des Nachbarmoleküls( meistens Fluor, Sauerstoff & Stickstoff) angezogen. Durch die starke Anziehungskraft kann der Kern des H-Atoms nicht mehr sein „eigenes“ Nachbaratom von den anderen „unterscheiden“. Dadurch bilden die H-Atome eine Brücke zwischen den Molekülen. Wasserstoff-Brücken-Bindungen bewirken relativ hohe Siedepunkte. Besonders stark sind diese Brücken bei Wasser und OH-Bindungen(z.B. Säuren/Alkohole)
Struktur der Wassermoleküle, Stoffeigenschaften
Wasser besitzt eine besondere Struktur: größere Ansammlungen von Molekülen ----> „Cluster“
Diese Ansammlungen werden durch Wasserstoff-Brücken fest zusammengehalten. Durch die Wärmebewegung verändern sie ständig ihre Form und Lage. Bei Abkühlung von Wasser nimmt die Wärmebewegung ab, dadurch benötigen die Moleküle weniger Raum und die Dichte der Flüssigkeit steigt. Wasser erreicht bei 4°C die größte Dichte. Bei weiterer Abkühlung von Wasser nimmt die Ordnung der Teilchen zu. Dabei richten sich die Moleküle nach ihrer entsprechenden Polarität aus, was wieder einen größeren Raum beansprucht. Beim Gefrieren nimmt das Volumen von Wasser zu und seine Dichte ab. Die biologische Wirksamkeit von lebenswichtigen Molekülen z.B. Nucleinsäuren, Proteinen und Kohlenhydraten wird von Wasserstoff-Brücken-Bindungen beeinflusst.
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