Elemente und Moleküle, Schulbuch

32 2 DIe CHeMISCHe BINDUNG Wechselwirkungen zwischen Molekülen – Nebenvalenzen Die Kräfte, die zwischen Molekülen wirken, nennt man Nebenvalenzkräfte (Abb. 32.1). Diese Kräfte müssen beim Schmelzen und Verdampfen überwunden werden. Von der Stärke der Nebenvalenzkraft hängt der Aggregatzustand von Stoffen bei Raumtemperatur ab. Man unterscheidet 3 Arten von Nebenvalenzkräften: a) Dipol-Dipol-Wechselwirkung Sie wirkt zwischen Dipolmolekülen und ihre Stärke ist abhängig von der Stärke des jeweiligen Dipols. b) Wasserstoffbrückenbindung Die Wasserstoffbrückenbindung ist eine besondere Art der Dipol-Dipol-Wech- selwirkung. Bei dieser Bindungsart kommt es zur Wechselwirkung zwischen einem positiv polarisierten H-Atom und einem nicht bindenden Elektronenpaar eines negativ polarisierten Atoms. Die Wasserstoffbrückenbindung ist stärker als eine normale Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Da dem Wasserstoff sein einziges Elektron teilweise abgezogen wird, besitzt er einen fast ungeschützten Kern mit hoher Ladungsdichte. Dieser kann jetzt mit dem nicht bindenden Elektro- nenpaar des negativ polarisierten Atoms in Wechselwirkung treten. Ist der Wasserstoff nur schwach polarisiert, wie zB im H 2 S-Molekül, so ist auch die Stärke der Wasserstoffbrücke gering. Starke Wasserstoffbrücken treten nur auf, wenn der Wasserstoff an O, N oder F gebunden ist. Wasserstoffbrücken haben bei vielen biochemischen Molekülen eine große Bedeutung (zB Eiweißstoffe, DNA). c) van-der-Waals-Bindung Liegen fast oder völlig unpolare Moleküle vor, so nimmt man an, dass die Wech- selwirkung zwischen Molekülen durch eine kurzfristige Ladungsverschiebung der Elektronenhülle auftritt. Schwache Dipole entstehen, die bei den benach- barten Teilchen ebenfalls eine Polarisierung hervorrufen (Abb. 32.3). Die schwa- chen Wechselwirkungen zwischen spontanen und induzierten Dipolen bezeich- net man als van-der-Waals-Kräfte (benannt nach dem holländischen Physiker Johannes van der Waals [1837–1923]). Die Stärke der van-der-Waals-Kräfte ist von der Molekülgröße und von der Mo- lekülstruktur abhängig. Vereinfacht kann man sagen: Je größer die Molekülmas- se ist, desto größer sind die van-der-Waals-Kräfte. Bei vergleichbarer Masse nehmen die Kräfte mit der Teilchenoberfläche zu. So sind die Wechselwirkungen zwischen kugelförmigen Molekülen kleiner als zwischen gestreckt gebauten. δ + δ - δ + δ - δ + δ - H F H F H F O H H S O O S O O (2)δ + δ - δ - (2)δ + δ - δ - (2)δ - δ + δ + O H H (2)δ - δ + δ + O H H (2)δ - δ + δ + Abb. 32.1: Nebenvalenzen zwischen Molekülen Abb. 32.2: Nebenvalenzen zwischen Molekülen H 3 C H 2 C C H 2 H 2 C CH 3 H 3 C C CH 3 H 3 C CH 3 I I I I F F F F Gleiche Masse Kleinere Oberfläche Größere Oberfläche Größere Masse Geringere Masse Große Van-der-Waal- Kräfte zwischen den Molekülen Geringe Van-der-Waal- Kräfte zwischen den Molekülen δ + δ - Symmetrische Elektronenverteilung Spontaner Dipol Induzierte Dipole δ + δ - δ + δ - Abb. 32.3: Ausbildung induzierter Dipole, die zu Nebenvalenzkräften führen ■ 32.1: Ordne nach steigender Stärke der Van-der-Waals-Bindung: a) Halogene b) C 3 H 8 C 40 H 82 C 8 H 18 CH 4 ■ 32.2: Bei welchen der folgenden Moleküle sind H-Brücken möglich? CH 4 , NH 3 , Ethanol (Formel Abb. 33.2), Dimethylether (Abb. 33.2) ÜBUNGeN Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv