Elemente und Moleküle, Schulbuch

33 2.4 DaS aTOMBinDUngSMODell Ethanol Dimethylether Wasserstoffbrücken Kp = 78,4 °C Keine Wasserstoffbrücken Kp = –24,8 °C NH 3 25%ig NaOH (fest) Luft Schlauchklemme Abb. 33.1: Molekülgitter von Iod (I 2 ) Abb. 33.2: Auswirkungen der H-Brücken auf den Kp Abb. 33.3: Versuch „Ammoniak-Springbrunnen“ Eigenschaften von molekular aufgebauten Stoffen Siedepunkte molekularer Substanzen Der Siedepunkt von molekularen Stoffen ist, wie schon auf Seite 31 festgestellt wur- de, abhängig von der Molekülmasse und von der Stärke der Nebenvalenzkräfte. Betrachtet man die Siedepunkte der Edelgase (Abb. 31.2), so erkennt man, dass mit steigender Masse der Siedepunkt steigt. Analoges gilt auch für die Halogene und andere Elemente. Die einzig mögliche Nebenvalenzkraft ist die van-der-Waals-Bin- dung. Iod, das bei Zimmertemperatur fest ist, bildet ein Molekülgitter. Die Tatsache, dass Iod leicht sublimiert, zeigt, dass die van-der-Waals-Kräfte sehr schwache zwi- schenmolekulare Kräfte sind (Abb. 33.1). H 2 O hat auf Grund der starken Wasserstoffbrücken einen hohen Siedepunkt. Der Siedepunkt von H 2 S ist, trotz der größeren Masse, deutlich niedriger. Dies zeigt, dass das H-Atom im H 2 S nicht mehr so stark polarisiert ist. Bei CH 4 als unpolarem Molekül wirken nur van-der-Waals-Kräfte. Innerhalb der 14. Gruppe steigen die Siedepunkte entsprechend der Molekülmasse und Elektronenzahl. Den starken Einfluss der Nebenvalenzkräfte (vor allen Dingen der Wasserstoffbrü- cke) auf das Siedeverhalten erkennt man auch deutlich bei Verbindungen, die die- selbe Summenformel (und damit dieselbe Molekülmasse), aber eine unterschiedliche Strukturformel besitzen. (Abb. 33.2) Stoffe mit sehr großen Molekülen – man bezeichnet sie auch als Makromoleküle – lassen sich nicht mehr verdampfen. Auf Grund der großen Molekülmasse und der großen Berührungsflächen werden vor Auflösung aller Nebenvalenzen Hauptvalen- zen aufgebrochen. Solche Verbindungen zersetzen sich beim Erhitzen. Manche Ma- kromoleküle, wie zB die Cellulose – der Hauptbestandteil des Holzes –, bilden Stof- fe, die nicht schmelzbar sind. Das wird hauptsächlich durch die Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülketten der Cellulose bewirkt. Löslichkeit molekularer Substanzen Es gilt hier der Grundsatz „Ähnliches löst Ähnliches“. Polare Lösungsmittel sind gute Lösungsmittel für polare Stoffe. So lösen sich zB in einem Liter des polaren Lösungs- mittels Wasser bei 0 °C 1176 Liter polares NH 3 -Gas, aber nur 0,023 Liter unpolarer Stickstoff. Leicht wasserlösliche Substanzen bezeichnet man als hydrophil („wasser-freund- lich“), wasserunlösliche Substanzen als hydrophob („wasserfeindlich“). Umgekehrt ist die unpolare Verbindung Tetrachlormethan CCl 4 ein gutes Lösungsmittel für un- polare Verbindungen wie Fette und Benzinbestandteile. Tetrachlormethan wird heutzutage auf Grund des Verdachtes auf Krebs erregende Wirkung nicht mehr eingesetzt. Als Ersatzstoffe verwendet man andere chlorierte Kohlenwasserstoff- verbindungen, wie zB 1,1,1-Trichlorethan. Leitfähigkeit molekularer Substanzen Da Moleküle elektrisch nicht geladen sind, leiten molekulare Stoffe den Strom nicht. Kunststoffe, aufgebaut aus Makromolekülen, werden daher häufig als Isolatoren verwendet. ■ 33.1: “Ammoniakspringbrunnen“ Man füllt einen trockenen Rundkolben (ca. 1 Liter) mit Ammoniakgas, das man durch Auf- tropfen von 25%iger Ammoniak-Lösung auf festes NaOH erzeugt. Da Ammoniak leichter als Luft ist, wird der Kolben „von oben“ be- füllt. (Abb. 33.3) Wenn die gesamte Luft ver- drängt ist, wird die Füllöffnung mit einer Schlauchklemme verschlossen und der Kol- ben wird verkehrt in ein Becherglas (ca. 2 Li- ter Inhalt) mit kaltem Wasser getaucht. Am- moniak löst sich im Wasser, im Kolben entsteht ein Vakuum und das Wasser spritzt heftig in den Kolben. Zum Nachweis der basi- schen Reaktion kann das Wasser mit einem Indikator versetzt werden. LeHReRVeRSUCH ■ 33.1: Überleg, ob sich CH 4 besser in CCl 4 oder in H 2 O löst! ■ 33.2: Welche der folgenden Sub- stanzen sind hydrophil: NH 3 , CCl 4 , CS 2 , HCl, I 2 ? ÜBUNGeN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv