Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 63 Die chemischen Bindungen 4 Zusammenfassung Zwischenmolekulare Kräfte: 1. Van der Waals Kräfte –– zwischen unpolaren Molekülen durch Ausbildung tem- porärer Dipole und Induzierung (Anregung) von neuen Dipolen –– zwischen polaren und unpolaren Molekülen durch in- duzierte Dipole –– zwischen permanenten Dipolen 2. Wasserstoffbrücken Entstehen, wenn H-Atom an O, N oder F gebunden ist, zwi- schen positiv polarisiertem H-Atom und den freien Elektro- nenpaaren von O, N oder F. Stärker als van der Waals Kräfte, bewirken unter anderem den hohen Siedepunkt von Wasser. 4.5.5 Atomgitter Eine Sonderform der Atombindung sind die Atomgitter. Sie kommen nur bei wenigen Atomen der 4. Hauptgruppe vor, ergeben aber technisch äußerst wichtige Stoffe! Bis jetzt kannten wir Atombindung als Bindung, bei der durch gemeinsames Benutzen von Elektronen mehr oder weniger kleine, abgeschlossene Einheiten, die Moleküle entstehen. Es gibt aber auch Stoffe mit Atombindung, die sogenannte Atomgitter aufbauen. Atomgitter sind riesige Strukturen, deren Atome untereinander durch Atombindung zusammengehalten werden. Drei wichtige Beispiele werden wir kennen lernen. 1. Diamantgitter: (aus C-Atomen) In einem Diamantgitter verbindet sich jedes Kohlenstoffa- tom mit 4 weiteren, so wie es seinem „Wunsch“ nach voller Außenschale entspricht. Diese 4 Bindungen sind tetraed- Z Kräfte zwischen Molekülen Stelle fest, welcher der folgenden Stoffe den höheren Siedepunkt hat. Begründe. L CH 4 Methan – C 8 H 18 Octan H 2 S Schwefelwasserstoff – H 2 O Wasser Zeichne ein Schema, wie sich zwischen NH 3 – Molekü- len Wasserstoffbrücken ausbilden. Zeichne auch die Teilladungen ein. L 4.5.4 F56 A1 F57 A1 Was ist Graphit? Wofür kann man ihn verwenden? Woraus besteht Diamant? Was ist die herausragends- te technische Eigenschaft von Diamant? Welche Anwendungen ergeben sich daraus? F58 F59 risch angeordnet. Es entsteht ein stabiles 3-dimensionales Gitter mit großer Härte. Diamantbestückte Werkzeuge werden aufgrund dieser großen Härte vor allem als Präzisions-Schneidwerkzeuge benutzt. Eine weitere typische Eigenschaft des Diamants ist seine hohe Lichtbrechung, die den Diamantglanz ergibt. Diamant ist ein Isolator, es gibt keine frei beweglichen Elektronen oder Ionen im Gitter. ( F59 ) 2. Graphitgitter: (aus C-Atomen) In einem Graphit ist jedes C-Atom nur mit 3 weiteren durch eine Atombindung verbunden. Dadurch entstehen flache, 6-eckige Strukturen, Schichten. Das 4. verbleibende Valenze- lektron wird zwischen diese Schichten abgegeben, ähnlich wie bei einem Metallgitter. Durch diese frei beweglichen Elektronen ist der Graphit ein guter elektrischer Leiter, ähnlich den Metallen. Graphitelekt- roden werden z. B. in Lithium-Ionen-Akkumulatoren als ne- gative Elektroden verwendet. Hier macht man sich zu Nutze, dass zwischen den einzelnen Graphitschichten Platz ist für Li-Ionen, die dort eingelagert werden können. Graphit ist durch seinen Schichtenbau ein weiches Material, die einzelnen Schichten lassen sich leicht „abstreifen“, was ihm die Anwendung als Bleistiftmine und Festschmierstoff einbrachte. Festschmierstoffe werden dort eingesetzt, wo Öl nicht verwendet werden kann, z. B. weil zu hohe Temperatu- ren herrschen (Raumfahrttechnik, Nukleartechnik). Graphit ist durch seine Hitzebeständigkeit auch als Ofen- auskleidung geeignet. ( F58 ) 3. Quarzgitter: aus SiO 2 Quarz bildet ebenfalls ein Atomgitter aus, bei dem nicht nur eine Atomsorte, sondern zwei beteiligt sind, nämlich Silizi- um und Sauerstoff. Der Aufbau ist wiederum tetraedrisch, um jedes Silizium befinden 4 Sauerstoffatome. Die Eigen- schaften des entstehenden Quarzes sind abermals eine große Härte und hohe Beständigkeit gegenüber Säuren und anderen Chemikalien. Siehe Abbildungen 8.11 und 8.12 auf der Seite 107! Abb. 4.42: links: Graphitgitter; rechts: Diamantgitter Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv