EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

KM-5: Modellbildung und Strukturen Aggregatzustand – Siedepunkt – Zersetzung – Löslichkeit – Leitfähigkeit 2.8 Eigenschaften von molekularen Stoffen 43 43 Abb. 043–1: Siedepunkte verschiedener Stoffe Aggregatzustand Der Aggregatzustand von Stoffen aus Molekülen ist von der Stärke der Neben- valenzkraft abhängig. Molekulare Stoffe mit starken Nebenvalenzkräften sind bei Raumtemperatur fest. Das sind Stoffe mit großer Molmasse oder vielen was- serstoffbrückenbildenden Gruppen im Molekül. Unpolare und schwach polare Stoffe mit kleiner Molmasse sind in der Regel gasförmig. Vergleich der Siedepunkte einiger Familien molekularer Stoffe Beim Übergang von der flüssigen in die Gasphase müssen die Nebenvalenzkräfte überwunden werden. Es gilt daher: Je stärker die Nebenvalenzkraft ist, desto hö- her ist der Siedepunkt. Die Abbildung 43–1 zeigt einige Beispiele: Bei den Edelgasen (grüne Kurve) ist die einzig mögliche Nebenvalenzkraft die Van-der-Waals-Bindung. Diese steigt mit zunehmender Masse. Daher hat das leichteste Edelgas den geringsten, das schwerste den höchsten Siedepunkt. Ana- loges gilt für die Wasserstoffverbindungen der 14. Gruppe (gelbe Kurve). Die Ver- bindungen sind unpolar und der Siedepunkt steigt mit der Masse. Die Siedepunkte der Wasserstoffverbindungen der 16. und 17. Gruppe zeigen ei- nen anderen Verlauf (blaue und grüne Kurve). Die leichtesten Moleküle – HF und H 2 O – bilden starke Wasserstoffbrücken. Diese Nebenvalenzkraft ist so stark, dass der Siedepunkt deutlich höher ist als der Siedepunkt der schwersten Verbindung in dieser Gruppe, da hier der Wasserstoff nicht mehr so stark polarisiert ist. Den starken Einfluss der Nebenvalenzkräfte (vor allen Dingen der Wasserstoff- brücke) auf das Siedeverhalten erkennt man auch deutlich bei Verbindungen, die dieselbe Summenformel (und damit dieselbe Molekülmasse), aber eine un- terschiedliche Strukturformel besitzen (Abb. 43–2). Zersetzung von Makromolekülen Sehr große Moleküle – man bezeichnet sie auch als Makromoleküle – lassen sich nicht mehr verdampfen. Auf Grund der Größe der Molekülmasse und der großen Oberfläche sind die Nebenvalenzkräfte sehr stark. Es werden bereits vor Auflösung aller Nebenvalenzen Hauptvalenzen (die eigentliche Bindung) auf- gebrochen. Solche Verbindungen zersetzen sich beim Erhitzen, dh. sie gehen eine chemische Reaktion ein (zB Stärke, Cellulose). Löslichkeit molekularer Substanzen Es gilt hier der Grundsatz „Ähnliches löst Ähnliches“. Die unpolare Verbindung Tetrachlormethan CCl 4 ist ein gutes Lösungsmittel für unpolare 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 Kohlenwas- serstoffverbindungen. Das polare Lösungsmittel Wasser ist ein gutes Lösungsmittel für polare Stoffe. So lösen sich zB in einem Liter Wasser bei 0 °C 1176 Liter polares NH 3 -Gas, aber nur 0,023 Liter unpolarer Stickstoff N 2 . CO 2 enthält polarisierte Bindungen, ist aber kein Dipolmolekül. Die Löslichkeit von CO 2 in Wasser liegt bei ca. 1,7 Liter CO 2 pro Liter H 2 O. (Schüler-Experiment 2.2) Leicht wasserlösliche Substanzen bezeichnet man als hydrophil („wasser- freundlich“) bzw. lipophob („fettfeindlich“), wasserunlösliche Substanzen als hy- drophob („wasserfeindlich“) bzw. lipophil („fettfreundlich“). Leitfähigkeit molekularer Substanzen Da Moleküle keine frei beweglichen Ladungsträger besitzen, leiten sie den Strom nicht. Kunststoffe, aufgebaut aus Makromolekülen, werden daher häufig als Isolatoren verwendet. So ist zB Luft Isolator zwischen den Hochspannungs- kabeln. 100 H 2 O H 2 S H 2 Se H 2 Te CH 4 SiH 4 GeH 4 SnH 4 Ne Ar Kr Xe HF HCl HBr HI Temp. in °C 2 3 4 5 Periode 50 0 –50 –100 –150 –200 –250 Abb. 043–2: Auswirkungen der Wasserstoff- brücken auf den Siedepunkt Üb Übungen 43.1 und 43.2 Ethanol Dimethylether Wasserstoffbrücken Kp = 78,4 °C Keine Wasserstoffbrücken Kp = –24,8 °C Schüler-Experiment 2.2 Brausetabletten-Gas VS 1. Ordne die folgenden Siedepunk- te den Wasserstoffverbindungen der 15. Gruppe (NH 3 , PH 3 , AsH 3 ) zu: –33° C, –62,5° C, –87,7° C 2. Bei welcher der folgenden Reaktionen werden Wasserstoffbrücken gelöst? H 2 O(g) → H(g) + OH(g) 2 H 2 O(l) → 2 H 2 (g) + O 2 (g) H 2 O(l) → H 2 O(g) Nur zu Prüfzwecken – Eig ntum des Verlags öbv