|
Titel Seite Die polare Atombindung oder polare Elektronenbindung 3-4 Moleküle als elektrische Dipole 5-6 Wasserstoffbrücken 7-8 Wasser ein ungewöhnlicher Stoff? 9-10 Unterricht 11-15 Quellenangaben 16-17 Wenn man den Bau eines Wasserstoff- und eines Chlorwasserstoffmoleküls vergleicht, sind Unterschiede zu erkennen: In der gemeinsamen Elektronenwolke des Wasserstoffmoleküls hält sich das bindende Elektronenpaar genau auf der Spiegelachse zwischen beiden Atomen auf. Die beiden positiv geladenen Kerne sind gleich weit von der Achse entfernt. Beide Atomkerne üben auf das bindende Elektronenpaar gleich große elektrische Anziehungskräfte aus: Die Verteilung der elektrischen Ladung im Molekül ist symmetrisch. Das ist beim Chlorwasserstoffmolekül anders: Der Kern des Chloratoms enthält viele mehr positive elektrische Ladungen als der Kern des Wasserstoffatoms. Deshalb zieht der Chloratomkern das bindende Elektronenpaar stärker zu sich hin. Das bewirkt, dass sich diese Elektronenpaar nicht in der Mitte des Moleküls aufhält, sondern mehr auf der Seite des Chloratoms.
Man könnte somit von einer "teilweise" Elektronenübertragung vom Wasserstoffatom zum Chloratom sprechen. Somit ist die Oktettregel bei beiden erfüllt. Da das bindende Elektronenpaar elektrisch negativ geladen ist, wird so der negative Ladungsschwerpunkt zur Seite des Chloratoms hin verschoben. Das heißt: Im Chlorwasserstoffmolekül befindet sich auf der Seite des Chloratoms ein negativer Pol, der mit dem Symbol δ- bezeichnet wird. Und auf der Seite des Wasserstoffatoms ein positiver Pol, der mit dem Symbol δ+ bezeichnet wird. Das Molekühl ist damit zu einem Dipol geworden.
Man sagt auch, es liegt eine polare Atombindung (polare Elektronenpaarbindung) vor. Zur polaren Elektronenpaarbindungen kommt es, wenn Molekühle aus Atomen unterschiedlicher Nichtmetalle entstehen. Vor allem die Atome von Chlor, Sauerstoff und Fluor ziehen aufgrund ihrer starken positiven Kernladungen bindende Elektronenpaare zu sich hin. Je größer die EN-Differenz ist, umso polarer ist das betreffende Molekül. Ist die EN-Differenz größer als 1,5 reagieren die Elemente zu Ionenverbindungen. Bei gleicher Elektronegativität liegen unpolare Moleküle vor.
Im H2- Molekül sind die elektrischen Ladungen symmetrisch verteilt. Es wirkt nach außen hin ungeladen. Alle Moleküle, die aus zwei gleichen Atomen bestehen, verhalten sich ebenso. Bei Molekülen, die aus unterschiedlichen Atomen aufgebaut sind, sind die elektrischen Ladungen oft ungleich verteilt. So werden die Bindungselektronen im HCl- Molekül stärker vom Chloratom als vom Wasserstoffatom angezogen. Deshalb entsteht auf der Seite des Chloratoms ein schwacher negativer Pol.
Beim Wasserstoffatom bildet sich wegen des Mangels an negativer Ladung ein positiver Pol. Ein solches Molekül ist ein elektrischer Dipol. Merke: Dipole entstehen, wenn sich durch Elektronenverschiebung innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Ladungsschwerpunkte ausbilden. Moleküle aus Atomen ein und desselben Nichtmetalls (z.B. H2, O2, Cl2,.) sind keine Dipole.
Ihre Bindung wird deshalb als unpolare Elektronenpaarbindung bezeichnet. Die Eigenschaften des Wassers lassen sich aus den Eigenschaften der Wassermoleküle erklären. Aufgrund besonderer Bindekräfte, die man Wasserstoffbrückenbindungen nennt, ziehen sich die H2O- Moleküle gegenseitig stark an. Zur Überwindung dieser Kräfte ist sehr viel Energie nötig. Das ist der Grund für die hohe Siedetemperaturen und die große Wärmekapazität des Wassers. Die Wasserstoffbrückenbindungen führen auch dazu, dass sich beim Gefrieren ein regelmäßiges Molekülgitter bildet.
Dieses Gitter besitzt große Hohlräume. Deshalb hat Eis ein größeres Volumen als flüssiges Wasser. Durch diese Wasserstoffbrückenbindung halten die Wassermoleküle stärker zusammen als ohne sie. Deshalb sind Wassermoleküle schon bei Raumtemperatur zur gruppenförmigen Verbänden verknüpft: Das Wasser ist dadurch flüssig Wasserstoffbrücken Die Anziehungskräfte zwischen Wassermolekülen wirken nach innen und zwischen den Wassermolekülen an der Oberfläche, der Grenze zwischen Wasser und Luft, es bildet sich die Tropfenform aus. Eis und Wasser: Eis- und Schneekristalle bilden regelmäßige sechseckige Muster. Dies ist ein Hinweis auf die regelmäßige Anordnung der Moleküle.
Die Wassermoleküle bilden im festen Zustand ein weiträumiges Gitter mit durchgängigen Hohlräumen. Wegen dieser Anordnung besitzen z.B. 100g Eis ein größeres Volumen als 100g Wasser. Eis hat deshalb eine kleinere Dichte als Wasser von 0°C und schwimmt Die Besonderheiten des Wassers: Im Winter gefriert Wasser in den Rissen des Straßenbelages. Wasser dehnt sich aber beim Gefrieren aus, das Eis nimmt ein größeres Volumen ein als das Wasser.
Die Risse werden geweitet. Die Straße kann im folgenden Frühjahr Spalten und Löcher aufweisen. Schmilzt Eis, so bricht das weiträumige Gitter der Molekülanordnung zusammen. Die Hohlräume werden kleiner. Mit steigender Temperatur können die Moleküle immer enger zusammenrücken. Dadurch zieht sich Wasser beim Erwärmen von 0°C bis 4°C zusammen.
Das Volumen des Wassers nimmt bis 4°C ab und die Dichte zu. Bei weiterer Temperaturerhöhung vergrößern sich die Abstände zwischen den Molekülen, Wasser dehnt sich wie die meisten Flüssigkeiten aus. Die Dichte nimmt dann wieder ab. Da kälteres Wasser eine geringere Dichte hat als Wasser von 4°C, gefrieren Gewässer von der Oberfläche her zu. Wiederholung Ionenbildung: Beispiel von Calciumoxid: Reaktionsgleichung (Formelgleichung): ____________________________________________________________ Darstellung mit Hilfe der Elektronenschreibweise: ____________________________________________________________ Merke: Es entsteht eine Ionenbindung wenn die EN-Differenz von _____ und mehr ist. unpolare Atombindung (Elektronenpaarbindung): Beispiel Chlor: Atommodell: Reaktionsgleichung: Cl + Cl _______ / exoth.
Reaktion Wortgleichung: Chloratom + Chloratom ______________________ Elektronenschreibweise: ____________________________________________________________ Merke: Es entsteht eine unpolare Atombindung wenn die EN-Differenz von____ und weniger ist. Versuch zum Nachweis der Polarität des Wasser/ Wassermolekül Versuch: Wir lassen aus dem Wasserhahnen Wasser laufen und halten einen geladenen Kunststoffstab an das fließende Wasser. Beobachtung:______________________________________________________________________________________________________________ Ergebnis und Erklärung:__________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Merke: Dipole entstehen, wenn sich durch Elektronenverschiebung innerhalb eines Moleküls unterschiedliche Ladungsschwerpunkte ausbilden ________________________________________________________ Merke: Ist die EN-Differenz höher als _____, so spricht man von einer polaren Elektronenpaarbindung. Das elektronegativere Atom zieht das gemeinsame Elektronenpaar stärker zu sich heran. Beim elektronegativeren Atom entsteht ein ____- Pol, beim anderen Atom entsteht der _____. Dieses Molekül besitzt einen __________.
Beispiele: 1. Wasser (H2O) EN:______________ ______________ ________________________________________ ______________ 2. Chlorwasserstoff (HCl) EN:______________ ______________ ________________________________________ ______________ Merke: Wasser gehört zu den am stärksten polaren Verbindungen. 3. Ammoniak (NH3) EN:______________ ______________ ________________________________________ ______________ Wasserstoffbrückenbindung Zwischen der positiven Teilladung des Wasserstoffatoms und der negativen Teilladung eines benachbarten Sauerstoffatoms besteht eine starke Wechselwirkung. Die sich hier durch ergebende zwischenmolekulare Kraft nennt man ________________________.
Merke: Zwischen den Dipolmolekülen des Wassers treten Wasserstoffbrückenbindungen auf. Wasser- ein ungewöhnlicher Stoff Das Molekülgitter von Eis Die regelmäßige Form von Eis- oder Schneekristallen gibt einen Hinweis darauf, dass die Wassermoleküle ________________ angeordnet sind. Im Molekülgitter des Eises ist jedes ___________________ tetraedrisch von vier _______________________ umgeben. Zu je zwei Wasserstoffatomen führt eine _________________________, zu den anderen beiden, etwas weiter entfernten, je eine _______________________. Diese Anordnung ergibt ein weitmaschiges Gitter mit durchgängigen _____________________ von sechseckigem Querschnitt. Wegen dieser weiträumigen Struktur besitzt Eis eine ____________ Dichte als Wasser und schwimmt in diesem.
Im Gegensatz dazu haben fast alle anderen Stoffe im __________ Zustand eine größere Dichte als im ______________. (geringere/ gitterförmig/ Elektronenpaarbindung/ festen/ flüssigen/ Wasserstoffatomen/ Hohlräume/ Sauerstoffatom/ Wasserstoffbrücke) Vorgänge beim Schmelzen und Erstarren Wenn Eis schmilzt, bricht das_________ zusammen. Es bilden sich kleinere Bruchstücke und das Volumen der ______________ nimmt ab. Als Folge davon nimmt die Dichte ___. Auch im ____________ Wasser existieren noch Bruchstücke des Eisgitters, sie werden mit zunehmender Temperatur________. Dadurch nimmt das __________ des Wassers weiter ab und die Dichte _____.
Bei 4°C hat das Wasser seine __________ Dichte. Bei weiterer ___________- __________ dehnt sich Wasser aus wie andere Flüssigkeiten auch, weil seine Moleküle wegen der stärker werdenden ________________ mehr Platz benötigen. Zwei einander entgegenwirkende Ursachen führen also zu dieser "Anomalie des Wassers". Gewässer frieren immer von ________ her zu. Im Winter kühlt sich durch die sinkende Lufttemperatur ein See allmählich ab und bildet eine Eisdecke über wärmerem (4°C) Tiefenwasser, das eine ___________ Dichte hat. Dadurch wird ein _______________ erschwert und der See steht auch im kalten Winter den Organismen als Lebensraum zur Verfügung.
(Wasserportion/ flüssigen/ 2x zu/ abgebaut/ Volumen/ oben/ Eigenbewegung/ größte/ Temperaturzunahme/ Gitter/ Durchfrieren/größere) - Umwelt: Chemie Baden-Württemberg (Klett) - Blickpunkt Chemie - Chemie für Realschule 9/10 - Prisma Chemie 4/5 - Umwelt: Chemie 8-10 (Klett) - https://de.wikipedia.org/wiki/Polare_Atombindung - Die faszinierende Welt der Chemie (Bassermann) - Elemente Chemie 1 (Klett) - Chemie Duden |
