Textversion des Videos

Transkript Van-der-Waals-Kräfte

Guten Tag und herzlich willkommen. Angenommen, ich nehme mir eine Aluminiumplatte und male darauf ein kleines Schweinchen. Könnt ihr auch, sagt Ihr. Ja, aber trotzdem steckt ein kleines Wunder dahinter. Ich nehme nun die Platte und drehe sie um, schüttele sie. Die Farbe fällt nicht ab. Die Farbe des Schweinchens haftet fest auf dem Aluminium. Oder ich stecke meinen Finger in ein Glas und benetze den Finger mit Alkohol. Bevor der Alkohol verdunstet, und ich den Finger umdrehe, sehe ich, dass der Alkohol nicht verschwindet. Er bleibt am Finger haften. Dieser Effekt, der festhaftenden Stoffe auf anderen, wird beim Streichen und Lackieren verwendet. Streichen und Lackieren, die Farbe meines Schweinchens und der benetze Finger. Alle diese Erscheinungen haben den gleichen Ursprung, nämlich die Van-der-Waals-Kräfte. Van-der-Waals-Kräfte wurden nach dem holländischen Wissenschaftler Van-der-Waals benannt, der 1910 für seine Arbeiten den Nobelpreis erhielt. Van-der-Waals-Kräfte sind schwache, nicht kovalente Kräfte, zwischen chemisch neutralen Teilchen. Nehmen wir zum Beispiel Chlorwasserstoff. Wenn wir die chemische Bindung im Chlorwasserstoff Molekül aufspalten wollen, müssen wir das Wasserstoffatom vom Chloratom abtrennen. Wir erhalten 2 Radikale. Ein Wasserstoffradikal und ein Chlorradikal. Für die Spaltung dieser Bindung benötigt man eine Energie von 431 kJ/mol. Betrachten wir nun eine Van-der-Waals-Bindung vdw zwischen 2 Wasserstoffteilchen. Für die Spaltung einer solchen Bindung und das Entstehen zweier isolierter Chlorwasserstoffmoleküle benötigt man viel weniger Energie, nämlich nur 16 kJ/mol. 16 kJ/mol sind viel weniger als die 431 kJ/mol, die man für die Aufspaltung der chemischen Bindung benötigt. Die Van-der-Waals-Kräfte sind viel weniger stabil als die kovalenten, die Bindungskräfte. Wir wollen nun über die Ursachen und Auswirkungen der Van-der-Waals-Kräfte sprechen. Nehmen wir zum Beispiel Aceton, mit chemisch-systematischen Namen Propan-2-on. Ich stelle nun 2 Moleküle dieser Verbindung hintereinander, mit gleicher Ausrichtung, dar. Nun trage ich die Elektronegativitätswerte für die Sauerstoffatome und die an den Sauerstoffatomen befindlichen Kohlenstoffatome ein. Sauerstoff hat einen Wert von 3,5, Kohlenstoff von 2,5. Die Bindungselektronenpaare werden von den Sauerstoffatomen stärker angezogen, als von den Kohlenstoffatomen in Nachbarschaft. Daher kommt es zu einer negativen Partialladung Delta Minus an den Sauerstoffatomen und zu einer positiven Partialladung Delta Plus an den Kohlenstoffatomen. Es entstehen sogenannte Dipole. Im Ergebnis dieser Dipole kommt es zu einer elektrostatischen Kolommschen Anziehung zwischen Plus und Minus. Schematisch dargestellt im rechten unteren Bildviertel, können wir die Dipole als American Footballs mit positiver und negativer Partialladung eintragen. Der Übersicht halber, habe ich hier auf Delta verzichtet. Wir haben es mit permanenten Dipolen zu tun, die sich aufgrund der unterschiedlichen Ladung anziehen. Betrachten wir als nächsten Fall B die Wechselwirkung zwischen Wasser und Benzol. Ich zeichne ein gewinkeltes Wassermolekül und trage am Sauerstoffatom und an einem der Wasserstoffatome die Elektronegativitäten ein. Sauerstoff hat eine Elektronegativität von 3,5 und Wasserstoff von 2,1. Als Ergebnis erhält man am Sauerstoffatom eine negative Partialladung Delta Minus und am Wasserstoffatom eine positive Partialladung Delta Plus. Benzol ist ein chemisches Teilchen, das aus 6 Kohlenstoffatomen besteht, die einen Ring bilden. An jedem Kohlenstoffatom befindet sich ein Wasserstoffatom. Die 6 Kohlenstoffatome nutzen gemeinsam 6 weitere Elektronen. Die negative Partialladung am Sauerstoffatom des Wassermoleküls wirkt auf diese 6 Elektronen des Benzolmoleküls ein. Im Benzolmolekül entsteht ebenfalls ein Dipol. Zwischen beiden Dipolen kommt es zu elektrostatischen Anziehungen. Schematisch kann man das als Wechselwirkung zwischen einem Dipol und einem induzierten Dipol darstellen. Im letzten Fall C möchte ich ein Methandimer betrachten. Das ist ein Komplex aus 2 Methanmolekülen. Ich habe wieder beide Methanteilchen in gleicher Richtung angeordnet. Durch die schnelle Elektronenbewegung im Teilchen links kann es zeitweise vorkommen, dass sich eine negative Partialladung Delta Minus an einem Ende des Teilchens herausbildet. Diese Partialladung wirkt auf das Zeichen rechts daneben ein. Beim Teilchen rechts daneben bildet sich eine positive Partialladung Delta Plus heraus. Und natürlich, an einer anderen Stelle, auch eine negative Partialladung Delta Minus. Es entstehen temporäre Dipole. Man spricht in einem solchen Fall auch von sogenannten London-Kräften. Fassen wir die Ursachen für die Van-der-Waals-Kräfte zusammen. In jedem Fall ist es so, dass die Van-der-Waals-Kräfte auf dem Vorhandensein oder dem Entstehen von Dipolen beruhen. Dabei können die Dipole a) permanent sein, sie können b) induziert werden oder sie können c) temporär vorliegen. Welche Auswirkungen ziehen die Van-der-Waals-Kräfte nach sich? Betrachten wir zunächst den Fall A der permanenten Dipole. Auf alle Fälle kommt es zu einer Molekülvergrößerung. Erinnern wir uns an das Acetonmolekül. 2 dieser Acetonmoleküle bildeten ein größeres Teilchen, man kann sagen ein Dimer. Das ist die Ursache dafür, warum Aceton bei Raumbedingungen flüssig vorliegt. Wenn wir Aceton mit Butan vergleichen, welches fast die gleiche molare Masse hat, so stellen wir fest, dass die letzte Verbindung gasförmig ist. Dort gibt es keine permanenten Dipole. Betrachten wir nun den Fall B, induzierte Dipole. Ein Wasserteilchen induziert einen Dipol im Benzolmolekül. Auch hier kommt es zu einer Molekülvergrößerung, obwohl die Wechselwirkung nicht ganz so stark ist. Auf alle Fälle haben wir das Ergebnis, dass Wasser und Benzol zumindest begrenzt miteinander mischbar werden. Im Gegensatz dazu, sind Wasser und Hexan nicht miteinander mischbar. Wasser kann in Hexan keine Dipole induzieren. Und nun der Fall C, temporäre Dipole. Auch hier kommt es zu einer Molekülvergrößerung, obwohl die gebildeten Moleküle relativ instabil sind. Wir hatten zwei Methanmoleküle, die mit schwachen Bindungen verknüpft waren, betrachtet. Man kann die Van-der-Waals-Bindungsenergie für das Methandimer bestimmen. Sie beträgt etwa 2kJ/mol. Methan hat daher auch eine nur geringe Siedetemperatur von -161 Grad Celsius. Beim Edelgas Neon bilden 2 Atome untereinander nur eine äußerst schwache Wechselwirkung. Sie ist praktisch vernachlässigbar klein. Ich schreibe hier Delta E ist rund 0 kJ/mol. Die Siedetemperatur des Neons ist viel geringer als die Siedetemperatur des Methans. Sie beträgt nämlich nur -246 Grad Celsius. Und man bedenke, die Molmasse des Methans ist 16 und die von Neon 20, sogar noch größer. Resümieren wir nun die Auswirkungen der Van-der-Waals-Kräfte. In jedem Fall kommt es zu einer Molekülvergrößerung. Das führt a) zu einer Siedepunkts- aber auch zu einer Schmelzpunkterhöhung und b), wie wir gesehen haben, zu einer Verbesserung der Mischbarkeit. Und jetzt ist es klar, warum ein Ferkelchen, das ich auf Aluminium gezeichnet habe, beim Umdrehen nicht abfällt.

Informationen zum Video
32 Kommentare
  1. 001

    Gern geschehen. Das wünsche ich auch.

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    danke und schoenen nachmittag

    Von X1316198281, vor mehr als einem Jahr
  3. 001

    Zwei Dinge:
    1. "Dipol" kann man nicht als Argument für WBB anführen. Umgekehrt, bei WBB liegt IMMER ein Dipol vor.
    2. Die gesamte Einteilung in WBB, Dipol - Dipol - Wechselwirkung und "reine" vdW - Anziehung ist willkürlich. Sie soll lediglich die Stärke des Effektes dokumentieren.
    Alles Gute
    A. O.

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  4. Default

    dabkeschoen wenn sie beantwort haben und viele gruesse und ein schoenen sonntag

    Von X1316198281, vor mehr als einem Jahr
  5. Default

    aber h bruecken sind dich zwischen h und n o f cl。und vdw ww sind ja nur zw. unpolaren (0-0.4)。und ist hcl dann auch ein dipol oder ?

    Von X1316198281, vor mehr als einem Jahr
  1. Default

    ... danke schoen fuer die rueckantwort

    Von X1316198281, vor mehr als einem Jahr
  2. 001

    Lieber Herr Otto,
    vielen Dank, dass Sie auf meine Frage so schnell geantwortet haben.
    Viele Grüße
    X1316198281

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  3. 001

    Die EN von 3,0 des Cl reicht nicht für WBB. WBB sind ganz typisch für HF wegen EN für F von 4,0.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  4. Default

    2minuten 14 hcl und hcl sind doch wasserstoffbrücken?

    Von X1316198281, vor mehr als einem Jahr
  5. 001

    Einverstanden. Und du gibst dir dann auch mehr Mühe, fehlerfreie Sätze zu formulieren.

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  6. Default

    geben sie sich bitte mehr mühe das haben sie nicht gut erklärt ubd machen sie ggf das video neu

    Von Xdlinusdx639, vor mehr als einem Jahr
  7. Default

    :'D

    Von Soufi992, vor fast 2 Jahren
  8. 168247 685732921453501 1705148363 n

    tolles video!!! gut erklärt

    Von Innadhawan, vor etwa 2 Jahren
  9. 001

    Schwächere ebenso ...

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  10. C.sarimese

    Also es gab schon bessere Videos von ihnen...

    Von Measy 67, vor mehr als 2 Jahren
  11. 001

    s. u.

    Von André Otto, vor mehr als 2 Jahren
  12. Default

    Was ist der Unterschied zwischen einem induzierten und einem temporären Dipol?

    Von Bdeurope, vor mehr als 2 Jahren
  13. Default

    Gutes Video mal wieder :) hat mir sehr geholfen

    Von Eva Maria Sontag, vor mehr als 2 Jahren
  14. 001

    London - Kräfte wirken zwischen polarisierbaren, aber nicht polaren Teilchen, wie den Edelgasatomen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 3 Jahren
  15. Default

    Hallo, ich wüsste gerne was der explizite Unterschied zwischen den Dispersions-/London-Kräften und den Van-der-Waals-Kräften ist.
    Könnten Sie mir das eventuell erklären?
    Ich werde in der Literatur einfach nicht fündig.
    Danke!

    Von Saschataheri, vor fast 3 Jahren
  16. 001

    "Was ist denn der Unterschied zwischen temporären und induzierten Dipolen?"

    Vielen Dank für die Antwort.

    Ich habe vor 7 Monaten vorschnell geantwortet:
    "Es gibt keinen."

    Ich denke, die Antwort ist so nicht korrekt.
    Induzierte Dipole bedeutet, dass ein permanentes Dipolmolekül einen Dipol in einem polarisierbaren nichtpolaren Molekül hervorruft. Das Wassermolekül macht durch seine Annäherung an ein Brommolekül das Brommolekül polar. Es entsteht ein induzierter Dipol. Natürlich ist das auch ein temporärer Dipol, denn er besteht nur so lange, wie sich das Wassermolekül in der Umgebung des Brommoleküls befindet. Temporär heißt nur zeitweise, in einem bestimmten Zeitraum.
    Aber eigentlich, so denke ich, wird temporär gesagt, wenn durch kurzzeitige Ladungsunausgeglichenheit in einem Molekül ein schwacher Dipol entsteht. Das ist in einem Benzolmolekül möglich. Dieser Dipol induziert in einem weiteren Molekül einen weiteren Dipol und beide Moleküle ziehen sich nun elektrostatisch an. So kann man erklären, warum die Siedetemperatur des Benzols (80 °C) etwas höher als die Siedetemperatur des n-Hexans (68 °C) ist, obwohl letzteres eine etwas höhere Molekülmasse besitz (78 gegenüber 86).
    Ich möchte mich bei allen Lesern meiner Videos entschuldigen und bitte diese Überlegungen zur Kenntnis zu nehmen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 3 Jahren
  17. Default

    lol

    Von Dominik Rwo, vor fast 3 Jahren
  18. 001

    Das waren zwei Beispiele zum Einstieg. Die Antwort lautet: Durch vdW-Kräfte. Ich hatte nicht vor, den genauen Mechanismus beider Wechselwirkungen zu beschreiben.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  19. Default

    ich hab nicht jetzt immer noch nicht verstanden warum das alkohol am finger oder die farbe am aluminium stück bleibt

    Von Tiamheidari, vor mehr als 3 Jahren
  20. 001

    Es gibt keinen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  21. Default

    Was ist denn der Unterschied zwischen temporären und induzierten Dipolen?

    Vielen Dank für die Antwort.

    Von Seideljutta, vor mehr als 3 Jahren
  22. 001

    Liebe Lizzy,
    das wichtigste Bindungsprinzip der Chemie überhaupt besteht darin, dass Elektronen zu verschiedenen Atomen gehören. Man kann sich das so vorstellen, dass die Elektronen durch ihre gewaltige Geschwindigkeit um die einzelnen Atome Mauern bilden, die die Atome nicht überwinden können. Dadurch werden die Atome zusammengehalten und es kommt zur chemischen Bindung.
    Beim Benzol kann man zwischen den Kohlenstoff-Atomen abwechselnd Einfach- und Doppelbindungen eintragen. Man sieht aber, dass es dafür zwei Möglichkeiten gibt. In Wirklichkeit gibt es solche Bindungen aber nicht, da die 6 Elektronen der Doppelbindungen sich mit riesiger Geschwindigkeit über alle 6 Kohlenstoff-Atome bewegen. Dadurch werden diese (Vorstellung der Mauer) fester zusammengehalten.
    Eine noch bessere Veranschaulichung der Bindungstheoerie ist weder sinnvoll noch möglich, da es in unserer Makrowelt keinen vergleichbaren Vorgang gibt.
    Alles Gute und viel Erfolg

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  23. Default

    ich verstehe nicht wieso bei Benzon die Kohlenstoffatome sich ''6 weitere elektronen teilen" oder was damit gemeint ist

    Von Lizzy16, vor mehr als 4 Jahren
  24. 001

    Frage vorher: Die Polarisierung reicht bei H-C hier nicht. Mit Wassermolekülen sieht das anders aus.

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  25. 001

    Ich würde sagen, dass hier Dispersionskräfte die entscheidende Rolle spielen. Diese Art der Wechselwirkung ist theoretisch und von der Anwendung (Rechnung) am schwersten zu behandeln.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  26. Ich2

    Ok, Farbe hält auf Aluminium aufgrund von VdW-Kräften. Al hat kein permanentes Dipol, da einatomig. Also nehm ich mal an, das die Farbe das Aluminium polarisiert, richtig?

    Von Dflow, vor mehr als 4 Jahren
  27. Ich2

    Haha, pausiert das Video mal bei 0Min33Sek :)
    Ok jetzt wieder ernst: Warum bildet beim Aceton das O mit der neg. Partialladung keine Wasserstoffbrücke mit einem der an C anhängenden H Atome eines anderen Aceton Moleküls , die ja eine pos. Partialladung haben. Warum kommt stattdessen nur eine VdW Bindung zwischen dem O eines Aceton Moleküls und dem C eines anderen Aceton Moleküls zustande?
    mfg

    Von Dflow, vor mehr als 4 Jahren
Mehr Kommentare