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Transkript Wasser, Schwefelwasserstoff und die Wasserstoffbrückenbindung

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Wasser, Schwefelwasserstoff und die Wasserstoffbrückenbindung. Als Vorkenntnisse zu diesem Video solltet ihr die Videos Aggregatzustände, Gase, Flüssigkeiten, Feststoffe, davon gibt es 2 Videos, gesehen haben. In diesem Video erkläre ich euch, wie die Wasserstoffbrückenbindung die Schmelz- und Siedetemperaturen von Wasser und Schwefelwasserstoff beeinflusst. Wir wollen zunächst die Formeln von Wasser (H2O) und von Schwefelwasserstoff (H2S) notieren. Das Video habe ich in 5 Abschnitte untergliedert: 1. Wasserstoffbrückenbindung 2. Eis 3. Assoziate und Wasser-Cluster 4. Schwefelwasserstoff 5. Schmelz- und Siedepunkte von H2O und H2S   1. Wasserstoffbrückenbindung Das Wassermolekül hier in Lewis Schreibweise ist gewinkelt. Es besitzt einen positiven und einen negativen Ladungsschwerpunkt und ist damit ein Dipol. Ungleichnamige Ladungen ziehen sich an und es entsteht die Wasserstoffbrückenbindung. Um die Wasserstoffbrückenbindungen aufzutrennen, muss beim Wasser eine Energie von 20 kJ/mol aufgewendet werden. Das entspricht etwa 5-10 % einer gängigen, kovalenten Bindung. Da die Wasserstoffbrückenbindung zwischen 2 verschiedenen Molekülen ausgebildet wird, spricht man von einer intramolekularen Bindung.

  1. Eis In Hinsicht auf die Wasserstoffbrückenbindung besitzt das Wassermolekül einen Donorteil. Der sitzt dort, wo sich die beiden nicht bindenden Elektronenpaare des Wassermoleküls befinden. Der Akzeptorteil sitzt dort, wo Elektronen aufgenommen werden, nämlich an den beiden Wasserstoffatomen des Wassermoleküls. Somit können maximal 4 Wasserstoffbrücken entstehen. Beim Eis passiert dies tatsächlich und es entstehen solche Gebilde. Es findet eine maximale Einbindung der Wassermoleküle statt. Dabei entsteht ein Stoff von diesem Aussehen, uns wohlbekannt, das Eis. 4 Wassermoleküle lassen eine Tetraederstruktur entstehen. Diese Anordnung führt dazu, dass die Dichte des Eises geringer als die Dichte von flüssigem Wasser ist. Es entstehen neue und neue Kombinationen dieser Anordnungen, sodass die unterschiedlichsten Formen von Eiskristallen gebildet werden können. Gemeinsam ist allen Eiskristallen, dass sie nach einem hexagonalem Bauprinzip entstehen.

  2. Assoziate und Wasser-Cluster Im Film Flüssigkeiten habe ich bereits darauf hingewiesen, dass Flüssigkeiten eine Struktur besitzen. Genau so verhält es sich auch beim Wasser. Die einzelnen Wassermoleküle sind im Stoff nicht isoliert. Ganz im Gegenteil. Es bilden sich Dimere, Tetramere und Hexamere. Immer wenn 2 oder mehr Wassermoleküle sich zusammenschließen, so sagt man, sie assoziieren. Es bilden sich Assoziate. Sind die Assoziate größer und wohlstrukturiert, so bezeichnet man sie auch als Wassercluster. Ob Assoziat oder Wassercluster, in jedem Fall führt der Prozess des Zusammenschlusses von Wassermolekülen zu einer Molekülvergrößerung. Im Ergebnis erhalten wir einen Siedepunkt von 100°C. Dieser ist extrem hoch, überlegt man sich, dass die Masse eines Wassermoleküls nur 18 beträgt. Im Vergleich dazu: Ethan hat einen Siedepunkt von -89 °Celsius bei einer Masse von immerhin 30.

  3. Schwefelwasserstoff Das Schwefelwasserstoffmolekül hier wieder in Lewis-Schreibweise ähnelt dem des Wasserstoffmoleküls sehr stark. Ist Schwefelwasserstoff dem Wasser in physikalischen Eigenschaften ähnlich? Die Antwort lautet: Nein. Die Sache ist nämlich die, dass die Moleküle des Schwefelwasserstoffs keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Die Erklärung dafür findet man in der geringen Elektronegativität des Schwefels, die keine Polarisierung der Bindung ermöglicht. Tatsächlich ist Schwefel mit 2,6 dem Kohlenstoff viel ähnlicher als dem Sauerstoff, der eine Elektronegativität von 3,5 aufweist. Deshalb ist Schwefelwasserstoff in seinem physikalischem Verhalten dem Ethan relativ ähnlich. Schwefelwasserstoff und Wasser hingegen unterscheiden sich beträchtlich. Noch ein Wort in eigener Sache. Ich möchte hier betonen, dass Schwefelwasserstoff eine leicht entzündliche Verbindung ist. Abgesehen davon, dass sie nach faulen Eiern riecht. Schwefelwasserstoff ist ein sehr giftiger Stoff, vergleichbar mit Blausäure. Erst unlängst hat man in Erfahrung gebracht, dass Schwefelwasserstoff als Signalmolekül für die Blutdruckregulierung fungiert.

  4. Schmelz- und Siedepunkte von H2O und H2S Die entsprechenden Werte möchte ich tabellarisch aufführen. In der Tabelle gebe ich die Molmasse, die Schmelzpunkte, die Siedepunkte und die Verdampfungswärme beider Verbindungen an. Beginnen wir mit den Molmassen. Ein isoliertes Wassermolekül hat eine Molmasse von 18 g/mol. Wir wissen, aber dass die Wassermoleküle assoziiert vorliegen. Also n ×18 g/mol. Das Schwefelwasserstoffmolekül hat eine Masse von 34 g/mol. Bereits die Schmelzpunkte unterscheiden sich dramatisch. Während Wasser bei 0 °Celsius schmilzt, geht Schwefelwasserstoff bereits bei -85 °Celsius in den flüssigen Aggregatzustand über. Noch dramatischer wirkt sich die Bildung der Assoziate der Wassermoleküle bei den Siedepunkten aus. Während Wasser bei beachtlichen 100 °Celsius siedet, geht Schwefelwasserstoff bereits bei -61 °Celsius in den gasförmigen Aggregatzustand über. Die Tatsache der Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen bei den Wassermolekülen wird durch die Werte der Verdampfungswerte gestützt. Während beim Wasser ein Wert von 40,7 kJ/mol gemessen wurde, bringt es Schwefelwasserstoff nur auf knapp die Hälfte: 19 kJ/mol.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.

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