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Dipole 12:07 min

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Transkript Dipole

Hallo und herzlich willkommen!

Heute geht es um das Thema Dipole. Dabei werde ich die Fragen beantworten: Was ist in der Chemie ein Dipol? Und welche Faktoren bestimmen, ob ein Dipol vorliegt? Um dieses Video zu verstehen, solltest du bereits wissen, was Elektronegativität ist und was ein Molekül ist.

Zunächst einmal zur allgemeinen Definition eines Dipols. Ein Dipol ist ein Ding, nennen wir es einmal ein Ding, das zwei räumlich getrennte Pole besitzt. Das können entweder magnetische Pole sein oder elektrische Ladungen, also positiv oder negativ, die voneinander getrennt sind.

Man kann Dipole durch das sogenannte Dipolmoment, hier mit einem Buchstaben p bezeichnet, beschreiben. Man kann p auch durch eine Gleichung beschreiben, die da lautet: p^->=q×l^->. Dabei beschreibt p^-> das Dipolmoment, q beschreibt die Stärke der Pole, zum Beispiel beim elektrischen Pol die Ladung, also wie stark die Pole geladen sind, und l^-> beschreibt den Abstand der Pole, und zwar mit Richtungsangabe. Diese Richtungsangabe wird durch den Pfeil über dem Buchstaben dargestellt, was nichts anderes bedeutet, als dass dieser Abstand eine gerichtete Größe, sprich ein Vektor ist. Und wie man sieht, ist p^->, also das Dipolmoment selbst, auch eine gerichtete Größe, auch ein Vektor. Warum das wichtig ist, werden wir gleich anhand von ein paar Beispielen sehen. Bis hier war das die Definition eines Dipols ganz allgemein.

In der Chemie ist der Begriff des Dipols aber enger gefasst. Hier bezeichnet man Dipol oder Dipomoleküle als Moleküle, die nach außen hin elektrisch neutral sind, in denen aber die Ladungsträger, damit sind die Elektronen gemeint, ungleichmäßig verteilt sind.

Zum Beispiel: das Chlorwasserstoffmolekül HCl. Dieses Molekül besteht aus einem Chloratom und einem Wasserstoffatom, welche durch ein Bindungselektronenpaar miteinander verbunden sind. Wichtig ist jetzt hier die Betrachtung der Elektronegativität dieser beiden Atome. Chlor besitzt eine hohe Elektronegativität, Wasserstoff eine niedrige. Warum soll das wichtig sein? Ganz einfach, das Chlor, das Atom mit der höheren Elektronegativität, hat aufgrund dieser Elektronegativität den Hang dazu, die Bindungselektronen zu sich heranzuziehen. Das heißt, die Elektronen liegen nun näher am Chlor als am Wasserstoff. Da Elektronen aber negativ geladen sind, befindet sich nun mehr negative Ladung auf dem Chloratom als auf dem Wasserstoffatom. Das ist hier zeichnerisch angedeutet durch das kleine δ, δ+ beim Wasserstoff und δ- beim Chlor. Das bedeutet einfach nur, dass der Wasserstoff ein bisschen positiv geladen ist und das Chlor ein bisschen negativ geladen. Und nun ist genau der Fall eingetreten, den wir als Voraussetzung für ein Dipol in der Definition genannt hatten, nämlich, dass die Ladungen ungleichmäßig im Molekül verteilt sind. Wir haben ein negatives Ende und ein positives Ende. Das ist ein Dipol.

Das nächste Beispiel ist das Wasserstoffmolekül. Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen, die ebenfalls durch ein Bindungselektronenpaar aneinander gebunden sind. Dadurch, dass wir hier zwei gleiche Atome aneinander gebunden haben, nämlich Wasserstoff und Wasserstoff, haben wir auch keinen Unterschied in der Elektronegativität. Darum findet dann auch keine Verschiebung der Bindungselektronen auf die eine oder andere Seite statt und folglich entsteht auch kein Dipolmoment. Man sieht also, wir brauchen in einem Molekül unterschiedliche Atome mit unterschiedlichen Elektronegativitäten, damit ein Dipolmoment entstehen kann.

Das nächste Beispiel, das ich besprechen möchte, ist das Kohlendioxid CO2. Im Kohlendioxid haben wir ein Kohlenstoffatom, das an zwei Sauerstoffatome gebunden ist, und zwar mit jeweils einer Doppelbindung, sprich mit zwei Bindungselektronenpaaren. Man beachte an dieser Stelle auch die Form des Moleküls. Es ist stabförmig, das heißt, die beiden Sauerstoffatome liegen sich genau gegenüber. Da Sauerstoff eine höhere Elektronegativität hat als Kohlenstoff, bilden sich hier auch Ladungsverschiebungen aus, und zwar wandern Elektronen zum Sauerstoff nach links und zum Sauerstoff nach rechts. Dadurch entsteht dann eine Ladungsverteilung, wie sie hier im Bild dargestellt ist. Das heißt, auf den Sauerstoffatomen sitzen partielle negative Ladungen und auf den Kohlenstoffatomen partielle positive Ladungen. Dadurch bilden sich auch wieder Dipolmomente aus, und zwar zwei Dipolmomente, einer zwischen dem Kohlenstoff und dem linken Sauerstoff und einer zwischen dem Kohlenstoff und dem rechten Sauerstoff.

Nun hatten wir ja gesagt, dass Dipolmomente gerichtete Größen sind, das heißt, sie sind Vektoren. Und das wiederum heißt, dass wir sie addieren können. Addieren wir also die beiden Dipolmomente, die im CO2-Molekül vorhanden sind, zu einem Gesamtdipolmoment, dann wird sich herausstellen, dass diese beiden Dipolmomente sich gerade aufheben. Warum heben sie sich auf? Weil sie gleich groß sind, aber in entgegengesetzte Richtungen weisen. Man kann das vielleicht mit zwei Pferden vergleichen, die an ein und demselben Wagen ziehen, aber in entgegengesetzte Richtungen. Wenn die beiden Pferde gleich stark sind, wird sich der Wagen nirgendwohin bewegen.

Das nächste Beispiel ist das Wassermolekül H2O. Das Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom, an das zwei Wasserstoffatome gebunden sind. Das besondere an diesem Molekül ist, dass der Bindungswinkel zwischen diesen beiden Wasserstoffatomen 104,5° beträgt, das heißt, das Molekül ist gewinkelt. Es ist nicht gerade, wie eben gerade das CO2-Molekül. Die Ursache für diese Molekülform liegt darin, dass am Sauerstoffatom sich noch 2 sogenannte freie Elektronenpaare befinden, die hier links oben und rechts oben vom Sauerstoffatom als Striche angedeutet sind. Man kann sich das dann so vorstellen, dass diese beiden freien Elektronenpaare Platz für sich beanspruchen und dadurch die anderen Elekronenpaare, nämlich die Bindungselektronenpaare zu den Wasserstoffatomen, sozusagen zusammengedrückt werden. Dadurch entsteht dann diese Winkelform.

Nun ja. Auch im Wassermolekül haben wir es mit Atomen zu tun, die unterschiedliche Elektronegativitäten aufweisen. In diesem Falle hat der Wasserstoff niedrigere Elektronegativität und der Sauerstoff die höhere Elektronegativität, wodurch sich die Bindungselektronen zum Sauerstoff hin verlagern, und wodurch wiederum negative Ladungen auf dem Sauerstoffatom zu liegen kommen und positive Ladungen auf den Wasserstoffatomen. Auch hier bilden sich folglich wieder Dipolmomente aus, die wir in der Zeichnung mit p1^-> und p2^-> bezeichnet haben. Da Dipolmomente gerichtete Größen, also Vektoren sind, können wir sie, wenn wir sie addieren wollen, sozusagen aneinanderlegen, wie hier in einer Zeichnung angedeutet. Der Anfang des ersten Dipolmoments und das Ende des zweiten Dipolmoments markieren dann das Gesamtdipolmoment. Und wie wir sehen können, ergibt sich so für Wasser ein Dipolmoment, das heißt, Wasser ist ein polares Molekül.

Und wie man sieht, hängt das Vorhandensein eines Gesamtdipols nicht nur von der Elektronegativität der beteiligten Atome ab, sondern eben auch von der Molekülform. Das Kohlendioxid besitzt kein Gesamtdipolmoment, weil die Einzeldipole sich gegenseitig aufheben. Beim Wasser haben wir ein Gesamtdipolmoment, weil beim Addieren der Einzeldipole sich ein Gesamtdipol ergibt. Man kann also sagen: Ein Dipolmolekül liegt dann vor, wenn in einem Molekül Atome mit unterschiedlicher Elektronegativität vorhanden sind und wenn sich aufgrund der Molekülform die Einzeldipolmomente nicht aufheben.

Abschließend möchte ich noch ein kleines Experiment vorstellen, mit dem man nachweisen kann, dass Wasser tatsächlich ein Dipolmoment besitzt. Man benötigt dafür lediglich einen dünnen Wasserstrahl, der gleichmäßig herunterpieselt und irgendeinen Kunststoffgegenstand, zum Beispiel einen Kamm. Diesen Kamm reibt man dann an einem Wollpullover oder einem ähnlichen Tuch, auf dass er sich statisch auflade, in diesem Falle hingemalt als negative statische Aufladung. Diesen aufgeladenen Kamm hält man dann nah an den Wasserstrahl und wird daraufhin die befremdliche Beobachtung machen, dass der Wasserstrahl sich biegt. Was passiert dabei? Die Wassermoleküle, die ja Dipole sind, spüren die Ladung des Kammes und richten sich dementsprechend aus. Das sieht in unserem Beispiel dann so aus, dass das positiv geladene Ende, also das Wasserstoffende, zum Kamm hin ausgerichtet ist, und das negativ aufgeladene Ende, also das Sauerstoffende der Wassermoleküle, auf die andere Seite hin. Nachdem die Moleküle sich ausgerichtet haben, werden sie vom statisch aufgeladenen Kamm angezogen, weil nämlich das positiv geladene Ende der Wassermoleküle zu dieser negativen Ladung des Kammes hinstrebt. Dadurch verbiegt sich dann der Wasserstrahl.

So, wir haben heute gelernt, was ein chemischer Dipol ist, und außerdem, dass es zwei Aspekte gibt, die darüber entscheiden, ob ein Molekül ein Dipol ist oder nicht. Der erste Aspekt sind die Elektronegativitätsunterschiede zwischen den einzelnen Atomen, die das Molekül zusammensetzen. Und der zweite Aspekt ist die Molekülform, die darüber entscheidet, ob die Einzeldipolmomente sich gegenseitig aufheben oder nicht.

Danke fürs Zuschauen. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

25 Kommentare
  1. 2bc11df4a36dcbaad6ffe08db5eeb4cf

    tas var subba. dud mir leit weken ter kramadig, ich mache tas mit apßichd, es sied lusdik aus

    Von Kyokon, vor 6 Monaten
  2. Karsten

    Hallo Ssimons,
    Wasser ist ein eindeutiger Dipol, da die H-O-Bindungen polar sind und das Wassermolekül zudem räumlich so gebaut ist, dass sich ein permanenter Dipol ausbilden kann.

    Kohlenstoffdioxid ist durch die C-O-Doppelbindungen schon polar, es ist jedoch ein lineares Molekül mit zwei elektronegativen Enden. Durch diese Struktur kann sich kein permanenter Dipol ausbilden. Jedoch schwingen die Bindungen im Molekül Hin und Her, dadurch können tatsächlich kurzfristige Dipole entstehen. Nach außen hin würde man jedoch Kohlenstoffdioxid nicht als Dipol bezeichnen.

    Von Karsten Schedemann, vor 7 Monaten
  3. Default

    bis jetzt hat es mir super geholfen.
    aber wieso wird bei dem H2O oben bei dem O die beiden freien elektronenpaare eingetragen aber bei z:B bei C02 nicht?
    und ist jetzt CO2 ein Dipol weil am ende wurde ja gesagt ,dass sie ein Dipol sind ,wenn sie sich nicht durch die einzelnen Dipolmomemnte aufheben.
    kann mir das einer noch kurz erklären?

    ich habe das verstanden ,dass z.B H2 sich aufhebt und deswegen es kein Dipol ist aber H2O schon oder?

    ich hoffe ihr könnt meine frage verstehen.
    danke schonmal im voraus

    Von Ssimons, vor 7 Monaten
  4. 2016 11 18 16.03.49

    sehr gut erklärt

    Von Tim P., vor fast 2 Jahren
  5. Default

    sehr logisch aufgebaut, absolut nachvollziehbar, solche Lehrer wünscht man sich

    Von Gmauner, vor mehr als 2 Jahren
  1. L lawliet by duncantje

    Klasse erklärt!

    Von KrisTGsus B., vor mehr als 3 Jahren
  2. L%c3%a4cheln2

    Freut mich!

    Von Götz Vollweiler, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    Wow, jedes Mal wenn Sie etwas erklären verstehe ich es, toll Danke!

    Von Cp Schmidbauer, vor mehr als 3 Jahren
  4. L%c3%a4cheln2

    CSO ist ein Dipol, weil O eine höhere Elektronegativität besitzt als S,

    Von Götz Vollweiler, vor fast 4 Jahren
  5. Default

    danke schön tolle Erklärung
    was ist dann mit CSO MOLEKÜLE
    es ist Dipol oder nicht Dipol

    Von Abd O., vor fast 4 Jahren
  6. Default

    Super VIdeo, Danke!

    Von Sigrid Kruckis, vor mehr als 4 Jahren
  7. Default

    Das Video hat mir total geholfen. Danke :)

    Von An Klose, vor mehr als 4 Jahren
  8. Default

    Hat mir sehr gut geholfen, gerade das experiment fand ich gut und einfach da es etwas alltägliches ist.

    Von Saramaggi, vor mehr als 4 Jahren
  9. Default

    SEHR TOLL!!

    Von Polavick97, vor mehr als 4 Jahren
  10. Default

    super video :)

    Von L Weiland, vor mehr als 4 Jahren
  11. Default

    Klasse Video! Danke:)

    Von Eva Maria Sontag, vor etwa 5 Jahren
  12. Likeaboss 1

    Echt super Video! Danke!!!!

    Von Constantin R., vor etwa 5 Jahren
  13. Default

    Hat mir sehr geholfen, Danke :)

    Von Monkey4liz, vor etwa 5 Jahren
  14. Default

    DANKE DANKE DANKE! ich schreibe morgen einen kleinen test, wir haben das gestern erst erfahren und ich hatte keine ahnung ws ein dipol ist, unsere lehrerin kann nämlich definitiv nicht gut erklären. Aber jetzt verstehe ich es glaube ich!

    Von Annaamsel, vor mehr als 5 Jahren
  15. Default

    Super erklärt, vielen Dank!

    Von Reiter Weiden, vor mehr als 5 Jahren
  16. Default

    So etwas nennt man LEHRER!!!

    Von Kajic, vor mehr als 5 Jahren
  17. Default

    dünner Wasserstrahl piselt, befremdliche Beobachtung... :D
    -> nie einen besseren Lehrer gehabt. SPITZE!!! Vielen vielen vielen Dank ;)

    Von Ola Kad, vor etwa 7 Jahren
  18. Default

    erstklassig unterrichtet, solche leute braucht die schule

    Von Hamlet, vor mehr als 7 Jahren
  19. Default

    1000 Dank, ich habe noch nie einen chemischen Sachverhalt so kompetent erklärt bekommen, hätte ich Sie als Chemieleher gehabt, hätte ich Chemie studiert

    Von Chrischi, vor mehr als 7 Jahren
  20. Default

    gut erklärt ,danke :)

    Von Bayazit06, vor etwa 8 Jahren
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Dipole Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Dipole kannst du es wiederholen und üben.

  • Nenne Voraussetzungen für das Vorliegen eines Dipols.

    Tipps

    Ist das $H-F$-Molekül ein Dipol?

    Lösung

    Damit ein Dipol vorliegt, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein:

    • Die Atome im Molekül haben eine unterschiedliche Elektronegativität, so dass es polare Bindungen gibt. Das heißt, die Bindungselektronen verschieben sich so, dass partielle Ladungen an den Atomen entstehen.
    • Die Molekülgestalt muss so sein, dass die Partialladungen tatsächlich auch an zwei Polen des Moleküls liegen. Das ist dann der Fall, wenn sich die Dipolmomente nicht gegenseitig aufheben.

  • Gib die Definition eines Dipols in der Chemie wieder.

    Tipps

    Elektronegativität ist ein Maß dafür, wie stark ein Atom Elektronen an sich zieht.

    Lösung

    Mit Hilfe des Wissens über Dipole lassen sich Eigenschaften von Stoffen vorhersagen. Die Dipoleigenschaft lässt zum Beispiel Voraussagen dazu zu, ob sich zwei Stoffe mischen lassen. Auch ist Wasser unter anderem wegen dieser Eigenschaft bei Raumtemperatur flüssig. Hier wirken sich aber auch noch Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken aus
    Es ist daher wichtig, dass man Dipole auch als solche erkennen kann. Dazu muss man das Konzept der Elektronegativität kennen. Außerdem muss man wissen, wie polare Bindungen zustande kommen und so partielle Ladungen in Molekülen entstehen.
    Wenn man herausgefunden hat, ob es Partialladungen gibt, muss man nur noch die räumliche Gestalt des Moleküls betrachten und überlegen, ob es zwei unterschiedlich geladene Pole in dem Molekül gibt. Andernfalls gleichen sich die Dipolmomente wieder aus und das Molekül ist kein Dipol.

  • Zeige auf, warum Wasser ein Dipol ist, Kohlenstoffdioxid aber nicht.

    Tipps

    Freie Elektronenpaare befinden sich an nur einem Atom des Moleküls, Bindungselektronen lassen sich zwei Atomen zuordnen.

    Lösung

    Beide Moleküle erfüllen die erste Voraussetzung dafür, dass es sich um Dipolmoleküle handelt. Sie bestehen beide aus unterschiedlichen Atomen mit abweichender Elektronegativität. Die Bindungselektronen in beiden Molekülen verschieben sich zum Sauerstoff, da es die größere Elektronegativität hat. In beiden Molekülen ist also der Sauerstoff partiell negativ geladen, die übrigen Atome sind partiell positiv geladen.
    Im Wassermolekül bildet das Sauerstoffatom eine Art negativ geladene Spitze des Moleküls. Das Molekül hat also eine negativ geladene Seite und eine positiv geladene Seite. Daher ist es ein Dipol. Beim $CO_2$-Molekül sieht das etwas anders aus: Das Kohlenstoffatom befindet sich in der Mitte und wird von zwei partiell negativ geladenen Sauerstoffatomen umgeben. Das Molekül ist auf beiden Seiten gleich geladen, hat also keine unterschiedlich geladenen Pole. Daher ist es kein Dipol.

  • Vergleiche die Stärke der Dipole miteinander.

    Tipps

    Der schwächste Dipol liegt vor, wenn das Dipolmoment insgesamt null ist, wenn das Molekül also gar kein Dipolmolekül ist.

    Elektronegativität von...

    • Bor: 2,0
    • Wasserstoff: 2,2
    • Kohlenstoff: 2,5
    • Chlor: 3,2
    • Fluor: 4,0

    Die Wasserstoffatome im $H_3CF$-Molekül beeinflussen die Polarität der $C-F$-Bindung nur geringfügig.

    Lösung

    Das $BF_3$-Molekül ist auf Grund der räumlichen Anordnung der Atome kein Dipol, da sich die Dipolmomente gegenseitig aufheben. Das Dipolmoment ist damit null und es muss damit in der Reihe am Anfang stehen.
    Der Unterschied der Elektronegativität ist beim $H-Cl$-Molekül 1,0. Der Unterschied der Elektronegativität bei Kohlenstoff und Fluor liegt bei 1,5, zwischen Fluor und Wasserstoff bei 1,8. Da die Wasserstoffatome das $H_3CF$-Molekül nicht allzu stark beeinflussen, ist das $H_F$-Molekül der stärkere Dipol. Chlorwasserstoff ist ein schwächerer Dipol als die beiden anderen Moleküle.

  • Ermittle die Partialladungen an den Atomen in den Molekülen.

    Tipps

    Um die partielle Ladung festzustellen, musst du die Elektronegativität der Bindungspartner vergleichen.

    Elektronegativität von...

    • Wasserstoff: 2,2
    • Kohlenstoff: 2,5
    • Stickstoff: 3,0
    • Fluor: 4,0
    • Schwefel: 2,6

    Das Fluoratom im $H_3CF$-Molekül beeinflusst die Ladung des Kohlenstoffatoms stärker, als es die drei Wasserstoffatome tun!

    Lösung

    Um festzustellen, wo im Molekül partielle Ladungen vorliegen, hilft einem die Elektronegativität. Diese kann man in vielen Periodensystemen ablesen. Ist die Elektronegativität zweier Bindungspartner unterschiedlich, werden die Elektronen der Bindung zu dem Atom mit der höheren Elektronegativität gezogen. Dieses hat deshalb eine negative Partialladung. Das andere ist partiell positiv geladen, da sich weniger Elektronen in der Nähe aufhalten.
    Da Wasserstoff von den beteiligten Atomen die geringste Elektronegativität aufweist, ist es in allen gezeigten Molekülen partiell positiv geladen. Der Kohlenstoff erhält im $CH_4$-Molekül eine negative Partialladung. Ebenso ist es beim Stickstoffatom des $NH_3$-Moleküls.
    Die Elektronegativität von Fluor ist noch höher als die von Kohlenstoff, daher hat das Fluoratom auch eine negative Partialladung. Durch die Bindungen zu den drei Wasserstoffatomen werden Elektronen zum Kohlenstoff hin verschoben. Da das Fluoratom aber die Elektronen noch viel stärker anzieht, verschieben sich die Elektronen so weit zum Fluor, dass das Kohlenstoffatom eine positive Partialladung erhält.
    Im $S_8$-Molekül liegen nur Bindungen zwischen Schwefelatomen vor. Daher sind alle Bindungen unpolar und es gibt keine Partialladungen im Molekül.

  • Ermittle die Dipolmoleküle.

    Tipps

    Voraussetzung für einen Dipol ist, dass es im Molekül Atome mit Partialladungen gibt!

    Bei Molekülen, die außen in alle Richtungen die gleiche Partialladung haben, heben sich die Dipolmomente gegenseitig auf.

    Die Erde ist grob eine Kugel. Man unterteilt sie auch am Äquator in Nord- und Südhalbkugel.
    Die Erde ist auch ein Dipol, aber ein magnetischer Dipol.
    Ihr magnetischer Nordpol liegt in der Nähe des magnetischen Südpols. Doch die magnetischen Pole wandern jedes Jahr.

    Lösung

    Beim $S_8$-Molekül kann man es sich einfach machen: Da es keine Partialladungen im Molekül gibt, kann es auch kein Dipol sein.
    Das $CH_4$-Molekül ist so aufgebaut, dass das Kohlenstoffatom in der Mitte liegt und von vier Wasserstoffatomen umgeben wird. Die Wasserstoffatome bilden eine Pyramide. An der Außenseite des Moleküls liegen daher nur Atome mit einer positiven Partialladung. Die vier Dipolmomente heben sich auf, das Molekül ist kein Dipol.
    Ähnlich ist es beim $BF_3$-Molekül. Alle vier Atome liegen in einer Ebene, die Fluoratome bilden ein Dreieck mit dem Boratom in der Mitte. Die drei Dipolmomente heben sich daher auf, wie das Bild verdeutlicht.
    Beim $NH_3$-Molekül und beim $H_3CF$-Molekül handelt es sich um Dipolmoleküle, da sich die Dipolmomente nicht gegenseitig aufheben.