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Van-der-Waals-Kräfte

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Die Autor*innen
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André Otto
Van-der-Waals-Kräfte
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse

Van-der-Waals-Kräfte Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Van-der-Waals-Kräfte kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre, was van-der-Waals-Kräfte sind.

    Tipps

    Die Energie zur Spaltung der kovalenten Bindung von Chlorwasserstoff $HCl$ beträgt 431 kJ/mol, während die Spaltung einer Bindung, die durch van-der-Waals-Kräfte zustande kommt, eine Energie von 16 kJ/mol benötigt.

    Lösung

    Van-der-Waals-Kräfte, auch abgekürzt durch vdW-Kräfte, sind schwache, nicht kovalente Kräfte zwischen chemisch neutralen Teilchen. Sie beruhen auf dem Entstehen oder Vorhandensein von Dipolen.

  • Bestimme, welche Partialladungen an den Aceton-Molekülen entstehen können.

    Tipps

    Sauerstoff hat einen Elektronegativitätswert von 3,5, Kohlenstoff hat 2,5 und Wasserstoff 2,1.

    Bindungselektronenpaare werden vom elektronegativeren Bindungspartner stärker angezogen.

    Lösung

    Das Sauerstoffatom im Acetonmolekül besitzt einen Elektronegativitätswert von 3,5 und Kohlenstoff 2,5. Sauerstoff ist somit elektronegativer als Kohlenstoff und zieht deshalb die Bindungselektronen stärker an sich. Daher entsteht beim Sauerstoffatom eine negative Partialladung und beim Kohlenstoffatom jeweils eine positive Partialladung. Durch die Entstehung dieser Dipole entwickelt sich eine elektrostatische coloumbsche Anziehungskraft zwischen der negativen Partialladung vom Sauerstoff und der positiven Partialladung vom Kohlenstoff des zweiten Acetonmoleküls.

    Diese nennt man van-der-Waals-Kraft.

  • Benenne die Auswirkungen von van-der-Waals-Kräften.

    Tipps

    Van-der-Waals-Kräfte sind nicht so stark wie kovalente Bindungen, halten zwei Moleküle Aceton jedoch gut zusammen.

    Lösung

    Van-der-Waals-Kräfte bewirken in erster Linie eine Molekülvergrößerung durch die Wechselwirkungen zwischen den Molekülen. Dadurch können sich einige Eigenschaften der Moleküle verändern. So ist Wasser mit Hexan nicht mischbar, während Wasser bei Benzol einen temporären Dipol bewirkt und dadurch mit Benzol in begrenzten Mengen mischbar wird. Außerdem erhöhen sie die Siedetemperaturen von Molekülen.

  • Bestimme die Siedepunkte der folgenden Moleküle.

    Tipps

    Mit wachsender Kettenlänge nehmen die van-der-Waals-Kräfte zu.

    Lösung

    Die Ursache für die Zunahme der Siedetemperaturen von Ethan über Pentan und Heptan zu Decan liegt in der Zunahme der van-der-Waals-Kräfte. Mit wachsender Kettenlänge und damit wachsender Oberfläche nehmen gegenseitige Berührungs- und Polarisierungsmöglichkeiten zu und damit auch die Anziehungskräfte zwischen den Molekülen. Die Moleküle besitzen folgende Siedetemperaturen:

    • Ethan: -89°C
    • Pentan: 36°C
    • Heptan: 98°C
    • Decan: 174°C.

  • Ermittle den Faktor, um den vdW-Kräfte schwächer sind als kovalente Bindungskräfte.

    Tipps

    Um Chlorwasserstoff zu spalten, sind 431 kJ/mol nötig. Um zwei Chlorwasserstoffmoleküle voneinander zu spalten, werden nur 16 kJ/mol benötigt.

    Lösung

    Van-der-Waals-Kräfte sind in etwa 20 mal schwächer als kovalente Bindungskräfte im Molekül. So benötigt man bei der Spaltung von 2 Molekülen HCl lediglich 16 kJ/mol, während bei der Spaltung von HCl eine Energie von 431 kJ/mol benötigt werden.

    Damit kann die Zunahme der Siedepunkte in der homologen Reihe der Alkane erklärt werden. Mit Zunahme der Oberfläche der Moleküle erhöhen sich die vdW-Kräfte. Es gibt aber keine kovalente Bindung zwischen den einzelnen Molekülen, daher sind die kleinen Alkane gasförmig.

  • Entscheide, bei welchem Phänomen van-der-Waals-Kräfte eine Rolle spielen.

    Tipps

    Van-der-Waals-Kräfte bewirken eine Molekülvergrößerung und „kleben“ sozusagen Moleküle zusammen.

    Lösung

    Forschungen auf dem Gebiet der Bionik und der Nanotechnologie haben gezeigt, dass das Anhaften des Geckos auf van-der-Waals-Kräften beruht. Die Füße der Tiere sind dicht mit sogenannten Spatulae, den feinen, rund 200 Nanometer dünnen Härchen, bedeckt, die trotz der „eigentlich“ schwachen van-der-Waals-Kraft in ihrer Summe diese starke Wechselwirkung mit dem Untergrund bewirken.