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Tutorial MenueDie chemische BindungLerneinheit 17 von 20

Zwischenmolekulare Wechselwirkung

Wasser

Am häufigsten sind Wasserstoffbrücken zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Auch ihre Existenz macht sich im Gang der Nichtmetall-Wasserstoff-Verbindungen der 6. Hauptgruppe bemerkbar. Wasser besitzt wie Fluorwasserstoff einen abnorm hohen Siedepunkt. Auch die anderen Anomalien des Wassers (Schmelzpunkt, Volumenvergrößerung beim Erstarren) sind auf die Wasserstoffbrücken zurückzuführen.

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Abb.1
Abb.2

Im Eiskristall ist jedes Sauerstoffatom tetraedrisch von vier Wasserstoffatomen umgeben. Zu zweien bildet es kovalente Bindungen (97 pm) und zu zwei weiter entfernten Wasserstoffbrücken (178 pm). Jedes H-Atom ist seinerseits von zwei O-Atomen koordiniert, wiederum mit einem kovalent gebunden und mit dem anderen über eine Wasserstoffbrücke. Aus dieser energetisch günstigen Anordnung, die eine maximale Zahl von Wasserstoffbrücken ermöglicht, ergibt sich eine sperrige Struktur von relativ schlechter Raumausnutzung. Diese Struktur ist für die geringere Dichte des Eises gegenüber dem flüssigen Wasser verantwortlich. Beim Schmelzen von Eis brechen die Wasserstoffbrücken aber nicht vollständig auf, sondern es bleiben im obigen Sinne geordnete Bereiche, sogenannte Cluster, erhalten. Mit steigender Temperatur nimmt diese Ordnung ab, das heißt die Cluster werden kleiner, die Raumerfüllung besser und die Dichte steigt an bis sie bei 4 °C ihr Maximum erreicht. Mit weiter steigender Temperatur gewinnt die gleichzeitig zunehmende Wärmeausdehnung die Oberhand, und die Dichte nimmt wie bei anderen Stoffen ab.

Abb.3
Temperaturabhängigkeit der Dichte von Eis/Wasser

Auch Ammoniakmoleküle assoziieren im flüssigen Zustand, allerdings sind die Wasserstoffbrücken schwächer und ihre Zahl pro Molekül geringer als beim Wasser. Die Zunahme der Siedepunkte vom PH3 bis zum BiH3 entspricht primär der Zunahme der Dispersionswechselwirkungen.

Das Methanmolekül CH4 besitzt wegen seiner regelmäßigen tetraedrischen Struktur kein Dipolmoment. Die Wechselwirkungen sind Dispersionskräfte. Dementsprechend steigen die Siedepunkte vom CH4 zum PbH4 mit der Molekülgröße.

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