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Chemie

Van-der-Waals-Kräfte: Siedetemperatur und Kettenlänge

Unpolare Alkanmoleküle ziehen sich schwach an. Je größer die Moleküle sind, desto stärker ist diese Anziehung und desto höher liegt die Siedetemperatur.

  • ca. 12 Minuten
  • Klasse 10
  • Niveau: Standard

Das lernst du heute

  • Ich kann erklären, wie Van-der-Waals-Kräfte entstehen.
  • Ich kann beschreiben, wie die Siedetemperatur von der Kettenlänge abhängt.
  • Ich kann den Einfluss der Verzweigung begründen.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Polar oder unpolar?, Alkanmoleküle räumlich darstellen

Methan siedet bei −162 °C, Decan erst bei 174 °C. Warum? Die C–H-Bindung ist fast unpolar. Alkanmoleküle sind insgesamt unpolar. Trotzdem ziehen sie sich an. Die Elektronen in einem Molekül bewegen sich. Für einen Moment sind sie ungleich verteilt. Es entsteht ein kurzzeitiger Dipol. Dieser Dipol verschiebt die Elektronen im Nachbarmolekül. So ziehen sich beide schwach an. Diese Anziehung heißt Van-der-Waals-Kraft. Sie wirkt zwischen den Molekülen, nicht innerhalb. Beim Sieden brechen keine Bindungen im Molekül. Es werden nur die Anziehungen zwischen den Molekülen überwunden. Längere Moleküle haben mehr Elektronen und eine größere Berührungsfläche. Ihre Anziehung ist stärker, also steigt die Siedetemperatur. Verzweigte Moleküle sind kompakter. Sie berühren sich weniger und sieden niedriger.

AlkanFormelSiedetemperatur in °C (gerundet)Zustand bei 20 °C
MethanCH₄−162gasförmig
EthanC₂H₆−89gasförmig
PropanC₃H₈−42gasförmig
ButanC₄H₁₀−1gasförmig
PentanC₅H₁₂36flüssig
HexanC₆H₁₄69flüssig
HeptanC₇H₁₆98flüssig
OctanC₈H₁₈126flüssig
DecanC₁₀H₂₂174flüssig

Den Einfluss der Verzweigung erkennen

  1. Drei Isomere haben die Formel C₅H₁₂.
  2. Pentan (unverzweigt) siedet bei 36 °C.
  3. 2-Methylbutan (wenig verzweigt) siedet bei etwa 28 °C.
  4. 2,2-Dimethylpropan (stark verzweigt, fast kugelförmig) siedet bei etwa 10 °C.
  5. Schluss: Je kompakter das Molekül, desto geringer die Berührungsfläche und desto niedriger die Siedetemperatur.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Moleküle ziehen sich schwach an.

Größere Moleküle ziehen sich stärker an.

Dann ist die Siedetemperatur höher.

Ein Beispiel

Beispiel

Ein einzelner Haken eines Klettverschlusses hält kaum. Viele Haken zusammen halten fest. So wirken die vielen schwachen Van-der-Waals-Kräfte bei großen Molekülen.

Schritt für Schritt

Wir lesen Siedetemperaturen

  1. Suche das Alkan in der Tabelle.
  2. Lies die Siedetemperatur ab.
  3. Vergleiche mit 20 °C: Liegt sie darüber, ist der Stoff bei 20 °C flüssig. Liegt sie darunter, ist er gasförmig.
  4. Je mehr C-Atome, desto höher die Siedetemperatur.

Mit einem Bild erklärt

KettenlängeAnziehungSiedetemperatur
kurzschwachniedrig
mittelmittelmittel
langstarkhoch

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Um wie viel °C liegt die Siedetemperatur von Heptan über der von Hexan? (Nutze die Tabelle.)

Zeig mir den ersten Schritt

Rechne 98 − 69.

Lösung ansehen

Lösung: 29

98 °C − 69 °C = 29 °C.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Warum siedet Decan höher als Methan?
Lösung ansehen

Lösung: Die Van-der-Waals-Kräfte sind stärker.

Tipp: Stelle dir Wollfäden vor. Lange Fäden verhaken sich stärker miteinander als kurze. So ist es mit langen und kurzen Alkanmolekülen.

Merksatz: Je länger die Kette, desto stärker die Van-der-Waals-Kräfte und desto höher die Siedetemperatur. Verzweigung senkt sie.

Typischer Fehler: Viele denken, beim Sieden werden C–H-Bindungen getrennt. Das stimmt nicht. Beim Sieden bleiben die Moleküle ganz. Nur die Anziehung zwischen ihnen wird überwunden.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Welches Isomer von C₅H₁₂ siedet am niedrigsten?
Lösung ansehen

Lösung: 2,2-Dimethylpropan

Frage 2 Ab wie vielen C-Atomen sind unverzweigte Alkane bei 20 °C flüssig? (Siedetemperatur über 20 °C)

Zeig mir den ersten Schritt

Suche in der Tabelle das erste Alkan mit Siedetemperatur über 20 °C.

Lösung ansehen

Lösung: 5

Pentan siedet bei 36 °C, Butan bei −1 °C. Ab 5 C-Atomen sind sie flüssig.

Frage 3 Beim Sieden von Hexan werden die C–C-Bindungen gebrochen.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 4 Wie kommen Van-der-Waals-Kräfte bei unpolaren Molekülen zustande?
Lösung ansehen

Lösung: durch kurzzeitige Dipole

Frage 5 Alkane lösen sich gut in Wasser.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Geschafft

Alkane sind unpolar. Zwischen ihren Molekülen wirken Van-der-Waals-Kräfte durch kurzzeitige Dipole. Sie werden mit der Kettenlänge stärker, deshalb steigt die Siedetemperatur. Verzweigte Isomere sieden niedriger als unverzweigte. Alkane lösen sich nicht in Wasser.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

Übungsheft Alkane und Erdöl: Kette und Siedetemperatur

Kurz erklärt, 43 Aufgaben in drei Stufen und alle Lösungen. Kostenlos.

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