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.
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.
| Alkan | Formel | Siedetemperatur in °C (gerundet) | Zustand bei 20 °C |
|---|---|---|---|
| Methan | CH₄ | −162 | gasförmig |
| Ethan | C₂H₆ | −89 | gasförmig |
| Propan | C₃H₈ | −42 | gasförmig |
| Butan | C₄H₁₀ | −1 | gasförmig |
| Pentan | C₅H₁₂ | 36 | flüssig |
| Hexan | C₆H₁₄ | 69 | flüssig |
| Heptan | C₇H₁₆ | 98 | flüssig |
| Octan | C₈H₁₈ | 126 | flüssig |
| Decan | C₁₀H₂₂ | 174 | flüssig |
Den Einfluss der Verzweigung erkennen
- Drei Isomere haben die Formel C₅H₁₂.
- Pentan (unverzweigt) siedet bei 36 °C.
- 2-Methylbutan (wenig verzweigt) siedet bei etwa 28 °C.
- 2,2-Dimethylpropan (stark verzweigt, fast kugelförmig) siedet bei etwa 10 °C.
- 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
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
- Suche das Alkan in der Tabelle.
- Lies die Siedetemperatur ab.
- Vergleiche mit 20 °C: Liegt sie darüber, ist der Stoff bei 20 °C flüssig. Liegt sie darunter, ist er gasförmig.
- Je mehr C-Atome, desto höher die Siedetemperatur.
Mit einem Bild erklärt
| Kettenlänge | Anziehung | Siedetemperatur |
|---|---|---|
| kurz | schwach | niedrig |
| mittel | mittel | mittel |
| lang | stark | hoch |
Zur Grundlage zurück
- Polar oder unpolar? – Du weißt, wann ein Molekül polar oder unpolar ist.
- Alkanmoleküle räumlich darstellen – Du kennst den Raumbau der Alkane.
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.
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
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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.
Mini-Quiz
5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
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.
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Lösung: 5
Pentan siedet bei 36 °C, Butan bei −1 °C. Ab 5 C-Atomen sind sie flüssig.
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Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: durch kurzzeitige Dipole
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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.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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