wechselwirkungen kraftfelder i und felder intermolekulare ... · dipol 1 unpolares atom dipol 1...

11
1 Wechselwirkungen und Felder Intermolekulare Bindungen 2 Historische Entwicklung Kraftfelder I Issac Newton (1643 - 1727) Gravitationsgesetz Daniel Bernoulli (1700 - 1782) Leonhard Euler (1707 - 1783) Geschwindigkeitsfeld, Beschleunigungsfeld in der Hydrodynamik 3 Historische Entwicklung II Charles A. Coulomb (1736 - 1806) Elektrostatik, Magnetostatik Andre Ampere (1775 - 1836) Kraft zwischen Strömen Simeon Poisson (1781 - 1836) Potentialtheorie Elektrostatik 4 Historische Entwicklung II Hans Chr. Oerstedt (1777 - 1851) bewegte elektrische Ladungen erzeugen ein Magnetfeld Michael Faraday (1791 - 1867) Elektromagnetische Induktion James C. Maxwell (1831 - 1879) Vollständige Beschreibung elektromagneti- scher Vorgänge ("Maxwell-Gleichungen)" 5 Frage: Wo sind Kraftfelder in der Biologie von Bedeutung? Elektronen Elektronen --- --- Ionen Ionen --- --- Moleküle Moleküle --- --- Organismen Organismen 6 Vier Wechselwirkungen I Starke Wechselwirkung (Kernteilchen) Gravitations- Wechselwirkung (Masse) Elektromagnetische Wechselwirkung (Ladung) Schwache Wechselwirkung (Elementarteilchen)

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Page 1: Wechselwirkungen Kraftfelder I und Felder Intermolekulare ... · Dipol 1 unpolares Atom Dipol 1 induzierter Dipol 51 Dipol-induzierter Dipol-Wechselwirkung Molekül 1 mit Dipol (Dipol-Ladungsverteilung)

1

Wechselwirkungen und Felder

IntermolekulareBindungen

2

Historische Entwicklung Kraftfelder I

Issac Newton (1643 - 1727)Gravitationsgesetz

Daniel Bernoulli (1700 - 1782)Leonhard Euler (1707 - 1783)

Geschwindigkeitsfeld, Beschleunigungsfeld in der Hydrodynamik

3

Historische Entwicklung II

Charles A. Coulomb (1736 - 1806)Elektrostatik, Magnetostatik

Andre Ampere (1775 - 1836)Kraft zwischen Strömen

Simeon Poisson (1781 - 1836)Potentialtheorie

Elektrostatik

4

Historische Entwicklung II

Hans Chr. Oerstedt (1777 - 1851)bewegte elektrische Ladungen erzeugen ein Magnetfeld

Michael Faraday (1791 - 1867)Elektromagnetische Induktion

James C. Maxwell (1831 - 1879)Vollständige Beschreibung elektromagneti-scher Vorgänge ("Maxwell-Gleichungen)"

5

Frage:

Wo sind Kraftfelder in der Biologie von Bedeutung?

Elektronen Elektronen ------ Ionen Ionen ------ Moleküle Moleküle ------ OrganismenOrganismen

6

Vier Wechselwirkungen I

Starke Wechselwirkung(Kernteilchen)

Gravitations-Wechselwirkung

(Masse)

Elektromagnetische Wechselwirkung

(Ladung)

Schwache Wechselwirkung

(Elementarteilchen)

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Starke WW Schwache WW

Gravitations-WW

Elektromag-netische WW

Quelle des Feldes

Protonen, Neutronen,Pionen, ..

alle Elementar­

teilchen

alle schweren Massen

alles was Ladungen

trägt

Kraft KernkraftSchwache WW-kraft

SchwerkraftElektr . Kraft, Magnetische

Kraft

Stärke 1 1/1015 1/1038 1/100

Reichweite klein kleinunbegrenzt

großgroß

Vier Wechselwirkungen II

8

Felder I

9

Felder II

10

Der allgemeine Feldbegriff

Wird jedem Punkt eines Raumes eine physikalische Größe mit einem bestimmten Betrag zugeordnet, so

heißt dieser Raum ein Feld.

11

Feldarten

Statisches Feld - Wechselfeld

Skalarfeld - Vektorfeld

Quellenfeld - Wirbelfeld

Homogenes Feld - Inhomogenes Feld

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Das elektrische Feld

Wie kann man Ladungen nachweisen?

Entladungen

Kraft auf andere Ladungen

Influenz

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Kraft auf Ladungen

++ -

Die positive Ladung in der Mitte übt Kräfte auf die beweglichen Ladungen aus.

Gleichnamige Ladungen stoßen sich gegenseitig ab, ungleichnamige ziehen sich an.

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Influenz

Zwei neutrale Kugeln

+

++ +

+-

--

-

Ladungstrennung durch Influenz

TrennenK

A B

A B

Zwei neutrale Kugeln A und Bberühren sich.

Eine positive Kugelwird den beidenKugeln genähert

Trennt man jetzt die Kugeln A- undB+, dann sind beide geladen.

15

-- - -

- - -

LadungsnachweisLadungsnachweisLadung fließt von der Konduktorkugel auf das Elektroskop. Gleichmäßige Verteilung über die gemeinsame Oberfläche.

Da sich gleichnamige Ladungen abstoßen, schlägt der bewegliche Zeiger aus.

Mit demMit dem ElektroskopElektroskop kann man ruhende kann man ruhende Ladungen nachweisen und vergleichenLadungen nachweisen und vergleichen

16

BandgeneratorDas Gummiband G läuft über die Walzen WDas Gummiband G läuft über die Walzen W 11(Glas) und W(Glas) und W 22 (Kunststoff).(Kunststoff).

Durch Berührungselektrizität lädt sich das Durch Berührungselektrizität lädt sich das Band gegenüber Glas negativ und gegenüber Band gegenüber Glas negativ und gegenüber Kunststoff positiv auf.Kunststoff positiv auf.

Bringt man Metallkämme (KBringt man Metallkämme (K 11, K, K22) nahe an das ) nahe an das Band so findet dort ein Ladungsübergang statt.Band so findet dort ein Ladungsübergang statt.

Die obere Kugel wirkt wie ein Faradaykäfig. Die obere Kugel wirkt wie ein Faradaykäfig. Die negative Ladung verteilt sich über die Die negative Ladung verteilt sich über die äußere Kugeloberfläche.äußere Kugeloberfläche.

Durch die Spitzenwirkung von KDurch die Spitzenwirkung von K1 1 und die und die negative Aufladung der Walze springt negative negative Aufladung der Walze springt negative Ladung auf den Kamm und das Gummiband Ladung auf den Kamm und das Gummiband wird umgeladen.wird umgeladen.

Auf der Kugel A wird durch Influenz die Auf der Kugel A wird durch Influenz die negneg. Ladung nach unten auf K. Ladung nach unten auf K22 gedrängt. gedrängt. Da die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu eiDa die innere Walze positiv geladen ist kommt es auch hier zu einer Umladung der ner Umladung der Oberfläche des Gummibandes.Oberfläche des Gummibandes.

17

Gesetze der Elektrostatik (alle Ladungen ruhen)

Das Innere von Leitern muss bei ruhenden Ladungen feldfrei sein.Die Kräfte auf die Ladungen und damit die Feldlinien müssen von der Leiteroberfläche senkrecht nach außen zeigen.Eine Ladung erfährt nur eine Kraft in einem Fremdfeld, niemals im Eigenfeld.Feldlinien beginnen an einer positiven und enden an einer negativen LadungSpitzenwirkung: An einer Spitze verlaufen die Feldlinien dichter.

18

Feldlinien-bilder I

Die Feldlinien beginnen an der positiven Ladung QDie Feldlinien beginnen an der positiven Ladung Q++ und enden an der und enden an der negativen Ladung Qnegativen Ladung Q--..

Die Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer LadungDie Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche an einer Ladung..

Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet.Die Kräfte sind immer tangential zu den Feldlinien gerichtet.

Bei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, beiBei positiven Probeladungen zeigt die Kraft in Feldrichtung, bei negativer negativer entgegengesetztentgegengesetzt

Mechanische Modell: Verkürzung führt zur AnziehungMechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung

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Feldlinien-bilder II

Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein Verlaufen die Feldlinien parallel, handelt es sich um ein homogenes Feld.homogenes Feld.

Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor.Im Randbereich liegt ein inhomogenes Feld vor.

Da die Feldlinien an einer Ladung beginnen und enden, müssen Da die Feldlinien an einer Ladung beginnen und enden, müssen diese Ladungen fast ausschließlich an den Innenflächen gebunden diese Ladungen fast ausschließlich an den Innenflächen gebunden sein.sein.

Mechanische Modell: Verkürzung führt zur AnziehungMechanische Modell: Verkürzung führt zur Anziehung20

Feldlinien-bilder III

Endet die Feldlinie an der Ladung QEndet die Feldlinie an der Ladung Q--1 1 nicht senkrecht zu nicht senkrecht zu

Oberfläche, dann tritt neben der Normalkraft auch noch eine Oberfläche, dann tritt neben der Normalkraft auch noch eine tangentiale Kraftkomponente auf.tangentiale Kraftkomponente auf.

Die Ladung QDie Ladung Q--11 bewegt sich in Pfeilrichtung. Es fließt ein Strom.bewegt sich in Pfeilrichtung. Es fließt ein Strom.

Erst wenn nur noch die Normalkomponente wirksam ist, kommt Erst wenn nur noch die Normalkomponente wirksam ist, kommt die Ladung zur Ruhe.die Ladung zur Ruhe.

21

Feldlinien-bilder IV

Influenz

Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten.Der Ring ändert das Feldlinienbild zwischen den Platten.

Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, Links wird negative Ladung an der Ringoberfläche gebunden, rechts positive.rechts positive.

Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche.Die Feldlinien enden und beginnen an der Oberfläche.

Das Innere ist feldfrei!Das Innere ist feldfrei!

22

Feldlinien-bilder V

Influenz/ Spiegelladung

Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der Die punktförmige positive Ladung bindet an der Oberfläche der geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge.geerdeten Metallplatte die gleichgroße negative Ladungsmenge.

Da die Feldlinien senkrecht auf der Platten enden müssen, verlauDa die Feldlinien senkrecht auf der Platten enden müssen, verlaufen die fen die Feldlinien gekrümmt.Feldlinien gekrümmt.

Da eine gleichgroße negative Ladung in gleicher Entfernung auf dDa eine gleichgroße negative Ladung in gleicher Entfernung auf der er anderen Seite das symmetrische Feld hervorrufen muss, wirkt die anderen Seite das symmetrische Feld hervorrufen muss, wirkt die Platte Platte für das gemeinsame Feldlinienbild wie ein Spiegel.für das gemeinsame Feldlinienbild wie ein Spiegel.

23

Feldlinienbilder VI Influenz

Die neutrale Kugel ändert den radialen Feldlinienverlauf der groDie neutrale Kugel ändert den radialen Feldlinienverlauf der großen ßen positiv geladenen Kugel.positiv geladenen Kugel.

An der linken Seite werden durch die Feldkräfte negative LadungeAn der linken Seite werden durch die Feldkräfte negative Ladungen n gebunden. Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche.gebunden. Feldlinien enden senkrecht an der Oberfläche.

An der rechten Seite treten beginnend an positiven Ladungen An der rechten Seite treten beginnend an positiven Ladungen Feldlinien senkrecht aus der Oberfläche aus.Feldlinien senkrecht aus der Oberfläche aus.

Trennt man die beiden kleinen Kugeln, so wird durch die InfluenzTrennt man die beiden kleinen Kugeln, so wird durch die Influenzdie die eine positiv und die andere negativ geladen sein.eine positiv und die andere negativ geladen sein. 24

Kraft auf eine Probeladung im homogenen Feld

Ein geladenes Kügelchen erfährt im elektrischen Feld eine Kraft.

Die Kraft ist der Ladung proportional.

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Versuch: Kügelchen im Kondensator

Legt man an die KondensatorLegt man an die Kondensator--platten eine Spannung so erfährt platten eine Spannung so erfährt das ungeladene Kügelchen keine das ungeladene Kügelchen keine Kraft.Kraft.

Lädt man das Kügelchen auf, dann Lädt man das Kügelchen auf, dann wird es eine Kraft erfahren.wird es eine Kraft erfahren.

Stößt das Kügelchen an die Platte, dann gibt es seine Stößt das Kügelchen an die Platte, dann gibt es seine Ladung ab und nimmt Ladung mit entgegengesetztem Ladung ab und nimmt Ladung mit entgegengesetztem Vorzeichen auf.Vorzeichen auf.

Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder Das Kügelchen pendelt zur anderen Platte und wieder wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.wechselt die Ladung ihr Vorzeichen.

26

Kraft auf Probeladung

im homogenen Feld

------------

Fe l

Fe l

Fe l

Fe l

Fe l

2

-

Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der Probeladung Die Kraftrichtung hängt von dem Vorzeichen der Probeladung ab.ab.

Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die Die gleiche Probeladung erfährt im homogenen Feld überall die gleiche Kraft.gleiche Kraft.

Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß.Bei doppelter Probeladung ist auch die Kraft doppelt so groß.

27

Kraft auf Probeladung im

inhomogenen Feld

Radiales Feld

+Fe l Fel

Fe l

Fe l

Fel

Im inhomogenen elektrischen Feld ist die elektr. Kraft Im inhomogenen elektrischen Feld ist die elektr. Kraft FFelel in einem Punkt in einem Punkt proportional zur Probeladung q. proportional zur Probeladung q. Der Quotient aus Kraft und Probeladung ist von der jeweiligen PrDer Quotient aus Kraft und Probeladung ist von der jeweiligen Probeladung obeladung unabhängig, hängt aber vom Ort ab. unabhängig, hängt aber vom Ort ab.

F elF el~ qq = kons tan t

in Betrag und Richtung

Je weiter der Messpunkt im radialen Feld von der felderzeugenJe weiter der Messpunkt im radialen Feld von der felderzeugen --den Ladung entfernt ist, desto kleiner wird der Quotient.den Ladung entfernt ist, desto kleiner wird der Quotient.

28

Definition der elektrischen Feldstärke:

elFE

q=

rr

Die elektrische Feldstärke gibt die Kraft pro Ladungseinheit an.Die elektrische Feldstärke gibt die Kraft pro Ladungseinheit an.

Die Einheit der elektr. Feldstärke:

[ ] NE 1

C=

Der Quotient aus elektr. Kraft Fel und Probeladung q bezeichnet man als elektr. Feldstärke E.

E ist ein Vektor und gleichorientiert wie die Kraft auf eine positive Probeladung.

29

Coulombsches Gesetz I

F > 0 AbstoßungF < 0 Anziehung

221

0

..

41

rqq

Fπε

=

221

rmmGF ⋅⋅== γ

GravitationsgesetzZum Vergleich:

Radiales Feld

+Fe l Fel

Fel

Fe l

F el

30

Coulombsches Gesetz II

rr

rqq

F rrr

..

.4

12

21

0πε=

Ψ=== qdrdEqrdFdWrrrr

Radiales Feld

+Fe l Fe l

Fel

Fe l

Fel

qF

Er

r= E

r Elektrische Feldstärke

Ψ= drdErr Ψ Elektrisches

Potential

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31

Elektrisches Potential

Ψ= drdErr Ψ Elektrisches

Potential

Egradr

=ΨEr

=Ψ∇

ψ =Arbeit/Ladung

Ψ=== qdrdEqrdFdWrrrr

[V]=[VAs/As]= [J/C]

32

Das elektrische Feld

Den Raum um eine Ladung bezeichnet man als elektr. Feld. Es kann durch Kräfte auf Probeladungen oder Influenz nachgewiesen werden.

Unterschied zwischen felderzeugenden Ladung und Probeladung!

Eine Ladung kann auf sich selbst keine Kraft ausüben.

33

Homogenes Feld

dxd

ExΨ

=

x

d

xdU

dU

Ex =

34

Elektr. Feld &

Potential

an Membran

35

Intermolekulare Bindungskräfte

Bei der Betrachtung biologischer Systeme ist das Verständnis der zwischen-molekularen Bindungskräfte (Adhäsion und Kohäsion) besonders wichtig.Sie erklären:

Eigenschaften von Gasen, Flüssigkeiten, Feststoffen

Proteinfaltungen

Bildung von Makromolekülen

Grenzflächenphänomene- Membranbildung und –aufbau- Membrandurchtritt von Molekülen

....

36

Frage an alle:

Welche Wechselwirkungskräfte/energienexistieren zwischen Molekülen?

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37

Intermolekulare Bindungskräfte

Man unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Bindungsarten:

Primärbindungenkovalente Bindung /AtombindungIonenbindungMetall- oder metallische Bindung

SekundärbindungenVan-der-Waal‘s-BindungenWasserstoffbrückenbindung

38

Intermolekulare Bindungskräfte

Beim Zusammentreffen von Molekülen wirken

Anziehungskräfte

• sie resultieren aus sich annähernden,entgegengesetzt geladenen Stellender Moleküle

• sind für den Zusammenhalt der Moleküle( → Konglomerate) wichtig

Abstoßungskräfte

• sie resultieren aus der Überlappungder äußeren Ladungswolke (→ stoßen sich wie elastische Körper ab)

• verhindern die gegenseitige Durch-dringung der Moleküle

39

Intermolekulare Bindungskräfte

Wasserstoff-Molekül

Abstand der Atome

Wasserstoff-Atome zu weit entfernt für eine Wechselwirkung

Ene

rgie

Wechselwirkungsenergien in Relationzum Abstand der Atome

Wechselwirkungsenergien in Relationzum Abstand der Atome

40

Coulombsche Ion-Ion WW Energie

rr

rqq

F rrr

..

.4

12

21

0πε=

Ψ=== qdrdEqrdFdWrrrr

rqq

W 21

0

..

41πε

= proportional proportional rr--11

41

Vergleich Bindungsenergien

42

Van-der-Waal‘s Wechselwirkung :

Dipol-Dipol

Dipol-induzierter Dipol

London- bzw. Dispersions WW

Sie sind grundsätzlich elektrischer Natur

Elektrodynamik (thermische Molekül/ Orbitalschwingungen)}

(quantenmechanische Fluktuationen)

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Van der Waals Wechselwirkungen

Voraussetzungen:Bildung kurzlebiger Dipole oderpartielles Ladungsungleichgewicht (permanenter Dipol)

44

Dipolmoment (µ)

q= Produkt aus der Ladung q [C]r = Abstand der Ladungen [m]

[C·m]µ = q·rµ = q·r

Einheit: 1 Debye = 3,3*10-30 Cm

rrqq++ qq--

45

Ion-Dipol-Wechselwirkung I

q1 = Ladung Molekül 1µ2 = Dipolmoment Molekül2r = Abstand Dipolee0 = elektr. Feldkonstante Vakuum = 8.854·10 -12 [J-1·C2·m-1]er = relative Dielektrizitätskonstante

221

)( 2 rq

Wr

rDipolIon επεµ

0−

⋅−=für r >>l:für r >>l: proportional proportional rr--22

46

Ion-Dipol-Wechselwirkung II

47

Van der Waals Wechselwirkungen

Annäherung von Atomen mit unsymmetrischer Ladungsverteilung.

Dipol-Dipol-Wechselwirkung

Dipol 1 Dipol 2

48

Dipol-Dipol-Wechselwirkung

nimmt mit steigender Temperatur abverschwindet nach Verdampfen der FlüssigkeitMoleküle mit permanenten Dipol sind polare Substanzen

321

)( 2 rW

rrDipolDipol επε

µµ

0−

⋅−=für r >>l:für r >>l:

µ1 = Dipolmoment Molekül1 bzw. Dipolmoment zweites Molekül2r = Abstand Dipolee0 = elektr. Feldkonstante Vakuum = 8.854·10 -12 [J-1·C2·m-1]er = relative Dielektrizitätskonstante

proportional proportional rr--33

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Wechselwirkungenergien f(r)

50

Dipol-induzierter Dipol-Wechselwirkung

permanente Dipole können in unpolaren, leicht zu polarisierenden Molekülen einen Dipol erzeugen.

Dipol 1 unpolares Atom Dipol 1 induzierterDipol

51

Dipol-induzierter Dipol-Wechselwirkung

Molekül 1 mit Dipol (Dipol-Ladungsverteilung) induziert in Molekül 2 (ohne permanentes Dipolmoment) einen kleineren induzierten Dipol.

=> aus der gleichverteilter Ladung in Molekül 2 wird eine neue Dipolladungsverteilung.

52

Dipol-induzierter Dipol-Wechselwirkung

Wechselwirkung Dipol-induzierter Dipol verläuft gegenseitig:

→ Wechselwirkung Molekül 1Dipol - Molekül 2ind. Dipol und→ Wechselwirkung Molekül 2Dipol - Molekül 1ind. Dipol

Modellvorstellung

keine Wechselwirkung Gegenseitige Wechselwirkung

Molekül 2Molekül 2

Molekül 1Molekül 1

53

Dipol-induzierter Dipol-Wechselwirkung

Wechselwirkung Molekül 1Dipol - Molekül 2ind. Dipol undWechselwirkung Molekül 2Dipol - Molekül 1ind. Dipol

DipolindDipolDipolindDipol MolekülMolekülMolekülMolekülgesamt WWW.. 1221 −− +=

6120

21

222

21

8 rWgesamt ⋅⋅

⋅+⋅−=

επαµαµ

r12 = Distanz zwischen den Ladungsschwer-punkten [m]

e0 = Elektr. Feldkonstante = 8.854·10 -12 [J-1·m-1]

µ1 = Dipolmoment Molekül 1 Dipola 2 = Polarisierbarkeit des Molekül 2 ind. Dipol [m3]µ2 = Dipolmoment Molekül 2 Dipola 1 = Polarisierbarkeit des Molekül 1 ind. Dipol [m3]

54

Van der Waals Wechselwirkungen

sind zwischen allen Molekülen wirksam schnelle Bewegung der Elektronen der Molekül-

peripherie bewirkt rasch wechselnde Polarisierung der Elektronenhülle => tritt in Wechselwirkung mit den Nachbarmolekülen => geringfügige elektrostatische Anziehung.

Molekül

Elektronen in der Molekülperipherie

Dispersions- oder Londonwechselwirkungen

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Dispersions- oder Londonwechselwirkungen

Bei apolaren Substanzen ohne permanenten Dipolmoment entstehen aufgrund von quantenmechanischen Fluktuationen momentan induzierte Dipolmomente, welche temperaturunabhängig sind.

56

Dispersions- oder Londonwechselwirkungen

Die rasch wechselnde Polarisierung der Elektronenhülle => momentan induzierte, wechselnde Dipolmomente, welche abhängig sind vona) der Polarisierbarkeit α1, α2 [m3]b) dem Ionisationspotential I1, I2 [J]=> relativ schwache Wechselwirkung und spielt i.a. nur bei apolaren Substanzen eine Rolle(sonst dominieren H+-Brücken, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen usw.)

57

Wasserstoffbrückenbindungen

H+-Brücken sind eine wichtige KraftSonderstellung dieser Kraft hängt mit der

Kleinheit des Protons, der Verschiebbarkeit und der möglichen gegenseitigen Austauschbarkeit derProtonen zusammen H2O als Kalottenmodell

58

Wasserstoffbrückenbindungen

Wassermoleküle tendieren zu Cluster-Bildung, d.h. jedes Wassermolekül kann 4 H+-Brücken ausbilden und neigt in diesem 5er-Verband dazu, sich wie ein einziges, großes Molekül zu verhalten.

59

Wassermolekül und Wasserstoffbrückenbindungen

Wasserstoffatom:• polar gebunden • positive Ladung des Dipols• Elektronenakzeptor/ H+ -Brücken-Donor

Sauerstoff• negativ geladener Teil des Dipols• Elektronendonor/ H+-B rücken-Akzeptor

Aufgrund des geringen Durchmessers des Wasserstoffatomes wirkt sich bei diesem der Ladungs-unterschied besonders stark aus.

60

Frage an alleFrage: Welche Substanz hat den höheren Siedepunkt und warum?

Substanz Molekulargewicht Dipolmoment µH2O 18 1.85 Debye-EinheitC3H6S 74 1.85 Debye-Einheit

Antwort: da beide Substanzen das gleiche Dipolmoment aufweisen, folgen wir der allgemein gültigen Regel

„ höheres MG = größere Oberfläche für den Angriff von van-der-Waalskräften= „höherer Siedepunkt“ → C3H6 S

...aber...

die Kräfte der H+- Brücken dominieren Siedepunkt

+ Cluster-Bildung H20 100° C

C3H6S 14° C

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61

Wasserstoffbrückenbindungen

Ohne diese besondere Wasserstoffbindungskraft könnte Wasser in der uns bekannten Form nicht existieren...und damit auch kein Leben

62

Aktuelle Modellvorstellung von Wasser

Wasserstoffbrückenbindungen => Clusterformierungbestehend aus 5 und mehr Wassermolekülen („Nano-Eisberge“; offene und lockere Eisstruktur)

Wasser verfügt über ein Dipolmoment, welches mittels einem elektrischen Wechselfeld in eine Schwingung gesetzt werden kann (Anwendung: Erhitzen von Wasser im Mikrowellenofen).

63

Intermolekulare Bindungskräfte

Zusammenfassung:

Primärbindungenkovalente Bindung oder auch Atombindung genanntIonenbindungMetall- oder metallische Bindung

SekundärbindungenWasserstoffbrückenbindungVan-der-Waal‘s-Bindungen