Kann mir bitte einer erklären der Zusammenhang zwischen der siedetemperatur und der Zunahme der molekülgröse innerhalb der homologen Reihe der alkane?

2 Antworten

Moin,

die Siedetemperatur hängt im Wesentlichen von drei Aspekten ab: erstens der Teilchenmasse, zweitens des herrschenden (Luft-)Drucks und drittens von den intermolekularen Bindungskräften der Teilchen.

Das ist auch logisch. Sieden heißt doch, dass du eine Substanz aus ihrem flüssigen in ihren gasförmigen Aggregatzustand überführst. Das setzt voraus, dass die kleinsten Teilchen der Substanz so stark beschleunigt werden, dass sie es schaffen, aus der Flüssigkeit zu entkommen, also die Flüssigkeitsoberfläche zu durchschlagen, um in den Gasraum darüber zu gelangen.

Und nun gehen wir mal die einzelnen Aspekte durch. Es liegt doch auf der Hand, dass ein Teilchen mit einer größeren Masse schwerer auf die entsprechende Geschwindigkeit gebracht werden kann, die nötig ist, um die Flüssigkeit verlassen zu können. Oder anders gesagt: Ist das Teilchen leicht, brauchst du weniger Energie, um es zu beschleunigen, als wenn das Teilchen eine große Masse hat.

Nun, bei den Alkanen bestehen die Moleküle stets nur aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen. Hier ist der Zusammenhang deshalb leicht zu sehen. Je länger die Kohlenstoffkette wird, desto größer wird das Molekül, aber auch seine Masse! Je größer die Masse des Teilchens wird, desto mehr Energie musst du aufwenden, um es zu beschleunigen (bis es so schnell geworden ist, dass es die Flüssigkeit verlassen und in den Gasraum übertreten kann). Ergo: die Siedetemperaturen steigen, je größer (und vor allem schwerer!) die Alkanketten werden.

Damit ist deine Frage an sich bereits beantwortet. Aber vielleicht interessieren dich ja auch noch die anderen beiden Aspekte?!

Der Luftdruck wird oft vergessen, wenn es um Siedetemperaturen geht. Aber eigentlich ist auch dieser Zusammenhang ziemlich simpel nachvollziehbar. Wasser siedet zum Beispiel auf Höhe des Meeresspiegels bei ziemlich genau 100°C. Auf einem hohen Berg wie der Zugspitze siedet Wasser aber schon bei etwa 98°C. Warum? Nun, auf dem Gipfel des Berges sind die Luftmassen über der Wasseroberfläche kleiner als auf Meereshöhe. Das bedeutet auch, dass der Luftdruck auf dem Berg kleiner ist. Da nun beim Sieden aber Teilchen dazu bringst, in den Gasraum über der Oberfläche überzugehen, ist doch einsichtig, dass dies leichter gelingt, wenn weniger Teilchen im Gasraum (die insgesamt also einen geringeren Druck auf die Oberfläche ausüben) die austretenden Teilchen der Flüssigkeit daran hindern, oder?!

Was den dritten Aspekt angeht, auch er ist - gerade im Zusammenhang mit Alkanen - sehr interessant. Es kommt nämlich nicht nur darauf an, wie groß die Masse der Teilchen ist, die zum Sieden gebracht werden sollen (oder bei welchem Luftdruck gekocht wird), sondern es ist auch entscheidend, wie stark sich die Teilchen der Flüssigkeit gegenseitig "festhalten". Man sagt dazu: Es kommt auf die zwischenmolekularen Bindungskräfte an.

Davon gibt es verschiedene, zum Beispiel Wasserstoffbrückenbindungen, Dipol-Dipolwechselwirkungen oder van-der-Waals-Kräfte.

Und auch hier ist es doch leicht einsehbar, dass es umso schwerer ist, ein Teilchen auf die nötige Geschwindigkeit zu bringen, je stärker andere Teilchen das erste "festhalten".

Bei Alkanen wirken vor allem die relativ schwachen van-der-Waals-Kräfte. Und hier ist dann zum Beispiel interessant, dass die Siedetemperatur von kettenförmigem n-Pentan höher ist als die von 2,2-Dimethylpropan. Beide Substanzen haben die Summenformel C5H12, also auch die gleiche Molekülmasse. Wenn du sie auch bei gleichem Luftdruck erhitzt, siedet 2,2-Dimethylpropan bereits bei 9,5°C, während n-Pentan erst bei 36°C siedet. Das liegt daran, dass sich die Pentanketten über einen größeren Molekülbereich aneinanderlegen können als die eher kugeligen 2,2-Dimethylpropan-Moleküle. Dadurch sind beim Pentan die van-der-Waalskräfte größer, das heißt, die Moleküle halten sich stärker aneinander fest... Toll, oder?!

LG von der Waterkant

Je länger die Ketten, desto stärker die van der Waals Kräfte und desto schwerer die Moleküle, weshalb mehr Energie benötigt wird, um sie zu beschleunigen (und sie so zum Sieden zu bringen)

Dankeschön hast mir weiter geholfen sicher aber das da nichts mehr fehlt

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@life00

Mir würde nichts einfallen, was da noch fehlen sollte.

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Okay danke 😊

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Vielen Dank schon mal im Vorraus,

Tony

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