Wie können 3 Alkane gleich viele Kohlenstoffatome aber unterschiedliche Siedepunkte haben?
Bitte helft mir
3 Antworten
Moin,
vorab ein paar Bemerkungen zum Sieden: Die Sietemperatur von Stoffen hängt - vereinfacht gesagt - von drei Dingen ab: erstens vom Luftdruck, zweitens von der Masse der Teilchen und drittens von den Anziehungskräften zwischen den Teilchen.
Ersteres ist ziemlich leicht einzusehen. Teilchen, die sich in einer Flüssigkeit befinden, müssen durch Energiezufuhr so stark in Bewegung gebracht werden, dass ihre Bewegungsenergie ausreicht, um die Oberfläche der Flüssigkeit zu durchbrechen und in den Gasraum darüber zu kommen. Aber die Teilchen des Gasraums über der Flüssigkeit üben ihrerseits einen Druck auf die Oberfläche der Flüssigkeit aus, die den "Sprung" aus der Flüssigkeit in den Gasraum erschweren. Darum siedet zum Beispiel Wasser in Bodennähe bei etwa 100°C, während es auf einem hohen Berg schon bei niedrigeren Temperaturen siedet (dort ist der Luftdruck geringer).
Auch die zweite Bedingung ist ziemlich logisch, weil es sinnvoll erscheint, dass ein Teilchen, das eine große Masse hat, schwerer in Bewegung gebracht werden kann, als ein leichteres. Und du musst die Teilchen in Bewegung bekommen, damit sie es schaffen, die Oberfläche einer Flüssigkeit zu durchbrechen.
Die dritte Bedingung ist im Grunde auch einleuchtend, nur muss man wissen, was es da für Möglichkeiten gibt. Zunächst ist aber hoffentlich logisch, dass es umso schwerer wird, einem Teilchen die nötige Bewegungsenergie zu verschaffen, wenn es von benachbarten anderen Teilchen in der Flüssigkeit "festgehalten" wird.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie es zu einem solchen Festhalten unter den Teilchen kommt. Eine Möglichkeit ist die Wasserstoffbrückenbindung (die zum Beispiel dafür verantwortlich ist, dass sich die relativ kleinen und leichten Wassermoleküle so stark aneinander festhalten, dass insgesamt eine Siedetemperatur von etwa 100°C zustande kommt - jedenfalls bei normalem Luftdruck...).
Eine andere solche anziehende Wechselwirkung zwischen Teilchen ist die van-der-Waals-Kraft. Und die ist für dein Problem der entscheidende Faktor. Van-der-Waals-Kräfte sind ziemlich schwache Molekül-Molekül-Wechselwirkungen. Viel schwächer jedenfalls als die oben erwähnten Wasserstoffbrückenbindungen, weil sie im Grunde zwischen ungeladenen Molekülen wirken (Prinzip: Masse zieht Masse an). Für die Stärke der van-der-Waals-Kräfte ist nun unter anderem die Molekülstruktur ausschlaggebend. Das kannst du dir an einem einfachen Beispiel klar machen:
n-Pentan ist ein kettenförmiges Molekül mit 5 C-Atomen. Es hat eine Siedetemperatur von 36°C.
2-Methylbutan (iso-Pentan) hat auch insgesamt 5 C-Atome, aber siedet bereits bei 28°C.
2,2-Dimethylpropan (Neopentan) hat wiederum 5 C-Atome, aber seine Siedetemperatur liegt bei knapp 10°C.
Alle drei Alkane haben die gleiche Masse, aber ihre Siedetemperaturen unterscheiden sich doch recht erheblich voneinander. Daraus kannst du schließen, dass sich die Moleküle im n-Pentan stärker gegenseitig festhalten als im iso-Pentan oder im Neopentan. Und das liegt wiederum daran, dass sich die kettenförmigen Bereiche des n-Pentans relativ gut aneinanderlegen können. Das heißt, ihre "Berührungsfläche" untereinander ist relativ groß. Darum haben sie von den drei Stoffen die höchste Siedetemperatur.
Neopentan ist ein Molekül mit fast kugeliger Gestalt. Die "Berührungsflächen" zwischen Kugeln sind aber viel kleiner als zwischen Ketten. Darum hat Neopentan die kleinste Siedetemperatur von den dreien. Das heißt, die ausschlaggebende Komponente (und der Grund, warum die Siedetemperaturen von unterschiedlichen Alkanen mit gleicher Masse verschieden hoch sind) sind die van-der-Waals-Kräfte, also die gegenseitig anziehenden Wechselwirkungen zwischen den Molekülen. Und die van-der-Waals-Kräfte sind umso größer, je größer die Fläche ist, mit der sich die Moleküle aneinanderlegen können.
Alles klar?!
LG von der Waterkant.
Von längerkettigen Alkanen gibt es immer mehrere Isomere, d.h. Moleküle mit der selben Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur. Durch unterschiedliche Strukturen kommen unterschiedliche intermolekulare Wechselwirkungen zu Stande. Und eben die Wechselwirkungen sind verantwortlich für den Siedepunkt.
Sie können eine andere Struktur haben. bsp. n-Pentan iso-Pentan neo-Pentan