Wieso ist dieses Molekül kein Dipolmolekül?
Ich weiss, dass CCL4 Tetrachlormethan kein Dipol ist aber kann es nicht verstehen / nachvollziehen.
Könnte es mir jemand erklären?
Danke im voraus
5 Antworten
Die schnelle Antwort ist, daß die Symmetrie des CCl₄ (Tetraedersymmetrie) kein Dipolmoment zuläßt. Daß ist eine rein geometrische Eigenschaft und daher ganz unabhängig davon, aus welchen Atomen das Molekül besteht, daher haben alle denkbaren Varianten wie SiH₄, PbCl₄, C(SiH₃)₄ etc. auch kein Dipolmoment.
Darüber habe ich hier schon mehrmals geschrieben, und da ich auf die dahintersteckende Mathematik nicht eingehen kann (man braucht ein schönes Stück Gruppentheorie dafür), bleiben die Antworten immer ein bißchen unbefriedigend. Deshalb probiere ich es heute mit einem anderen Ansatz.
Auch wenn Du vielleicht nicht genau weißt, was ein Dipolmoment ist, so weißt Du doch, daß es ein Vektor ist. In einem Dipolmolekül muß es also irgendwie möglich sein, diesen Vektor (also einen Pfeil oder eine Richtung) einzuzeichnen. Außerdem kann ein Molekül nur ein Dipolmoment haben, und daher muß dieses Einzeichnen des Pfeils eindeutig möglich sein.
Und nun Überraschung: Beim CCl₄ kannst Du keinen eindeutig bestimmten Pfeil einzeichnen. Du kannst ihn nicht entlang der CCl-Bindung einzeichen (es gibt ja vier davon, die alle gleichwertig sind), nicht als Winkelsymmetrale zweier CCl-Bindungen (es gibt sechs Möglichkeiten) etc. Wenn es aber gar nicht möglich ist, dieses Molekül mit einem Pfeil auszustatten, dann heißt das, daß es prinzipiell keine vektoriellen Eigenschaften haben kann, also auch kein Dipolmoment.
Nehmen wir ein paar andere Moleküle her und sehen wir, was wir mit dieser Vorgangsweise finden können:
- H₂O — hier kann es einen Vektor geben, nämlich den entlang der Winkelsymmetralen des gewinkelten Moleküls (die OH-Bindungen gingen nicht, weil es zwei davon gibt). Es liegt die Symmetrie eines gleichschenkeligen Dreiecks vor.
- XeF₄ ist wie ein Quadrat gebaut, mit dem Xe-Atom im Zentrum.Die Quadrat-Symmetrie erlaubt kein Dipolmoment, weil man in er Quadratebene keine eindeutige Richtung definieren kann (es gibt immer 4 oder 8 äquivalente Möglichkeiten), und normal auf die Ebene auch nicht, weil die Richtungen „oben“ und „unten“ nicht unterscheidbar sind.
- CO₂ — hier liegt Zylindersymmetrie vor. Eine Richtung quer zur Molekülachse ist nicht möglich (es gibt ∞ gleichwertige), und eine in der Molekülachse geht auch nicht (man hat ja zwei gleichwertige CO-Bindungen, also unterscheiden sich die beiden Richtungen nicht).
- COS, N₂O oder HCl sind auch linear, deshalb gehen keine Querrichtungen. Man kann aber sehr wohl einen Vektor festlegen, der in der Molekülachse liegt, weil die beiden Möglichkeiten unterscheidbar sind (sie laufen die Atome in unterschiedlicher Reihenfolge ab). Man spricht auch von Kegelsymmetrie.
- CHCl₃ hat ein Dipolmomen, weil die Richtung der CH-Bindung eindeutig ist (Symmetrie einer dreiseitigen Pyramide).
- Mir etwas weiterem Gegrübel kommst Du zum Schluß, daß Ethan kein Dipolmoment hat, Propan aber sehr wohl (die Winkelsymmetrale zwischen den CC-Bindungen), Butan nicht etc.
Die letzten Beispiele sollte Dir eine kleine Warnung sein, weil Propan und Chloroform im allgemeinen Sprachgebrauch natürlich unpolar ist. Das ist aber kein Versagen der Methode: Propan hat ein Dipolmoment, aber das ist so klein, daß es nicht viel Rolle spielt. Ob das Dipolmoment relevant groß ist, hängt von dem Ausmaß der Ladungstrennung ab, also von der Natur der chemischen Bindung in diesem Molekül, also von den darin enthaltenen Atomen. Das Symmetrieargument sagt nur, ob das Dipolmoment exakt gleich Null ist, oder von Null verschieden (und möglicherweise immer noch lächerlich klein).
In dem Kohlenstofftetrachlorid-Molekül sind die vier Chloratome symmetrisch an den Ecken eines Tetraeders positioniert und mit dem zentralen Kohlenstoff über kovalente Bindungen verbunden; auf Grund dieser symmetrischen Geometrie ist CCl4 unpolar. (aus Internet)
Es ist symmetrisch, daher canceln sich die negativen und der positive Ladungsschwerpunkt. Stell es dir so vor wie bei CO2.
Wenn du das Molekül zeichnest, wird dir auffallen, dass sich das eher negative Cl um das eher positive verteilt und somit nicht auf einer Seite negatives und auf der anderen positives ist
Die Schwerpunkte von negativer und positiver Ladung fallen in einem Punkt Zusammen, deswegen kein Dipol