Dipol, polare Bindung und Wasserstoffbrücken

Ergebnis: Wie stark das Atom in einer Bindung die gemeinsamen Elektronen zu sich zieht.

1. In einer kovalenten Bindung teilen sich zwei Atome Elektronen.
2. Die Elektronegativität sagt, welches Atom sie stärker zu sich zieht.

Ergebnis: Der Sauerstoff: ${\mathrm{O}}^{\delta -}-{\mathrm{H}}^{\delta +}$.

1. Sauerstoff hat die höhere Elektronegativität.
2. Er zieht die gemeinsamen Elektronen zu sich und wird leicht negativ.

Ergebnis: ​$\Delta EN=0.4$, die Bindung ist praktisch unpolar.

1. ​$\Delta EN=2.6-2.2=0.4$.
2. 0.4 liegt unter 0.5: praktisch unpolar.

Ergebnis: Nein. Beide Atome sind gleich und ziehen gleich stark: $\Delta EN=0$.

1. Beide Atome haben dieselbe Elektronegativität.
2. ​$\Delta EN=3.2-3.2=0$, die Elektronen liegen genau in der Mitte.

Ergebnis: C–H (0.4) < N–H (0.8) < O–H (1.2).

1. C–H: 2.6−2.2=0.4.
2. N–H: 3.0−2.2=0.8.
3. O–H: 3.4−2.2=1.2. Die grösste Differenz ist am polarsten.

Ergebnis: Ja. Die N–H-Bindungen sind polar, und das Molekül ist pyramidenförmig, also unsymmetrisch.

1. N–H: $\Delta EN=0.8$, polar, das N trägt ${\delta }^{-}$.
2. Am N sitzt ein freies Elektronenpaar. Es drückt die drei H nach unten, das Molekül wird eine flache Pyramide.
3. Das N bildet die negative Spitze, die drei H die positive Seite: Die Ladungsschwerpunkte liegen getrennt.

Ergebnis: Nein. Die C–H-Bindungen sind praktisch unpolar, und das Molekül ist ein symmetrischer Tetraeder.

1. C–H: $\Delta EN=0.4$, praktisch unpolar.
2. Die vier Bindungen zeigen gleichmässig in alle Richtungen (Tetraeder).
3. Selbst kleine Teilladungen würden sich aufheben: kein Dipol.

Ergebnis: Zwischen $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$-Molekülen und zwischen ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$-Molekülen.

1. Wasserstoffbrücken brauchen ein H an O, N oder F.
2. In $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$ und ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ trifft das zu, und N bzw. O haben freie Elektronenpaare.
3. In $\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$ sitzt das H an C, in $\mathrm{HCl}$ an Cl: keine Wasserstoffbrücken.

Ergebnis: ​$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$: unpolar (0). $\mathrm{HCl}$: polar (1.0). $\mathrm{NaCl}$: Ionenbindung (2.3).

1. Cl–Cl: 3.2−3.2=0, unpolar.
2. H–Cl: 3.2−2.2=1.0, polar.
3. Na–Cl: 3.2−0.9=2.3, über 1.7: Ionenbindung.

Ergebnis: ​$\mathrm{CC}{\mathrm{l}}_4$ ist ein symmetrischer Tetraeder, die vier gleichen Bindungen heben sich auf. In $\mathrm{CHC}{\mathrm{l}}_3$ ist eine Ecke ein H, das Molekül ist unsymmetrisch.

1. Beide Moleküle sind tetraederförmig, weil am C vier Bindungen ohne freie Paare sitzen.
2. In $\mathrm{CC}{\mathrm{l}}_4$ ziehen vier gleiche Cl gleich stark in vier Richtungen: Der negative Ladungsschwerpunkt liegt in der Mitte beim C.
3. In $\mathrm{CHC}{\mathrm{l}}_3$ fehlt ein Cl. Die Cl-Seite ist negativ, die H-Seite positiv: Dipol.

Ergebnis: Ethanol hat ein H am O und bildet Wasserstoffbrücken. Im Dimethylether sitzen alle H an C, er bildet keine.

1. Beide Moleküle sind gleich schwer, die Van-der-Waals-Kräfte sind ähnlich.
2. Im Ethanol ist ein H an das O gebunden. Es bildet Wasserstoffbrücken zum O des Nachbarmoleküls.
3. Im Dimethylether sitzen alle H an C. Zwischen seinen Molekülen wirken nur schwächere Dipol-Dipol- und Van-der-Waals-Kräfte, darum siedet er viel tiefer.

Ergebnis: Zwischen Wassermolekülen wirken Wasserstoffbrücken, zwischen ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$-Molekülen nicht.

1. Schwerere Moleküle hätten stärkere Van-der-Waals-Kräfte und würden höher sieden.
2. Im Wasser hängen die H an O. Sie bilden starke Wasserstoffbrücken zu den Nachbarn.
3. Schwefel gehört nicht zu O, N, F: ${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$ bildet keine Wasserstoffbrücken und siedet darum viel tiefer.

Ergebnis: Beim Gefrieren bilden die Moleküle über Wasserstoffbrücken ein Gitter mit Hohlräumen. Eis braucht mehr Platz als das Wasser, die Flasche platzt.

1. Im flüssigen Wasser liegen die Moleküle dicht beieinander.
2. Im Eis ist jedes Molekül über Wasserstoffbrücken an vier Nachbarn gebunden, mit Hohlräumen dazwischen.
3. Das Volumen wächst beim Gefrieren um rund ein Zehntel. In der vollen, verschlossenen Flasche ist dafür kein Platz.