Musterlösung

Seminar 2
Chemische Bindung
Schlüsselbegriffe: Elektronegativität, Oktettregel, Wertigkeit, Ionisierung, ionische Bindung,
Atombindung,
koordinative
Bindung,
metallische
Bindung,
Wasserstoffbrückenbindung,
van
der
Waals-Wechselwirkungen,
Hybridisierung
Aufgaben:
1. Beim Kalium ist die 2. Ionisierungsenergie etwa sieben Mal größer als die erste
Ionisierungsenergie (3051 bzw. 419 kJ mol -1). Beim Calcium ist die 2. Ionisierungsenergie nur etwa doppelt so groß wie die erste (1145 bzw. 590 kJ mol -1). Warum ist
der Unterschied beim Kalium größer als beim Calcium?
Elektronenkonfigurationen aufschreiben:
19K:
+
19K :
2+
19K :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
Elektron aus dem 3p6 entfernen
20Ca:
+
20Ca :
2+
20Ca :
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Elektron aus dem 4s1 entfernen
Die Ionisierungsenergie hängt von der Anziehungskraft F zwischen Kern und Elektron
ab:
F k
z
(k= Konstante; z= Kernaldungszahl). Sie sinkt mit steigendem Abstand
r2
zum Kern
2. Ordnen Sie mit Hilfe der Elektronegativitäten die Bindungen nach zunehmender
Polarität: C─S, C─O, C─Cl, C─H, C─N.
Bindung Elektronegativität (C)
Elektronegativität (Element)
Differenz
Reihenfolge
C-S
2,55
2,58
0,03
5
C-O
2,55
3,44
0,89
1
C-Cl
2,55
3,16
0,61
2
C-H
2,55
2,20
0,35
4
C-N
2,55
3,04
0,49
3
3. Welchen Bindungstyp erwarten Sie bei der Kombination der Elemente C/H, Fe/O,
K/F, N/O? Begründen Sie Ihre Wahl!
Element 1
Element 2
ENW 1
ENW 2
Differenz
Bindungstyp
C
H
2,5
2,1
0,4
Kovalent
Fe
O
1,8
3,5
1,7
Ionisch
K
F
0,8
4,0
3,2
Ionisch
N
O
3,0
3,5
0,5
Kovalent
Differenz der Elektronegativitätswerte (ENW) > 1,7: ionisch
Differenz der Elektronegativitätswerte (ENW) < 1,7: kovalent
4. Zeichnen Sie Valenzstrichformeln für die folgenden Moleküle einschließlich freier
Elektronenpaare und eventuell nötiger Partialladungen: CH4, HCN, HCCl3, OCCl2,
CO, SO42-, HCCH, HOOH, H3PO4, NO, H2CCCH2.
Oktettregel beachten: Jedes Element möchte 8 Valenzelektronen haben. Nicht
benötigte Elektronen in freien Elektronenpaaren unterbringen. Oktettregel wird
ausgeweitet, sobald d-Orbitale verfügbar sind (ab der dritten Periode): Siehe Sulfat
und Phosphorsäure. Ladungen prüfen: Anzahl der Elektronen gleich
Hauptgruppennummer (Valentzelektronen) –> neutral, Unterschuss (positiv),
Überschuss (negativ)
5. Nennen Sie die Unterschiede zwischen einer C─C-Einfachbindung und einer C=CDoppelbindung.
C-C-Einfachbindung:
sp3-Hybridisierung: Linearkombination aus einem s- und drei p-Orbitalen
Bindungswinkel 109,5°, Tetraeder
Bindungslänge 154 pm, 1,5 Å
Freie Drehbarkeit um Bindungsachse
C=C-Doppelbindung
sp2-Hybridisierung: Linearkombination aus einem s- und zwei p-Orbitalen
dadurch ein freies p-Orbital, das senkrecht zur Bindungsebene steht
Bindungswinkel 120°, trigonal planar
Bindungsabstand 134 pm, 1,34 Å
Warum ist das Wassermolekül gewinkelt und Kohlendioxid linear gebaut?
Sauerstoff (6 Valenzelektronen) baut zwei Einfachbindungen zu den beiden
Wasserstoffatomen auf. 4 Valenzelektronen bleiben übrig, die 2 Elektronenpaare bilden.
Elektronenpaare und Sauerstoff nehmen Positionen ein, in der sie den größten Abstand
haben.
Der Kohlenstoff im CO2 hat keine freien Elektronenpaare.
6. Welche molekularen Merkmale muss ein Molekül haben, um an Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Molekülen der gleichen Art teilzunehmen? Welche der
folgenden Moleküle können Wasserstoffbrückenbindungen mit anderen Molekülen
der gleichen Art eingehen: CH3F, CH3NH2, CH3OH, CH3Br? Vergleichen Sie die
Siedetemperaturen von CH3OH und CH3Br und erläutern Sie den Unterschied!
Wasserstoffhaltige Verbindungen mit polarisierbaren Atombindungen (-OH, -NH, COOH) wirken als Wasserstoff-Donor. Verbindungen mit freien Elektronenpaaren
(C=O, F, R-OH) wirken als Wasserstoff-Akzeptoren.
Schwache Wechselwirkung (ca. 20 kJ/mol)
Bilden sich Wasserstoffbrückenbindungen?
CH3F
nein, kein H-Donor, H-Akzeptor ist vorhanden
CH3NH2
ja
CH3OH
ja
CH3Br
nein, wie oben
CH3Br
Siedepunkt 3,56 °C, keine H-Brücken, es gibt kaum Wechselwirkungen
zwischen den Molekülen, die überwunden werden müssen
CH3OH
Siedepunkt 65 °C; bildet H-Brücken, die überwunden werden müssen
Mögliche Klausurfragen:
1. Welche Aussage trifft nicht zu?
[X] A) Zentralteilchen und Liganden sind kovalent gebunden. falsch, da bei
Komplexverbindungen eine koordinative Atombindung vorliegt. Die Elektronen der
Bindung stammen von einem der beiden Bindungspartner (Ligand)
[ ] B) Im Kochsalz liegt eine Ionenbindungen vor.
[ ] C) Im Methylamin ist ein freies Elektronenpaar vorhanden.
[ ] D) Im Chlormolekül gibt es mehrere freie Elektronenpaare.
[ ] E) Im Cyclohexan sind alle Kohlenstoffatome sp 3-hybridisiert.
2. Welche Aussage trifft nicht zu? Für die Beschreibung eines Orbitals spielen
folgende Begriffe eine Rolle:
[ ] A) Negative Ladungswolke.
[X] B) Ionisierungsenergie. Hat mit Orbitalen nichts zu tun. Spielt nur eine Rolle,
wenn Elektronen aus dem Atom entfernt werden sollen.
[ ] C) Elektronendichteverteilung.
[ ] D) räumliche Symmetrie einer Ladungswolke.
[ ] E) Aufenthaltswahrscheinlichkeit für ein Elektron.