Wasser(siedepunkt,Lösen, Winkelung)

hi!!!

so, ich hab jetzt 3 Fragen an euch, die ich selber einfach nicht beantworten kann…

hoffe jemand kann es mir erklären.

also:

  1. Warum muss das Wassermolekül gewinkelt sein ( Erklärung anhand des Orbitalmodells)???

2.warum hat Wasser einen vergleichsweise hohen Siedepunkt?

3.welche Vorgänge spielen sich beim Lösen von Salzen ab?

…schönen Abend und danke für Antworten…

lieben Gruß…liSa

Hallo Lisa

also:

  1. Warum muss das Wassermolekül gewinkelt sein ( Erklärung
    anhand des Orbitalmodells)???

Wasser ist ja H2O. Es hat eine polare Atombindung. Das heißt die Ladungsschwerpunkte fallen nicht zusammen und es kommt zu einer Bildung eines Dipols. Die Ladung der Atome bestimmt den Winkel. Da ja die H Atome gleich geladen sind und sich abstossen.

2.warum hat Wasser einen vergleichsweise hohen Siedepunkt?

Der Siedepunkt ist abhängig vom Druck. Im Hochgebirge siedet es schon unter 100°C. Sieden = aufheben der molekularen Bindung.

3.welche Vorgänge spielen sich beim Lösen von Salzen ab?

Salze dissoziieren im Wasser. Das heißt sie zerfallen in Anionen und Kationen. NaCl in Na+ und Cl- Die Ionen umgeben sich mit einer Hydrathülle das führt zu einer freien Beweglichkeit der Ionen und zu einer Verringerung der Wiederzusammenführung.

Alles Gute

olli

Hi Lisa,

  1. Warum muss das Wassermolekül gewinkelt sein ( Erklärung
    anhand des Orbitalmodells)???

Das kann ich Dir leider nicht vernünftig erklären… Manches nimmt man einfach hin ohne groß nachzudenken *g*.

2.warum hat Wasser einen vergleichsweise hohen Siedepunkt?

Das ist eine direkte Folge der Winkelung des Moleküls und seines Bindungstyps. H und O haben rel. stark unterschiedliche Elektronegativitäten (Neigung Elektronen an sich zu binden), weshalb in der Atombindung zwischen H und O am O eine negative und am H eine positive Partialladung entsteht. Durch die Winkelung des Moleküls bildet sich eine geometrische Figur an deren einem Ende eine positive und am anderen Ende eine negative Ladung steht -> Dipol.
Diese Eigenschaft als Dipol ist dafür verantwortlich, daß die Wassermoleküle untereinander Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Dabei lagert sich ein H des einen Moleküls mit dem O eines Anderen zusammen. Auf diese Weise entsteht im flüssigen Wasser ein großes Netzwerk aus Wassermolekülen.
Die Bindungskräfte dieser Wasserstoffbrückenbindungen sind sehr groß, so daß viel Energie notwendig ist sie zu brechen (was ja beim sieden passiert).
Zur Veranschaulichung bietet sich der Vergleich mit Schwefelwasserstoff (H2S) an. Auch dieses Molekül ist stark polarisiert (negative Teilladung am S), aber im Gegensatz zum Wasser in gerader Linie gebaut. Dementsprechend wirkt das Molekül auch nicht als Dipol (die negative Teilladung ist zwischen zwei positiven eingebettet) und es bilden sich keine H-Brücken aus. Der Siedepunkt von H2S liegt entsprechend niedriger.

3.welche Vorgänge spielen sich beim Lösen von Salzen ab?

Salze bestehen aus Ionen. Beim Lösen wird die Ionenbindung aufgebrochen und die Ionen gehen, von einer Hydrathülle umgeben, in Lösung.

Für Nachfrage einfach noch mal melden.

Gruß Stefan

Hi Lisa,

  1. Warum muss das Wassermolekül gewinkelt sein ( Erklärung
    anhand des Orbitalmodells)???

Sauerstoff hat insgesamt sechs p-Elektronen. Davon sind vier in aufgefüllten Orbitalen (je zwei), zwei können als Valenzelektronen mit dem Wasserstoff reagieren und Wasser bilden. Die zwei aufgefüllten Orbitale haben aber auch einen Raumbedarf und ‚biegen‘ die Bindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff in den bekannten Winkel von ca. 104 °

2.warum hat Wasser einen vergleichsweise hohen Siedepunkt?

Das Wasser ist ein permanenter Dipol, weil die Unterschiede in der Elektronegativität zwischen Sauerstoff und Wasserstoff sehr hoch sind. Diese Dipole sind nun in der Lage sich zu Ketten und Clustern zusammenzulagern, die eine deutlich höhere scheinbare Molmasse haben als ein einzelnes Wassermolekül. Daraus resultiert ein höherer Siedepunkt, weil die elektrostatischen Kräft zwischen den einzelnen Molekülen erst mal aufgebrochen werden müßen. Bei Fluorwasserstoff hat man einen vergleichbaren Effekt, der aber wegen der größeren Symetrie des HF-Moleküls nicht so ausgeprägt ist.

3.welche Vorgänge spielen sich beim Lösen von Salzen ab?

Salze sind Ionenverbindungen, die hauptsächlich durch elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden. Nun kann man sich vereinfacht(!) vorstellen, daß das Wasser mit den Ionen reagiert und sich Hydrathüllen um die Ionen bilden. Dadurch wird der Abstand zwischen den einzelnen Ionen größer und die ANziehungskräft kleiner. Aber Vorsicht! Das ist ein sehr(!) vereinfachtes Modell. Um die exakten Vorgänge zu beschreiben fehlen mir hier die Zeit und auch die exakten Kenntnisse.

Gandalf

Noch eine Frage zur Winkelung
Hallo Gandalf!

Sauerstoff hat insgesamt sechs p-Elektronen.

Moment!
Sauerstoff (atomar, ungebunden) hat 6 Valenzelektronen, von denen 2 s-Elektronen und 4 p-Elektronen sind.

Davon sind vier
in aufgefüllten Orbitalen (je zwei) zwei können als
Valenzelektronen mit dem Wasserstoff reagieren und Wasser
bilden.

Dem stimme ich zu :smile:

Nun meine Frage:
Im atomaren Sauerstoff haben s- und p-Orbitale verschiedene Energien, sind also nicht gleichwertig. Werden die dann im gebundenen Sauerstoff im Wasser hybridisiert - ähnlich wie die sp3-Hybridisierung beim Kohlenstoff?
Sonst wäre doch das 2s-Orbital kugelförmig und würde sicher nicht genau gleich viel Platz einnehmen wie die 2p-Orbital-„Hanteln“ oder?

an scheana gruaß
Igel

Hi Igel,

Moment!
Sauerstoff (atomar, ungebunden) hat 6 Valenzelektronen, von
denen 2 s-Elektronen und 4 p-Elektronen sind.

Stimmt! Also wie immer, erst Hirn anschmeißen und dann erst schreiben :wink:

Nun meine Frage:
Im atomaren Sauerstoff haben s- und p-Orbitale verschiedene
Energien, sind also nicht gleichwertig. Werden die dann im
gebundenen Sauerstoff im Wasser hybridisiert - ähnlich wie die
sp3-Hybridisierung beim Kohlenstoff?
Sonst wäre doch das 2s-Orbital kugelförmig und würde sicher
nicht genau gleich viel Platz einnehmen wie die
2p-Orbital-„Hanteln“ oder?

Uah, meine AC-Vorlesungen sind über 20 Jahre her und dann fragst Du mich so was!
Irgend so was wird es wohl sein, aber um sicher zu sein, müßte ich erst mal wieder Bücher entstauben und reinschauen.

Gandalf

Die Antwort zu 1. stimmt nicht. Durch die Abstoßung der Wasserstoffatome wäre auch ein lineares Wassermolekül denkbar. Die Ursache für die gewinkelte Struktur ist die sp3-Hybridisierung des Sauerstoffatoms. Dadurch ergeben sich vier sp3-Hybridorbitale, von denen zwei mit den freien Elektronenpaaren des Sauerstoffatoms besetzt sind. Die anderen beiden bilden mit den Wasserstoffatomen zwei sp3-s-sigma-Bindungen. Die vier Elektronenpaare sollten im Tetraederwinkel zueinanderstehen - daher die gewinkelte Struktur! Das der Bindungswinkel vom idealen Tetraederwinkel abweicht, liegt daran, daß die freien Elektronenpaare am Sauerstoff vereinfacht gesagt mehr Platz beanspruchen.

Viele Grüße Frank

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Zu 3.: Das „Aufbrechen der Ionenbindung“ ist als Erklärung vielleicht recht dürftig. Ich denke, vollständiger wäre folgendes: Zunächst lagern sich Wassermoleküle entsprechend der Ladung der Ionen (mit dem positiven Teil an die Anionen, mit dem negativen Teil an die Kationen) an diese an. Da Wasser sehr kleine Moleküle besitzt können diese auch zwischen die Ionen gelangen. Dort wirken die Wassermoleküle als ISOLATOR für die elektrostatischen Anziehungskräfte der Ionen. Dielektrizitätskonstante des Wasser ist 81, das heißt die Anziehungskräfte werden auf 1/81 des ursprünglichen Wertes gemindert. Dadurch ist nun die Bewegungsenergie der Ionen (sie schwingen ja an ihren Gitterplätzen) größer als die Anziehungskräfte. Die Ionen können nun die Gitterplätze verlassen und werden vollständig hydratisiert, das heißt sie sind nun gegen die anderen Ionen isoliert und verbleiben solange genügend Wasser vorhanden ist frei beweglich in der Lösung.

Gruß Frank

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Die Antwort zu 1. stimmt nicht.

Na so was, da muß ich wohl mal mit meinem alten Chemielehrer ein ernstes Wort reden…

:wink:)

olli

Hallo Frank,

Zu 3.: Das „Aufbrechen der Ionenbindung“ ist als Erklärung
vielleicht recht dürftig. Ich denke, vollständiger wäre

sei mir böse, aber mit dem Spruch bestätigst Du 'ne Menge Vorurteile über Deinen Berufsstand. Hast Du nicht noch ein paar Rechtschreibfehler gefunden?
Das die Erklärung nicht gerade umfassend war dürfte sich auch dem unbedarften Leser erschlossen haben und Ergänzungen (wie auch Korrekturen) sind natürlich jederzeit willkommen, aber den Oberlehrer kannst Du Dir hier echt sparen.

Gruß Stefan

hi Frank!

danke für die Aufklärung:wink:…, aber was ist genau eine
sp3-Hybridisierung …was ist hier mit sp3 gemeint???
würde mich über eine Antwort freuen…liSa

hi Frank!

danke für die Aufklärung:wink:…, aber was ist genau eine
sp3-Hybridisierung …was ist hier mit sp3 gemeint???
würde mich über eine Antwort freuen…liSa

Hallo Lisa!

Zur sp3-Hybridisierung: Sauerstoff besitzt sechs Valenzelektronen. Davon besetzen zwei das sogenannte 2s-Orbital. Das ist ein kugelförmiger Aufenthaltsraum. Die restlichen vier Elektronen stecken in drei keulenförmigen (oder auch manchmal als hantelförmig bezeichnet) Aufenthaltsräumen, die als 2p-Orbitale bezeichnet werden. Die Zahl 2 steht hier vereinfacht für die zweite Elektronenschale. Diese drei p-Orbitale stehen alle senkrecht zueinander - in einem sind 2 Elektronen, in den anderen beiden jeweils ein Elektron. Die vier Elektronen in den p-Orbitalen sind energiereicher als die zwei Elektronen im s-Orbital. Wenn Sauerstoff Verbindungen eingeht, verändern sich diese Orbitale so, daß aus einem kugelförmigen s- und drei hantelförmigen p-Orbitalen jetzt vier gleichartige Orbitale entstehen. Diese werden als sp3-Orbitale bezeichnet. Sie sind ähnlich wie die p-Orbitale keulenartig geformt. Diese Keulen würden in einem gedachten Tetraeder vom Mittelpunkt jeweils zu den vier Ecken zeigen. Die Bildung dieser neuen Orbitale wird als Hybridisierung bezeichnet. Die sechs Valenzelektronen, die sich nun in den vier gleichartigen Orbitalen aufhalten (2+2+1+1), sind untereinander nun energetisch ebenfalls gleichartig. Da in ein Orbital maximal zwei Elektronen hineinpassen, können die beiden einzelnen Elektronen jeweils mit einem s-Elektron des Wasserstoffs eine Atombindung eingehen. Man spricht von sp3-s-sigma-Bindung.

Gruß Frank

Hallo Stefan!

Wenn Du glaubst, daß ich Antworten gebe, weil es mir Spaß macht, Fehler zu finden, täuschst Du Dich. Ich habe nur angenommen, daß es besser für den Fragesteller ist, wenn er nicht nur oberflächliche Informationen bekommt. Und im konkreten Fall ist „das Aufbrechen der Ionenbindung“ eben sehr wenig aussagekräftig. Meine Ergänzung war also nicht als Kritik an Deiner Antwort gedacht, sondern als Hilfe für den/die Fragesteller/in. Das hat nichts mit Oberlehrer zu tun. Wenn jemand meine Antworten ergänzt oder verbessert, springe ich ja auch nicht gleich im Dreieck.
Also dann: auf weiterhin gute Zusammenarbeit und fiele Grüße von Frank

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

Ja, ich weiß viele wird nicht mit „f“ geschrieben. Frank

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]