Das Kältemittel aus dem alten Kühlschrank
AFB I–IIDichlordifluormethan CF₂Cl₂ war jahrzehntelang das Kältemittel in Kühlschränken. Es ist ungiftig und nicht brennbar — zerstört aber in großer Höhe die Ozonschicht und ist deshalb seit 1995 in Deutschland verboten. Im Molekül ist das Kohlenstoffatom an zwei Fluor- und zwei Chloratome gebunden.
- Berechne ΔEN für die C–F- und für die C–Cl-Bindung.
- Zeichne in eine Skizze der Lewis-Formel für jedes Atom die Teilladung ein.
- Begründe, welche der beiden Bindungsarten im Molekül die polarere ist.
- Eine Mitschülerin meint: „Das Kohlenstoffatom trägt vier positive Teilladungen — also ist CF₂Cl₂ ein positiv geladenes Ion.“ Nimm Stellung zu dieser Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
C–F: \(\Delta\mathrm{EN}=4{,}0-2{,}6=1{,}4\). C–Cl: \(\Delta\mathrm{EN}=3{,}2-2{,}6=0{,}6\). Beide Bindungen sind polar.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Jedes F-Atom und jedes Cl-Atom erhält \(\delta^-\), weil beide elektronegativer als Kohlenstoff sind. Das C-Atom erhält \(\delta^+\) — genauer eine größere positive Teilladung, weil alle vier Bindungselektronenpaare von ihm weggezogen werden.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die C–F-Bindung ist polarer: Ihr ΔEN von 1,4 ist mehr als doppelt so groß wie das der C–Cl-Bindung (0,6). Das Elektronenpaar wird zum Fluor stärker verschoben als zum Chlor.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Aussage ist falsch. Teilladungen entstehen nur durch Verschieben der gemeinsamen Elektronenpaare innerhalb des Moleküls. Es werden keine Elektronen abgegeben oder aufgenommen: Die positive Teilladung am C-Atom ist genau so groß wie die Summe der negativen Teilladungen an den vier Halogenatomen.
Das Molekül ist insgesamt elektrisch neutral und damit kein Ion. Richtig ist nur: Das C-Atom trägt eine positive Teilladung.
Die Halogenwasserstoffe
AFB II–IIIWasserstoff bildet mit allen Halogenen Verbindungen: Fluorwasserstoff HF wird zum Ätzen von Glas verwendet, Chlorwasserstoff HCl ist in Wasser gelöst die Salzsäure, Bromwasserstoff HBr und Iodwasserstoff HI dienen im Labor als Reagenzien. Alle vier sind bei Raumtemperatur Gase oder leicht verdampfende Flüssigkeiten; Fluorwasserstoff siedet bei 19,5 °C.
- Ermittle ΔEN für die Bindungen in HF, HCl, HBr und HI.
- Stelle die vier Moleküle in der Lewis-Schreibweise mit Teilladungen dar.
- Nach der Faustregel müsste HF eine Ionenverbindung sein. Interpretiere diesen Widerspruch mithilfe der Siedetemperatur von Fluorwasserstoff.
- Astat steht unter Iod in der VII. Hauptgruppe und hat die EN 2,2. Ordne Astatwasserstoff HAt begründet in die Reihe der Halogenwasserstoffe ein.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
HF: 1,8 · HCl: 1,0 · HBr: 0,8 · HI: 0,5. Von HF nach HI nimmt ΔEN ab, weil die EN in der Gruppe nach unten sinkt.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Jeweils \(\overset{\delta^+}{\mathrm{H}}-\overset{\delta^-}{\mathrm{X}}\) mit einer Einfachbindung und drei freien Elektronenpaaren (Striche) am Halogenatom X; \(\delta^+\) immer am Wasserstoff, weil alle Halogene elektronegativer sind als Wasserstoff.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Ionenverbindungen bilden feste Ionengitter mit hohen Schmelz- und Siedetemperaturen. Eine Siedetemperatur von 19,5 °C zeigt, dass Fluorwasserstoff aus einzelnen Molekülen besteht, die sich leicht voneinander trennen lassen.
Die Bindung in HF ist also eine sehr stark polare Atombindung. Die Grenze 1,7 ist nur eine Faustregel; bei ΔEN-Werten nahe 1,7 muss man die Eigenschaften des Stoffes mit heranziehen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
\(\Delta\mathrm{EN}(\mathrm{H{-}At})=2{,}2-2{,}2=0\). HAt steht am Ende der Reihe HF → HCl → HBr → HI → HAt: Die Polarität nimmt immer weiter ab, bei HAt ist die Bindung (nach den Pauling-Werten) praktisch unpolar, das Elektronenpaar liegt in der Mitte. Das passt zum Trend, dass die EN in der Gruppe nach unten sinkt.