Zehn Übungen, in denen du herausfindest, warum Methan keine Brücken baut — und die DNA ohne sie nicht funktionieren würde.
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Übungsaufgaben
Zehn interaktive Übungen zum Klicken, Ziehen und Knobeln — von AFB I bis AFB III. Jede Übung gibt dir sofort Rückmeldung; bei kniffligen Aufgaben helfen dir die gestuften Tipps.
A1
Brückenbildner oder nicht?
AFB I
Welche Stoffe bilden untereinander Wasserstoffbrücken aus? Sortiere die Karten.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1bildet Wasserstoffbrücken
2bildet keine
Brückenbildner brauchen ein H-Atom an F, O oder N: NH₃, HF, die OH-Gruppe im Ethanol und beide OH-Gruppen im H₂O₂. CH₄ und H₂ haben nur unpolare H-Atome, CO₂ hat gar keine. H₂S: Schwefel (EN 2,58) polarisiert das H-Atom kaum stärker als Kohlenstoff.
A2
Stimmt das?
AFB I
Fünf Aussagen über Wasserstoffbrücken — entscheide jeweils.
5 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Aussage 1 von 5
Merke dir das Bild O–H···O: Strich = Atombindung im Molekül, Punkte = schwache Brücke zwischen den Molekülen, alle drei Atome auf einer Linie.
A3
Mix: Wie polar ist die X–H-Bindung?
AFB I
Rückgriff auf 1.3.1: Verbinde jede Bindung mit ihrer Elektronegativitätsdifferenz. EN-Werte nach Pauling: H 2,20 · C 2,55 · N 3,04 · O 3,44 · F 3,98 · Cl 3,16.
Klicke links einen Eintrag an und dann rechts den passenden — es entsteht eine Verbindungslinie. Mit der Tastatur: Enter zum Auswählen, ↑/↓ zum Wandern.
Überraschung: Cl–H ist polarer als N–H — trotzdem bildet HCl praktisch keine Wasserstoffbrücken. Das große Cl-Atom verteilt seine Ladung auf viel Raum. Nur F, O und N sind zugleich klein und stark elektronegativ.
Rechenweg: Beispiel O–H: 3,44 − 2,20 = 1,24. Der größte Wert gehört zum elektronegativsten Partner.
A4
Warum gerade das H-Atom?
AFB II
Setze die fehlenden Begriffe ein. Zwei Wörter bleiben übrig.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt) — mit Tab und Enter geht es genauso. Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Ein H-Atom besitzt nur ein einziges . Ist es an ein stark elektronegatives Atom gebunden, wird das gemeinsame Elektronenpaar weggezogen, und der H-Kern liegt fast . Das H-Atom trägt dann die Teilladung . Ein am F-, O- oder N-Atom eines Nachbarmoleküls wird von ihm angezogen. Weil dabei keine neue Atombindung entsteht, ist die Wasserstoffbrücke deutlich als eine Atombindung.
Andere Atome haben unter der Valenzschale noch innere Elektronen, die den Kern abschirmen. Beim H-Atom fehlt diese Hülle — deshalb kommt es dem Nachbarn so nahe.
Ansatz: Wie viele Elektronen hat ein H-Atom? Was bleibt vom Atom übrig, wenn das Bindungselektronenpaar weggezogen wird?
Rechenweg: δ+ gehört zum H-Atom, δ− zum Partner. Eine Brücke ist viel schwächer als eine Atombindung.
A5
Welche Paare finden zueinander?
AFB II
Zwischen welchen Teilchen kann sich eine Wasserstoffbrücke ausbilden?
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden und klicke dann auf „Prüfen“.
Es braucht auf einer Seite ein H an F, O oder N und auf der anderen ein freies Elektronenpaar an F, O oder N. Dimethylether liefert nur das freie Paar — mit Wasser klappt es, mit sich selbst nicht. CH₄ und H₂ bieten weder ein polares H-Atom noch ein freies Elektronenpaar an F, O oder N.
Ansatz: Suche für jedes Paar einen Spender (H an F, O, N) und einen Partner (freies Paar an F, O, N).
Rechenweg: Fehlt einer der beiden Teile, entsteht keine Brücke. Bei gleichen Molekülen muss ein Molekül beides mitbringen.
A6
Zählkette: Methanol
AFB II
Methanol (CH₃–OH) ist der einfachste Alkohol. Zähle Schritt für Schritt, wie viele Wasserstoffbrücken ein Molekül höchstens gleichzeitig eingehen kann.
Rechne die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft.
H-Atome, die an das C-Atom gebunden sind
H-Atome, die an das O-Atom gebunden sind
Freie Elektronenpaare am O-Atom
Höchstzahl gleichzeitiger Wasserstoffbrücken eines Moleküls
Nur das H der OH-Gruppe ist ein Spender (1 Brücke), die zwei freien Paare am O-Atom sind Partner (2 Brücken): zusammen höchstens 3. Die drei H-Atome am C zählen nicht.
Ansatz: Zeichne die Lewis-Formel: O hat zwei Bindungen (zu C und H) und zwei freie Elektronenpaare.
Rechenweg: Brücken = geeignete H-Atome + freie Elektronenpaare an F, O oder N.
A7
Fehlersuche im Protokoll
AFB II
Sechs Sätze aus einem Schülerprotokoll — drei davon sind fachlich falsch.
In diesem Text stecken Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Die Anzahl der H-Atome allein sagt nichts. Entscheidend ist, woran sie gebunden sind — und dass Brücken zwischen Molekülen wirken, nicht in ihnen.
A8
Trickaufgabe: Nagellackentferner
AFB III
Aceton (CH₃–CO–CH₃) ist der Hauptbestandteil vieler Nagellackentferner. Das Molekül hat sechs H-Atome und ein O-Atom mit zwei freien Elektronenpaaren. Wie viele Wasserstoffbrücken kann ein Acetonmolekül in reinem Aceton höchstens eingehen?
Überlege selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Null! Alle sechs H-Atome hängen an C-Atomen und sind kaum polarisiert. Ohne geeignetes H-Atom entsteht keine Brücke, obwohl das O-Atom freie Paare hat. Mischt man Aceton mit Wasser, ändert sich das: Dann richten H₂O-Moleküle ihre H-Atome auf das O-Atom des Acetons.
Ansatz: Eine Brücke braucht beides: ein H-Atom an F, O oder N und ein freies Elektronenpaar. Woran sind die sechs H-Atome gebunden?
Rechenweg: Zähle nur die H-Atome an O. Gibt es keine, kann auch kein freies Paar eine Brücke bilden — es fehlt der Spender.
A9
Transfer: Die DNA-Doppelhelix
AFB III
Die Erbsubstanz DNA besteht aus zwei Strängen, die über Basenpaare verbunden sind. Spiele durch, was Wasserstoffbrücken damit zu tun haben.
Spiele den Ablauf Schritt für Schritt durch: Was passiert als Nächstes? Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Viele schwache Brücken ergeben zusammen einen stabilen, aber öffnungsfähigen Verschluss — wie ein Reißverschluss. Dasselbe Prinzip hält auch Wasser zusammen.
Ansatz: Überlege bei jedem Schritt: Welche Bindungen sind stark (Atombindungen), welche schwach (Brücken)?
Rechenweg: Spender: H an N oder O. Mehr Brücken = mehr Energie zum Trennen.
A10
Abschätzung: Wasser verdampfen
AFB III
Um 1 mol Wasser (18 g) bei 100 °C zu verdampfen, braucht man etwa 41 kJ. Nimm vereinfacht an, dass dabei nur Wasserstoffbrücken mit je etwa 20 kJ/mol gelöst werden. Wie viele Brücken werden dann pro Wassermolekül im Mittel gelöst?
Schiebe den Regler auf deine Schätzung — Pfeiltasten bewegen ihn feiner. Nach dem Prüfen siehst du den Trefferbereich.
05
41 kJ : 20 kJ ≈ 2. Das passt zum Netz: Jedes Molekül ist an bis zu vier Brücken beteiligt, aber jede Brücke gehört zu zwei Molekülen — auf ein Molekül entfallen also rund zwei. (Grobes Modell: In flüssigem Wasser sind nicht alle Brücken geknüpft, und auch andere Anziehungskräfte zählen mit.)
Ansatz: Teile die Energie pro Mol Wasser durch die Energie pro Mol Brücken.
Rechenweg: 41 : 20 ≈ 2,05. Vergleiche mit „bis zu vier Brücken pro Molekül“: Jede Brücke verbindet zwei Moleküle.
