Der abgelenkte Wasserstrahl
AFB I–IIEin Kunststoffstab wird mit einem Wolltuch gerieben und elektrisch aufgeladen. Hält man ihn neben einen dünnen Wasserstrahl aus einer Bürette, wird der Strahl deutlich zum Stab hin abgelenkt. Ein Strahl aus Heptan (\(\ce{C7H16}\)) läuft dagegen unbeeinflusst gerade nach unten.
- Nenne die Elektronegativitätsdifferenzen der O–H- und der C–H-Bindung (EN: H 2,2 · C 2,5 · O 3,5).
- Stelle ein Wassermolekül als Strukturformel mit freien Elektronenpaaren und Partialladungen dar.
- Erkläre die unterschiedliche Ablenkung der beiden Flüssigkeitsstrahlen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
O–H: ΔEN = 3,5 − 2,2 = 1,3 (polar). C–H: ΔEN = 2,5 − 2,2 = 0,3 (praktisch unpolar).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Gewinkeltes H–O–H (ca. 105°), zwei freie Elektronenpaare am O; δ− am O-Atom, δ+ an beiden H-Atomen. Die Schwerpunkte von positiver und negativer Teilladung fallen nicht zusammen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Wassermoleküle sind Dipole: Sie drehen sich im Feld des geladenen Stabs so, dass ihr entgegengesetzt geladenes Ende zum Stab zeigt, und werden angezogen. Heptanmoleküle besitzen nur nahezu unpolare C–C- und C–H-Bindungen, sind also keine Dipole — der Strahl bleibt unbeeinflusst.
Kühlerflüssigkeit im Auto
AFB II–IIIDie Kühlerflüssigkeit im Auto ist ein Gemisch aus Wasser und Ethandiol. Sie soll sich auch im heißen Motor nicht leicht verflüchtigen. Die Tabelle zeigt drei Stoffe mit ähnlicher Molekülmasse.
| Stoff | Strukturformel (verkürzt) | Sdp. |
|---|---|---|
| Butan | CH₃–CH₂–CH₂–CH₃ | −1 °C |
| Propan-1-ol | CH₃–CH₂–CH₂–OH | 97 °C |
| Ethandiol | HO–CH₂–CH₂–OH | 197 °C |
- Ermittle die molaren Massen der drei Stoffe (C = 12, H = 1, O = 16 g/mol).
- Deute die großen Unterschiede der Siedetemperaturen mithilfe der zwischenmolekularen Kräfte.
- Nimm Stellung zur Aussage: „Je schwerer ein Molekül, desto höher liegt seine Siedetemperatur.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Butan: 4 · 12 + 10 · 1 = 58 g/mol. Propan-1-ol: 3 · 12 + 8 · 1 + 16 = 60 g/mol. Ethandiol: 2 · 12 + 6 · 1 + 2 · 16 = 62 g/mol.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Bei fast gleicher Masse sind die Van-der-Waals-Kräfte ähnlich. Butan hat keine polare Gruppe → nur Van-der-Waals-Kräfte, −1 °C. Propan-1-ol besitzt eine OH-Gruppe → H-Brücken, 97 °C. Ethandiol hat zwei OH-Gruppen → doppelt so viele H-Brücken je Molekül, 197 °C.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage gilt nur innerhalb einer Stoffgruppe mit gleichen Kräften, z. B. in der homologen Reihe der Alkane. Allgemein ist sie falsch: Wasser ist dreimal leichter als Butan, siedet wegen der H-Brücken aber 101 K höher. Man muss immer zuerst die Art der zwischenmolekularen Kräfte prüfen, dann die Masse.
