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3. Die VAN DER WAALS-Wechselwirkung

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Chemie der Nichtmetalle
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3.1 Der Dipoleffekt1053DieVANDERWAALS-Wechselwirkung1Bekanntlich lassen sich alle atomaren und molekularen Gase wie Ar,Xe, HCl oder SiH4durch Abkühlen auf ausreichend tiefeTemperaturen bei Normaldruckverflüssigen undschließlich zur Kristallisation bringen. Nur beim He erfordertdie Kristallisation außerstarker Kühlung einen erhöhten Druck, nämlich 2.6 MPa. Das zeigt, dass auch zwischensolchen Atomen und Molekülen, die untereinanderkeine kovalenten Bindungen mehreingehen, Anziehungskräfte wirken. Diese Kräfte nennt manVANDERWAALS-Kräfte;2sieführen zu relativschwachen Bindungen mit einer Bindungsenergievonmaximal 20 kJmol–1.Diese Energie manifestiertsich bei den kristallinen Stoffen, d.h. den Atom- undMolekülgittern, als Sublimationsenergie, bei den entsprechenden Flüssigkeiten alsVer-dampfungsenergie. Grundsätzlich sindVANDERWAALS-Kräfte zwischen allen Atomen,Ionen und Molekülen wirksam. Sie tragen daher auch zur BindungsenergiekovalenterBindungen und zur GitterenergievonIonenkristallen bei.DieVANDERWAALS-Kräfte lassen sich in dreiKomponenten zerlegen: den stetsvor-handenen Dispersionseffekt und die bei Atomen und Molekülen mit einem permanentenDipolmoment zusätzlich auftretenden Dipol- und Induktionseffekte. Am leichtestenver-ständlich ist der Dipoleffekt.3.1 Der DipoleffektEin Atom, Molekül oder Molekülteil hat ein elektrisches Dipolmomentμ,wenn dieSchwerpunkte der positivenund der negativenLadungen nicht zusammenfallen, sonderndurch einen Abstandlgetrennt sind. Das Dipolmoment ist dann definiertalsμ=e·l(e:Elementarladung). Das Dipolmoment ist einVektor,dessen Betrag direkt gemessenwerden kann, beispielsweise mittels Mikrowellenspektroskopiegasförmiger Moleküleoder durch Bestimmung der Orientierungspolarisation der gelösten Substanz in einemelektrischenKondensatorfeld. Die Maßeinheit des Dipolmomentes ist das Debye (D).3Zwei Ladungene+unde–im Abstandvon100 pm erzeugen ein Dipolmomentvon4.8 D.Die SI-Einheit des elektrischen Dipolmomentes ist allerdings1Cm(Coulomb·Meter),wobei 1D=3.336·10–30Cm.Moleküle haben dann und nur dann ein Dipolmoment,wenn sie zu einer der Punkt-gruppenCnoderCnvgehören (n=1,2,3...;C1v=Cs). Bei einer anderen Symmetriefal-1G.C.Maitland,M.R igby, E.B. Smith,W. A.Wakeham,IntermolecularForces–TheirOriginandDetermination,Oxford,1987.Eine ausführliche und immer noch sehr lesenswerteDiskussionfindet man bei H. A. Stuart,Molekülstruktur,3.Aufl., Springer,Berlin,1967.2Nach JOHANNESVANDERWAALS,der 1873 die Zustandsgleichung realer Gase publizierte, die dasVolumenunddieWechselwirkungvonMoleküleninderGasphaseberücksichtigt(NobelpreisfürPhysik des Jahres 1910).3Benannt nach dem Physiker PETERDEBYE(1884–1966; Nobelpreis für Chemie des Jahres 1936).

3.1 Der Dipoleffekt1053DieVANDERWAALS-Wechselwirkung1Bekanntlich lassen sich alle atomaren und molekularen Gase wie Ar,Xe, HCl oder SiH4durch Abkühlen auf ausreichend tiefeTemperaturen bei Normaldruckverflüssigen undschließlich zur Kristallisation bringen. Nur beim He erfordertdie Kristallisation außerstarker Kühlung einen erhöhten Druck, nämlich 2.6 MPa. Das zeigt, dass auch zwischensolchen Atomen und Molekülen, die untereinanderkeine kovalenten Bindungen mehreingehen, Anziehungskräfte wirken. Diese Kräfte nennt manVANDERWAALS-Kräfte;2sieführen zu relativschwachen Bindungen mit einer Bindungsenergievonmaximal 20 kJmol–1.Diese Energie manifestiertsich bei den kristallinen Stoffen, d.h. den Atom- undMolekülgittern, als Sublimationsenergie, bei den entsprechenden Flüssigkeiten alsVer-dampfungsenergie. Grundsätzlich sindVANDERWAALS-Kräfte zwischen allen Atomen,Ionen und Molekülen wirksam. Sie tragen daher auch zur BindungsenergiekovalenterBindungen und zur GitterenergievonIonenkristallen bei.DieVANDERWAALS-Kräfte lassen sich in dreiKomponenten zerlegen: den stetsvor-handenen Dispersionseffekt und die bei Atomen und Molekülen mit einem permanentenDipolmoment zusätzlich auftretenden Dipol- und Induktionseffekte. Am leichtestenver-ständlich ist der Dipoleffekt.3.1 Der DipoleffektEin Atom, Molekül oder Molekülteil hat ein elektrisches Dipolmomentμ,wenn dieSchwerpunkte der positivenund der negativenLadungen nicht zusammenfallen, sonderndurch einen Abstandlgetrennt sind. Das Dipolmoment ist dann definiertalsμ=e·l(e:Elementarladung). Das Dipolmoment ist einVektor,dessen Betrag direkt gemessenwerden kann, beispielsweise mittels Mikrowellenspektroskopiegasförmiger Moleküleoder durch Bestimmung der Orientierungspolarisation der gelösten Substanz in einemelektrischenKondensatorfeld. Die Maßeinheit des Dipolmomentes ist das Debye (D).3Zwei Ladungene+unde–im Abstandvon100 pm erzeugen ein Dipolmomentvon4.8 D.Die SI-Einheit des elektrischen Dipolmomentes ist allerdings1Cm(Coulomb·Meter),wobei 1D=3.336·10–30Cm.Moleküle haben dann und nur dann ein Dipolmoment,wenn sie zu einer der Punkt-gruppenCnoderCnvgehören (n=1,2,3...;C1v=Cs). Bei einer anderen Symmetriefal-1G.C.Maitland,M.R igby, E.B. Smith,W. A.Wakeham,IntermolecularForces–TheirOriginandDetermination,Oxford,1987.Eine ausführliche und immer noch sehr lesenswerteDiskussionfindet man bei H. A. Stuart,Molekülstruktur,3.Aufl., Springer,Berlin,1967.2Nach JOHANNESVANDERWAALS,der 1873 die Zustandsgleichung realer Gase publizierte, die dasVolumenunddieWechselwirkungvonMoleküleninderGasphaseberücksichtigt(NobelpreisfürPhysik des Jahres 1910).3Benannt nach dem Physiker PETERDEBYE(1884–1966; Nobelpreis für Chemie des Jahres 1936).

Chapters in this book

  1. Frontmatter I
  2. Inhalt VII
  3. Teil I: Die chemische Bindung
  4. 1. Einführung 3
  5. 2. Die chemische Bindung 9
  6. 3. Die VAN DER WAALS-Wechselwirkung 105
  7. 4. Bindungseigenschaften 113
  8. Teil II: Chemie der Nichtmetalle
  9. 5. Wasserstoff 149
  10. 6. Bor 195
  11. 7. Kohlenstoff 233
  12. 8. Silicium und Germanium 267
  13. 9. Stickstoff 309
  14. 10. Phosphor und Arsen 355
  15. 11. Sauerstoff 399
  16. 12. Schwefel, Selen und Tellur 431
  17. 13. Die Halogene 485
  18. 14. Die Edelgase 525
  19. Backmatter 543
Readers are also interested in:
https://doi.org/10.1515/9783110211283.1.105

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  2. Inhalt VII
  3. Teil I: Die chemische Bindung
  4. 1. Einführung 3
  5. 2. Die chemische Bindung 9
  6. 3. Die VAN DER WAALS-Wechselwirkung 105
  7. 4. Bindungseigenschaften 113
  8. Teil II: Chemie der Nichtmetalle
  9. 5. Wasserstoff 149
  10. 6. Bor 195
  11. 7. Kohlenstoff 233
  12. 8. Silicium und Germanium 267
  13. 9. Stickstoff 309
  14. 10. Phosphor und Arsen 355
  15. 11. Sauerstoff 399
  16. 12. Schwefel, Selen und Tellur 431
  17. 13. Die Halogene 485
  18. 14. Die Edelgase 525
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