Warum steigt die Siedetemperatur von Alkanen mit zunehmender Kettenlänge?
2 Antworten
Moin,
die Siedetemperatur hängt im Wesentlichen von drei Dingen ab:
- der Masse der Teilchen,
- dem Luftdruck über der Flüssigkeit und
- den intermolekularen Anziehungskräften
Sieden heißt doch, dass die Teilchen in einer Flüssigkeit so stark beschleunigt werden, dass sie die Flüssigkeitsoberfläche durchstoßen und in den Gasraum darüber gelangen können.
Die Masse der Teilchen spielt daher eine Rolle, weil es logischerweise mehr Energie erfordert, ein schweres Teilchen zu beschleunigen als ein leichtes, nicht wahr?! Na ja, und mit steigender Kettenlänge wird so ein Alkan halt auch immer schwerer.
Der Luftdruck über der Flüssigkeit spielt eine Rolle, weil die Teilchen der Flüssigkeit ja in den Gasraum vordringen sollen. Wenn aber schon viele Teilchen im Luftraum sind (und damit der Druck groß ist), ist es schwerer, die Flüssigkeit zu verlassen und ebenfalls in den Gasraum zu kommen. Deshalb siedet Wasser auf Meereshöhe bei 100° C, während es auf einem hohen Berg (wo die Luft "dünner" ist) schon bei 97-98° C zu sieden beginnt. Da aber bei den Angaben von Siedetemperaturen standardisierte Bedingungen herrschen, kannst du diesen Aspekt hier vernachlässigen.
Nicht vernachlässigen darfst du hingegen den dritten Aspekt, den Zusammenhalt der Moleküle untereinander. Auch hier liegt wohl auf der Hand, dass eine Flüssigkeit umso später siedet, je stärker sich die Teilchen darin gegenseitig festhalten. Immerhin muss ja ein Teilchen beschleunigt werden, um in den Gasraum gelangen zu können. Tja, und da bei (unverzweigten) Alkanketten die Fläche, über die van-der-Waals-Kräfte wirksam werden können, zunimmt, je länger die Ketten werden, halten sich längerkettige Alkane eben auch stärker aneinander fest als kurzkettige.
Fazit:
Mit zunehmender Kettenlänge werden Alkane schwerer und die zwischen ihnen wirkenden van-der-Waals-Kräfte größer. Darum sieden längerkettige Alkane bei zunehmend höher werden Temperaturen.
LG von der Waterkant
Bist Du sicher, daß die Masse einen Einfluß auf den Dampfdruck hat? Ich sehe keinen Mechanismus dafür. Klar reicht die thermische Energie bei einem schweren Molekül nur für eine geringere Geschwindigkeit, aber das gilt ja gleichermaßen für Flüssigkeit und Gas und sollte das Gleichgewicht zwischen den beiden nicht beeinflussen.
Isotopenmarkierte Verbindungen (D₂O, CD₃OD) sieden generell ein oder zwei Grad höher als die unmarkierten. Das erkläre ich mir allerdings mit stärkerer intramolekularer Wechselwirkung: Genauso wie eine C–D-Bindung stärker als eine C–H-Bindung ist (weil bei gleicher Potentialform die Nullpunktsenergie tiefer liegt und daher ein weiterer Weg zum Dissoziationslimes zurückzulegen ist), sind auch die Potentiale für die intermolekularen Kräfte zwar dieselben, aber durch das tiefere Nullpunktslevel braucht man etwas mehr Energie, um die Moleküle voneinander zu trennen.
Daß Pentan höher siedet als Butan, liegt einfach daran, daß es mehr Valenzelektronen hat, die mit den Valenzelektronen des Nachbarmoleküls vdW spielen können und daß daher die Kräfte wirklich stärker werden.
Weil die zwischenmolekularen Wechselwirkungen zunehmen. Je länger die Ketten sind, desto wahrscheinlicher sind Van-der-Vaals-Wechselwirkungen.