wieos ist wasser ein dipol und co2 nicht?
wieso ist wasser eine dipol-atombindung und co2 nicht? weil ich dachte, dass ein dipol nur entsteht,wenn sich die partner der elektronenpaarbindung in ihrer elektronegativität unterscheiden und wenn die ladungsschwerpunkte nicht zsm fallen, sprich die anordnung nicht symmetrisch ist. kann mir das jemand erklären? danke im voraus:)
3 Antworten
Auszug aus Wikipedia, besser könnte ich es nicht ausdrücken:
Polare Atombindungen können zu einem Dipolmoment des gesamten Moleküls führen. Das hängt vom Molekülbau ab, denn die Dipolmomente verschiedener Bindungen im Molekül addieren sich richtungsabhängig (vektoriell) und können sich daher gegenseitig aufheben oder verstärken. Fluorwasserstoff trägt als zweiatomige, heteronucleare Verbindung ein Dipolmoment. Kohlenstoffdioxid hat aus Symmetriegründen kein permanentes Dipolmoment, die Atome sind linear angeordnet und die entgegengesetzt ausgerichteten Bindungsdipole heben sich auf. Biegeschwingungen des Moleküls brechen allerdings die Symmetrie und führen zu Dipolmomenten und Wirkung von CO2 als Treibhausgas. Wasser hat ein größeres Gesamtdipolmoment als Fluorwasserstoff, obwohl die Polarität der Bindung zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatom (H–O) kleiner ist als die der Bindung zwischen Wasserstoff- und Fluoratom (H–F). Die Ursache liegt in der Addition der zwei H–O - Bindungsdipole, die in einem Bindungswinkel von ca. 105° zueinander stehen und dem kleineren Winkel der freien Elektronenpaare zur Symmetrieachse.
Beispiel: Kohlenstoffdioxid O = C = O:
Das Dipolmoment dieses Moleküls ist Null. Also müssen die Ladungsschwerpunkte der beiden C=O-Bindungen (=Schwerpunkt der negativen Ladungen [Elektronen] und der Schwerpunkt der positiven Ladungen [Atomkerne] ) zusammenfallen. Das Molekül ist linear aufgebaut, der Schwerpunk der beiden polaren Bindungen liegt in der Mitte der gezeichneten Strukturformel.
Beispiel Wassermolekül:
Dieses Molekül muss aufgrund seines großen Dipolmoments für eine Molekülverbindung gewinkelt aufgebaut sein. Die Ladungsschwerpunkte der beiden polaren H-O-Bindungen liegen nicht in der Mitte einer angenommenen Strukturformel H – O – H, die fälschlicherweise ein linear aufgebautes Wassermolekül darstellen würde.
Also immer dann, wenn die Ladungsschwerpunkte von polaren Bindungen in einem Molekül nicht zusammenfallen, dann ist das Molekül nach außen ein Dipol.
Deshalb wird Wasser in den Chemiebüchern oft auch so dargestellt:
H - O
|
H
oder auch
_
H - O|
|
H(mit den beiden freien Elektronenpaaren am Sauerstoffatom)
Kurz gesagt:
Die Anzahl der Außenelektronen der beteiligten Atome, wieviel davon in den Bindungen "verbraucht" werden und wieviel hinter noch frei herumlungern und wo sie das tun ;-)
Die lange Version:
Beim CO2:
Das Kohlenstoffatom hat 4 Elektronen in der äußeren Hülle. Das Sauerstoffatom hat 6.
Beide Atome wollen durch die Molekülbindung ihre Außenschalen entweder ganz auffüllen oder alle Außenelektronen loswerden.
Warum da so ist und warum gerade 8, liegt an der Anzahl der maximal möglichen Spinzustände der Elektronen pro Hüllenschale. Aber das nur nebenbei, das ist jetzt noch nicht Deine Liga ;-)
Kohlenstoff hat eine geringere Elektronegativität als Sauerstoff.
Darum ist das Kohlenstoffatom eher bereit, sich von seinen Elektronen zu trennen, als das Sauerstoffatom sich von seinen.
Zwei von den Elektronen des Kohlenstoffatoms "wandern" rüber zu dem einen Sauerstoffatom und bilden mit zwei von den Elektronen des Sauerstoffes je zwei Bindungspaare.
Das gleiche tun die restlichen beiden Elektronen des Kohlenstoffes mit dem Sauerstoff auf der anderen Seite.
Ziel erreicht: Jedes Sauerstoff hat nun 8 Außenelektronen - jeweils 2 * 2 in den beiden Paarbindungen und die vier restlichen - die Außenschale ist voll belegt.
Das Kohlenstoffatom in der Mitte ist alle seine Außenelektronen losgeworden - seine Außenschale ist jetzt leer.
Die beiden Sauerstoffkerne nehmen jeweils einen Platz rechts und links vom Kohlenstoffatom ein, soweit wie möglich voneinander weg.
Das Kohlenstoffatom in der Mitte hat kein Elektron mehr in der Außenhülle, daß die beiden Sauerstoffatome daran hindern könnte.
Ergebnis: Drei Atome in einer Linie.
Die restlichen nicht in Paarbindungen "verbrauchten" Elektronen, das sind pro Sauerstoffatom jeweils 4, stoßen sich gegenseitig ab.
Sie und die beiden Paare verteilen sich so in den beiden Außenhüllen der Sauerstoffatome, daß sie alle möglichst weit voneinander entfernt sind - wie an den sechs Flächen eines Würfels.
Egal wie genau nun - auf jeden Fall ist die Verteilung bei beiden Sauerstoffatomen rechts und links vom Kohlenstoff die gleiche.
Das, was bei der ganzen Aktion rausgekommen ist, hat zur Raumachse, die durch die Mitte aller drei Atome geht eine achsensymmetrische und zur Fläche, die durch die Mitte des Kohlenstoffatoms geht eine spiegelsymmetrische Ladungsverteilung.
Ergebnis: kein Dipol.
Beim H2O:
Das Sauerstoffatom hat 6 Elektronen auf der Außenhülle, das Wasserstoffatom hat nur eins.
Das Sauerstoffatom hätte gern 8 oder gar keins.
Das Wasserstoff hätte gern 2 oder ebenfalls gar keins.
Weil der Sauerstoff eine höhere Elektronegativität hat als der Wasserstoff, füllt das Sauerstoffatom seine Außenhülle auf 8 auf.
Das einzelne Elektron jedes der beiden Wassertoffatome "wandert" rüber zum Sauerstoff und bildet mit jeweils einem Elektron des Sauerstoffatoms ein Bindungspaar.
Bleiben beim Sauerstoff zwei von den ursprünglich sechs freien Hüllenelektronen übrig. Die beiden und die beiden Bindungspaare verteilen sich so auf der Außenhülle des Sauerstoffes, daß sie möglichst weit voneinander entfernt sind. Zur Erinnerung: Elektronen stoßen sich genseitig ab.
Und hier ist der entscheidende Unterschied: Diese vier verteilen sich auf der Außenhülle vom Sauerstoff wie an den Ecken eine Tetraeders. Und an zwei von den 4 Ecken hängt noch ein Wasserstoffkern dran.
Es gibt beim aber Tetraeder keine zwei Ecken, die sich genau gegenüberstehen. Ein mittelpunktsymmetrische Verteilung der beiden Wasserstoffatome ist so nicht möglich.
Bemüh jetzt mal ein bischen Dein räumliches Vorstellungsvermögen, und Du siehst das abgeknickte Wasssermolekül vor Dir.
Weil die beiden positiv geladen Protonen NICHT gleichmäßig verteilt sind und die negativ geladenen Elektronen alle am Sauerstoffatom in der Mitte sind - ergibt das
ein Dipol.
Bei der zweiten Skizze von PWolf siehst Du, was ich meine. Die einzelnen Striche sind jeweils ein Elektronenpaar.