Wieso steigt die Dichte bei Alkanen?
Hallo, wieso steigt die Dichte bei Alkanen, umso länger die Kette wird? Lg
4 Antworten
Je länger die Ketten werden, desto mehr Möglichkeiten haben die Van-der-Waals-Kräfte, die Ketten zusammenzuhalten.
Bei gasförmigen Alkanen hängt die Dichte im Wesentlichen von der Masse der einzelnen Teilchen ab - die Anzahl der Teilchen hängt ja größtenteils vom Druck ab - jedenfalls weit genug weg vom Siedepunkt.
Auch Flüssigkeiten dehnen sich bei Erwärmung aus - besonders stark macht sich das bei Flüssigkeiten bemerkbar, deren Moleküle nur durch Van-der-Waals-Kräfte zusammengehalten werden. Wir haben einerseits die Bindungsenergie zwischen den Molekülen, andererseits die thermische Energie der einzelnen Moleküle. Je größer das Verhältnis von thermischer Energie zu Bindungsenergie wird, desto mehr lockert sich das Gefüge, bis es am Siedepunkt ganz zerfällt.
Bei langkettigen Alkanen hängt die Dichte nicht mehr (merklich) von der Kettenlänge ab, sie sind (bei Standardbedingungen) zu weit von ihren Siedepunkten entfernt. (Wobei die Siedepunkte bei noch größeren Kettenlängen irgendwann hypothetisch werden - bei zu langen Ketten haften die Ketten stärker aneinander als die Kohlenstoff-Atome innerhalb einer Kette, die Verbindung zersetzt sich, bevor sie siedet, oder sogar, bevor sie schmilzt.)
Die Kräfte zwischen den Molekülen eines Alkans sind eigentlich nur Van der Waals Kräfte und daher relativ schwach.
Die Van der Waalskräft basieren ja darauf, dass ein Molekül spontan einen Dipol bildet und dieser Dipol in einem anderen Molekül ebenfalls einen Dipol induziert.
Die Kraft wird umso größer die zugewandte Fläche der Moleküle und je geringer der Abstand ist.
Größere Alkane haben eine größere Oberfläche => größere zugewandte Fläche => größere Van der Waals Kräfte => höhere Dichte.
Aus dem selben Grund steigt auch der Schmelzpunkt mit zunehmender Kettenlänge.
Die Dichte sagt Dir im wesentlichen, wieviele Atome sich pro Kubikzentimeter (oder was auch immer) aufhalten. Da die Wasserstoffatome nicht viel wiegen, können wir uns auf die C-Atome beschränken.
Innerhalb eines Moleküls sind die Atome durch chemische Bindungen aneinander gebunden und daher nicht weit voneinander entfernt. Zwischen den Molekülen sind die anziehenden Kräfte (van der Waals) viel schwächer, und daher auch die Abstände größer. Eine C–C-Bindung ist ungefähr 1.5 Å lang, also 1.5·10⁻¹⁰ m, aber die C-Atome in verschiedenen Molekülen sind selbst bei benachbarten Molekülen mehr als doppelt so weit voneinander entfernt.
In höheren Alkanen sind mehrere C-Atome pro Molekül enthalten. Viele von denen haben kurze Abstände zueinander: Die nächsten Nachbarn ca. 1.5 Å, die übernächsten 2.5 Å usw. In Methan, einem Molekül ohne C–C-Bindung, liegt der nächste mögliche Abstand aber bei ca. 3.5 Å.
Deshalb sind längerkettige Alkane dichter: Weil es einfach mehr C-Atome gibt, die näher beieinander liegen, als in kürzerkettigen Alkanen. Und daher sind in einem beliebigen Volumen mehr C-Atome drin, und dieses Volumen ist schwerer d.h. die Dichte ist größer.
Höhere Alkane haben einen höheren Kohlenstoffanteil.
Ein Kohlenstoffatom hat ca. die 12fache Masse eines Wasserstoffatoms, aber weniger als das 12fache Volumen.
Vermute ich jedenfalls, kannst ja die Atomradien überprüfen.