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Sekundärbindungen

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Sekundärbindungen

In der Chemie sind Bindungen das, was Atome zusammenhält und dadurch erst die Ausbildung von immer größeren Molekülen ermöglicht. Bindungen werden im Zuge von Reaktionen gebrochen und neu ausgebildet, dieselben Atome werden neu miteinander verknüpft und bilden damit Moleküle, die sich chemisch und physikalisch auch anders verhalten.

Da Bindungen zu den Grundlagen der Chemie gehören, ist es wichtig zu verstehen, welche Bindungsarten es generell gibt. Dabei gibt es neben den starken Wechselwirkungen, den Primärbindungen, auch die schwachen Wechselwirkungen, die Sekundärbindungen.

Weitere Informationen über Primärbindungen findest du im entsprechenden Artikel auf StudySmarter!

Zu den Sekundärbindungen zählen die

  • Wasserstoffbrückenbindung
  • Van-der-Waals-Wechselwirkungen
  • Dipol-Dipol-Wechselwirkungen

Die Sekundärbindungen – Grundlagen und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen

Bei Sekundärbindungen liegen, im Gegensatz zu (zwei der drei) Primärbindungen, keine Elektronenpaarbindungen vor.

Die Sekundärbindungen werden durch elektrostatische Anziehung zusammengehalten.

Was alle drei Sekundärbindungen gemeinsam haben, ist das Konzept des Dipols.

Wenn du in einem Molekül die Elektronenpaarbindung zwischen zwei Atomen betrachtest, ziehen beide Atome an den Elektronen.

Darauf aufbauend gibt es generell zwei Fälle, wie diese Bindung charakterisiert werden kann:

  1. Die Atome ziehen in etwa gleich stark. Das bedeutet, dass sich die Elektronen praktisch mittig zwischen den beiden Atomen befinden und damit beide Atome scheinbar permanent neutral geladen sind (= unpolare Bindung).
  2. Eins der beiden Atome zieht bedeutend stärker als das andere Atom. Das bedeutet, dass die Elektronen näher am stärkeren Atom sind. Dadurch ist das stärkere Atom dem schwächeren Atom gegenüber negativ geladen, bzw. umgekehrt: das schwächere Atom gegenüber dem stärkeren Atom positiv geladen (= polare Bindung)

Im zweiten Fall sind die Atome praktisch wie Magneten.

Man hat mit dem schwächeren Atom praktisch einen Pluspol und mit dem stärkeren Atom einen Minuspol.

Dabei wird dieser "Magnet" mit seinen zwei Polen "Dipol" genannt (griechisch di = zwei).

Dieser Magnet ist umso stärker, je höher der Stärkeunterschied zwischen den beiden Atomen ist.

Analog zu Magneten, die du aus dem Alltag kennst, ziehen sich Minus- und Pluspol an und Pole gleicher Ladung stoßen sich ab.

Wenn du zwei Moleküle A und B hast, die Dipole sind, kann das positiv geladene Atom von Molekül A das negativ geladene Atom von Molekül B anziehen. Das negativ geladene Molekül A zieht wiederum das positiv geladene Molekül von B an.

Damit hättest du auch schon die Dipol-Dipol-Wechselwirkungen erklärt, bei denen einfach nur zwei Moleküle, die sich wie Magnete verhalten, sich (elektrostatisch) anziehen.

Bei den beiden anderen Sekundärbindungen ist es nicht anders.

Doch woher weiß man, wie stark ein Atom Elektronen anzieht?

Das kannst du am Periodensystem für jedes Atom ablesen.

Dabei hat jedes Atom einen sogenannten Elektronnegativitätswert, der positiv und maximal 4 ist.

Fluor (F) ist mit dem Wert von 4 das am stärksten ziehende Atom.

Sekundärbindungen – Wasserstoffbrückenbindungen

  • Wasserstoffbrückenbindungen sind molekulare, starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
  • Nebenbedingung: Wasserstoff als positiver Pol
  • Sauerstoff, Fluor und Stickstoff fungieren oft als negativer Pol

Bei Wasserstoff-Brücken-Bindungen liegen auch Dipole vor.

Jedoch mit einer Nebenbedingung: das schwächere Atom in den beiden Dipolen ist Wasserstoff.

Das stärkere Atom ist üblicherweise Sauerstoff (O), Fluor (F) oder Stickstoff (N).

Diese Atome haben eine besondere Bedeutung, weil sie sehr stark an Elektronen ziehen.

Sekundärbindungen Wasserstoffbrückenbindungen Bedeutung StudySmarterAbbildung 1: Moleküle mit Wasserstoffbrückenbindungen

Da diese drei Atome sehr stark an Elektronen ziehen, ergeben sich auch sehr starke Magnete bzw. Dipole.

Wenn man so will, sind Wasserstoff-Brücken-Bindungen starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.

Sekundärbindungen Wasserstoffbrückenbindungen Wasser StudySmarterAbbildung 2: Wasserstoffbrückenbindung zwischen zwei Wassermolekülen Quelle: courses.lumenlearning.com

Sekundärbindungen – Van-der-Waals-Wechselwirkungen

Diese Art der Wechselwirkung beruht auch auf der (elektrostatischen) Anziehung zwischen Dipolen, mit folgender Nebenbedingung:

Die Dipole bzw. ihre Ladungen sind nur vorübergehend da.

Das ist auch der grundlegende Unterschied zu den Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, bei denen die Dipole permanent vorliegen (permanenter Dipol).

Wie ist das zu verstehen, dass die Dipole bzw. die Ladung nur vorübergehend vorliegen?

Wenn du dich an die Unterteilung von Elektronenpaarbindungen am Anfang des Artikels zurückerinnerst, gibt es den Fall, dass die Atome in etwa gleich stark ziehen.

Folglich sind beide Atome praktisch neutral geladen.

Woher also kommen die Ladungen, die dann wieder "verschwinden"?

Elektronen sind in Molekülen und Atomen ständig in Bewegung und nehmen keinen festen Platz ein. Somit kann es auch vorkommen, dass sich die Elektronen vorübergehend ungleichmäßig verteilen und dadurch ein Dipol entsteht. Dieses polarisierte Molekül kann sich an ein anderes polarisierbares Molekül annähern, wobei die negative Seite des temporären Dipols die Elektronen des anderen Moleküls von sich wegdrückt und einen sogenannten induzierten Dipol erzeugt.

Induzierte Dipole

Dipole können aus unpolaren Molekülen vorübergehend entstehen. Man spricht dann von induzierten Dipolen, wobei induziert soviel wie "herbeigeführt" heißt.

Dies geschieht, indem ein unpolares Molekül oder ein Atom sich einem Dipol nähert. Dadurch können die Elektronen im Molekül/Atom näher zur Seite des Dipols verschoben werden oder auch weiter weg. Durch die ungleichmäßige Elektronenverteilung entsteht ein induzierter Dipol.

Es gibt also zwei Fälle, wie temporäre Dipole entstehen:

  1. Im ersten Fall ist es gewissermaßen Zufall, dass sich die Elektronen zweier unpolarer Moleküle ungleichmäßig verteilen und dann noch so, dass sich ungleichnamige Pole gegenüberstehen. Gerade wegen dieser Unbeständigkeit sind Van-der-Waals-Wechselwirkungen aber auch die schwächsten Wechselwirkungen, die es gibt.
  2. Im zweiten Fall ist es ein mehr oder weniger erwartbarer Zustand. Ein unpolares Molekül nähert sich der Ladung eines Dipols.

Wenn sich das unpolare Molekül dem positiven Pol nähert, werden die Elektronen an den positiven Pol gezogen und die dem Dipol abgewandte Seite wird positiv geladen.

Wenn sich das unpolare Molekül dem negativen Pol nähert, werden die Elektronen vom negativen Pol abgestoßen und die dem Dipol abgewandte Seite wird negativ geladen.

Diese vorübergehend ungleichmäßigen Elektronenverteilungen können dann für die elektrostatische Anziehung genutzt werden (Van-der-Waals-Wechselwirkungen).

Stärke der Sekundärbindungen

  • Sekundärbindungen sind stärker, je höher die Elektronegativitätsdifferenz der Atome ist, und wenn der Dipol permanent ist
  • Stärke: Wasserstoffbrückenbindungen > Dipol-Dipol-Wechselwirkungen > VdW-WW

Sekundärbindungen sind schwächer als die Primärbindungen.

Doch wie sieht der Vergleich untereinander aus?

Wasserstoffbrückenbindungen sind die stärkste Sekundärbindung, gefolgt von Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Van-der-Waals-Kräfte stellen schließlich die schwächste Sekundärbindung dar.

Der Grund für diese Reihenfolge liegt in dem Elektronegativitätsunterschied der Atome von Dipolen und in der Permanenz der Dipole. Je stärker ein Dipol (eben aufgrund der Elektronegativitätsdifferenz der Atome) und je "permanenter" (möglichst kein temporärer/induzierter Dipol), desto stärker die Wechselwirkung.

Sekundärbindung - Das Wichtigste

  • Sekundärbindungen: Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Wechselwirkungen.
  • Dipol = Molekül (oder auch Atom) mit ungleichmäßiger Ladungsverteilung, praktisch ein Magnet.
  • Dipol-Dipol-Wechselwirkungen entstehen durch die Anziehung ungleichnamiger Ladungen von Dipolen.
  • Wasserstoffbrückenbindungen sind starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mit Wasserstoff als positiven Pol und Stickstoff, Sauerstoff oder Fluor als negativen Pol.
  • Van-der-Waals-Wechselwirkungen sind vorübergehende Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.
  • Stärke: Wasserstoffbrückenbindungen > Dipol-Dipol-Wechselwirkungen > VdW-WW.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Sekundärbindungen

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Primär- und Sekundärbindungen.

Zu den Primärbindungen zählen die ionische Bindung, die polar kovalente Bindung und die unpolar kovalente Bindung.

Zu den Sekundärbindungen zählen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Brückenbindungen.

Primärbindungen sind grundsätzlich stärker als Sekundärbindungen.

Zu den Primärbindungen zählen die ionische Bindung, die polar kovalente Bindung und die unpolar kovalente Bindung.

Zu den Sekundärbindungen zählen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Brückenbindungen.

Grundlage aller Sekundärbindungen ist das Konzept des Dipols.

Dipol = atomarer/molekularer Magnet

Dipol-Dipol-Wechselwirkungen beruhen auf der Anziehung zweier ,,Magnete", die dauerhaft vorliegen.

Wasserstoffwechselwirkungen sind Dipol-Dipol-Wechselwirkungen mit bestimmten Molekülen.

Van-der-Waals-Wechselwirkungen sind vorübergehende bzw. (kurzzeitig) entstandene Dipol-Dipol-Wechselwirkungen.

In der Chemie können Moleküle und Atome auf verschiedene Arten aneinander ,,haften".

Etwa, indem sie sich Elektronen teilen oder sich über Ladungen anziehen.

Dabei kann das wiederum auf unterschiedliche Weise geschehen, etwa abhängig von der Stärke der Anziehung und der Elektronenverteilung.

Deshalb unterteilt man Bindungen in Bindungstypen.

Finales Sekundärbindungen Quiz

Frage

Welche drei Sekundärbindungen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

Es gibt:

1. Dipol-Dipol-Wechselwirkungen

2. Wasserstoffbrückenbindungen

3. Van-der-Waals-Wechselwirkungen

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn ein Molekül/Atom eine ungleichmäßige Ladungsverteilung hat, ist eine Seite positiv und die andere Seite negativ geladen.

Man hat zwei Pole und damit ein Dipol.

Praktisch ein Magnet.

Frage anzeigen

Frage

Wie werden Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zusammengehalten?

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Antwort

Zwei Dipole ziehen einander an.

Die ungleichnamigen Pole (plus zieht minus an und umgekehrt) ziehen sich an.

Frage anzeigen

Frage

Welches Wort anstelle von X macht diesen Satz wahr?

,,X sind starke Dipol-Dipol-Wechselwirkungen."

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoffbrückenbindungen

Frage anzeigen

Frage

Welches Wort anstelle von X macht den Satz wahr?

,,Bei X entstehen vorübergehende Dipole, die einander anziehen."

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoffbrückenbindungen

Frage anzeigen

Frage

Welche ,,Nebenbedingung" haben Wasserstoffbrückenbindungen?

Antwort anzeigen

Antwort

Wasserstoffbrückenbindungen finden zwischen Moleküldipolen statt, wobei der positive Pol ein Wasserstoffatom sein muss.

Frage anzeigen

Frage

Sortiere die Sekundärbindungen der Stärke nach (von stark nach schwach).

Antwort anzeigen

Antwort

1. Wasserstoffbrückenbindungen

2. Dipol-Dipol-Wechselwirkungen

3. Van-der-Waals-Wechselwirkungen

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Grundlage aller Sekundärbindungen?

Antwort anzeigen

Antwort

Alle Sekundärbindungen beruhen auf dem Konzept des Dipols und damit auch auf elektrostatische Anziehung.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein induzierter Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein induzierter Dipol ist ein kurzzeitig/vorübergehend entstandener Dipol.


Frage anzeigen

Frage

Was ist ein permanenter Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein permanenter Dipol ist ein Molekül mit dauerhafter ungleichmäßiger Ladungsverteilung aufgrund stark unterschiedlich starker Atome.

Frage anzeigen

Frage

Wie entsteht ein induzierter Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein induzierter Dipol kann durch eine spontane ungleichmäßige Ladungsverteilung entstehen (Elektronen stehen nie still und wechseln ihren Platz ständig).

Genauso kann ein induzierter Dipol durch Annäherung eines unpolaren Moleküls/Atoms an ein Dipol entstehen.

Frage anzeigen

Frage

Was sind Van-der-Waals-Kräfte?

Antwort anzeigen

Antwort

Van-der-Waals-Kräfte sind schwache Anziehungskräfte zwischen Molekülen, die aufgrund von spontaner Polarisation der Atome und Moleküle auftreten.

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Frage

Wie entstehen Van-der-Waals-Kräfte?

Antwort anzeigen

Antwort

Kommt es zu einer Ungleichverteilung der Elektronen um Atomkerne, entsteht ein temporärer Dipol. Dieser kann in Nachbarmolekülen ein Dipol induzieren oder mit anderen temporären Dipolen wechselwirken. Diese Wechselwirkung sind die Van-der-Waals-Kräfte.

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Frage

Welche Voraussetzungen müssen für Van-der-Waals-Kräfte erfüllt werden?

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Antwort

Die Moleküle müssen polarisierbar und ungeladen sein. Außerdem müssen sich Moleküle sehr nah sein, denn Van-der-Waals-Kräfte sind abhängig vom Abstand.

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Frage

Wieso haben längere Alkane eine höhere Siedetemperatur?

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Antwort

Aufgrund der Länge haben diese eine größere Oberfläche, die mit anderen Molekülen wechselwirken kann. Dadurch herrschen mehr Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen, die sich addieren. 

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Frage

Wie hängt die Struktur der Konstitutionsisomere mit der Siedetemperatur zusammen?

Antwort anzeigen

Antwort

Je verzweigter Alkane werden, desto kleiner wird die Oberfläche des Moleküls. Dadurch herrschen weniger Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen und der Siedepunkt wird niedriger. 

Frage anzeigen

Frage

Welches der folgenden Konstitutionsisomere des Heptans hat die höchste Siedetemperatur?

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Antwort

2-Methylhexan

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Frage

Wieso fallen Geckos nicht von der Decke?

Antwort anzeigen

Antwort

Aufgrund der hohen Anzahl an Hafthärchen, haben die Füße von Geckos eine viel größere Oberfläche. Dadurch wirken stärkere Van-der-Waals-Kräfte, die den Gecko an der Decke halten.

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Frage

Welche schwachen chemischen Bindungen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Wasserstoffbrückenbindungen 
  • Dipol-Dipol-Kräfte
  • Van-der-Waals-Kräfte
Frage anzeigen

Frage

Was ist ein Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Dipole sind Moleküle, die zwei Pole entgegengesetzter Ladung besitzen.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein induzierter Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei einem induzierten Dipol wird in einem Molekül mit symmetrischer Ladungsverteilung ein Dipol verursacht durch ein weiteres Molekül mit einem bereits vorhandenen Dipol.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein spontaner Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein spontaner Dipol beschreibt das spontane Auftreten eines positiv und eines negativ geladenen Endes eines Moleküls. Das passiert durch die Elektronenbewegung, bei der es spontan zu einer unsymmetrischen Verteilung kommen kann.

Frage anzeigen

Frage

Warum spielen Van-der-Waals-Kräfte vor allem zwischen ungeladenen und unpolaren Molekülen eine Rolle?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei geladenen oder polaren Molekülen herrschen stärkere Bindungen und Wechselwirkungen. Dazu gehören Ionenbindungen und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Diese überdecken die Van-der-Waals-Kräfte.

Frage anzeigen

Frage

Wie verhalten sich Van-der-Waals-Kräfte in Bezug auf den Abstand zwischen zwei Molekülen?

Antwort anzeigen

Antwort

Van-der-Waals-Kräfte sind proportional zu r-6. Das bedeutet mit zunehmendem Abstand nehmen sie mit der sechsten Potenz des Abstandes ab.

Frage anzeigen

Frage

Wie kann es zu einem Dipolmolekül kommen, wenn alle Atome die gleiche Elektronegativität haben?

Antwort anzeigen

Antwort

Wenn alle Elektronegativitäten der Atome in einem Molekül sind kann es nur spontan und durch zufällige Verteilung der Elektronen zu einem Dipolmolekül kommen.

Frage anzeigen

Frage

Durch welche Gestze resultiert die Dipol-Dipol-Wechselwirkung?

Antwort anzeigen

Antwort

Durch die Coulomb'schen Gesetze ziehen sich Dipole gegenseitig an.

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Frage

Was ist ein induzierter Dipol?


Antwort anzeigen

Antwort

Ein induzierter Dipol entsteht durch einen bereits bestehenden Dipol. Dieser zieht mit seinem positiven Pol die Elektronen auf eine Seite des Moleküls. Dadurch wird dieses selbst zu einem Dipolmoelkül.

Frage anzeigen

Frage

Was ist ein temporärer Dipol?

Antwort anzeigen

Antwort

Ein temporärer Dipol ist ein Atom oder Molekül, welches spontan durch zufällige Umverteilung der Elektronen zu einem Dipol wird.

Frage anzeigen

Frage

Was macht einen Dipol aus?


Antwort anzeigen

Antwort

Ein Dipol besitzt immer einen positiven und einen negativen Pol innerhalb eines Atoms oder Moleküls.

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Frage

Wovon hängt es ab zu welchem Atom innerhalb eines Moleküls sich die Elektronen verteilen?


Antwort anzeigen

Antwort

Die Eleketronenverteilung innerhalb eines Moleküls hängt von der Elektronegtivität der einzelnen Atome ab.

Frage anzeigen

Frage

Zu welchen beiden Bindungstypen kann es kommen, wenn sich zwei Dipole miteinander Verbinden?


Antwort anzeigen

Antwort

Wenn sich zwei Dipole miteinander verbinden, kann das die Dipol-Dipol-Wechselwirkung oder die Van-der-Waals-Kraft ein.

Frage anzeigen

Frage

Worum handelt es sich bei physikalischen Dipolen?


Antwort anzeigen

Antwort

Bei physikalischen Dipolen handelt es sich im weitesten Sinne um magnetische Felder, wie diese bei gewöhnlichen Stabmagneten.

Frage anzeigen

Frage

Was ist die Elektronegativität?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektronegativität bestimmt die Fähigkeiteines Elements/Atoms auf, in einer Bindung die Bindungselektronen an sich zu ziehen.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für einen phsikalischen Dipol.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Beispiel für den physikalischen Dipol ist der Stabmagnet.

Frage anzeigen

Frage

Wie viele elektrische Schwerpunkte hat ein Stabmagnet?


Antwort anzeigen

Antwort

Ein Stabmagnetb hat zwei elektrische Schwerpunkte, einen positiven und einen negativen Schwerpunkt.

Frage anzeigen

Frage

Nenne ein Beispiel für ein Dipolmolekül.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Beispiel für ein Dipolmolekül ist das Wassermolekül.

Frage anzeigen

Frage

Was ist der Unterschied zwischen einem Dipolmoment und einem Dipolmolekül?


Antwort anzeigen

Antwort

Ein Dipolmoment ist ein Dipol innerhalb eines Atoms und ein Dipolmolekül befindet sich innerhalb eines Moleküls.

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