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Dipole erkennen und sicher bestimmen
Ein Dipol-Molekül ist insgesamt elektrisch neutral, hat aber einen dauerhaft positiv teilgeladenen und einen dauerhaft negativ teilgeladenen Bereich. Ob ein Molekül ein Dipol ist, hängt von zwei Fragen ab: Sind Bindungen polar, und heben sich ihre gerichteten Wirkungen durch die Molekülgeometrie auf?
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was macht ein Molekül zum Dipol?
In einer Elektronenpaarbindung teilen Atome Bindungselektronen. Manche Atome ziehen diese Elektronen stärker an als andere. Dieses relative Anziehungsvermögen heißt Elektronegativität, kurz EN.
Partialladung
Zieht ein Atom die Bindungselektronen stärker an, trägt es eine negative Partialladung $δ^-$. Das andere Atom trägt eine positive Partialladung $δ^+$. „Partial“ bedeutet: Es handelt sich um Teilladungen, nicht um die vollen Ladungen von Ionen.
Eine solche ungleiche Elektronenverteilung macht die Bindung polar. Ihre gerichtete Ladungstrennung nennt man Bindungsdipol. Die Differenz der Elektronegativitäten, $ΔEN$, hilft beim Einschätzen der Bindungspolarität. Zahlenwerte wie 0,4 oder 0,5 sind dabei nur Richtwerte, keine ausnahmslosen Grenzen.
Dipolmoment
Das Dipolmoment beschreibt Stärke und Richtung einer Ladungstrennung. Vereinfacht gilt: Ladungsbetrag mal Abstand, also $p = q · d$. Bei einem Molekül müssen alle Bindungsdipolmomente mit ihren Richtungen zusammen betrachtet werden.
Polare Bindungen sind notwendig, aber nicht ausreichend: Nur wenn sich ihre gerichteten Dipolmomente nicht vollständig aufheben, bleibt ein Gesamt-Dipolmoment übrig.
Wie prüfst du ein Molekül Schritt für Schritt?
Gehe nicht allein nach $ΔEN$ vor. Nutze dieses Prüfmuster:
- Vergleiche die Elektronegativitäten der gebundenen Atome.
- Markiere bei jeder polaren Bindung $δ^-$ am elektronegativeren und $δ^+$ am weniger elektronegativen Atom.
- Bestimme die räumliche Molekülgestalt.
- Betrachte die Bindungsdipole als gerichtete Beiträge.
- Entscheide: Heben sie sich vollständig auf, ist das Gesamt-Dipolmoment null. Bleibt eine Richtung übrig, ist das Molekül ein permanenter Dipol.
Symmetrie ist dabei entscheidend. Bei einem symmetrischen Molekül können gleich starke Bindungsdipole genau entgegengesetzt wirken. Ein asymmetrischer Bau kann diese Aufhebung verhindern.
„Asymmetrisch“ allein genügt nicht. Ohne polare Bindungen gibt es keine dauerhaften Bindungsdipole, die sich zu einem Gesamt-Dipolmoment verbinden könnten.
Warum ist Wasser ein Dipol, Kohlenstoffdioxid aber nicht?
Wasser H₂O: Sauerstoff hat die Elektronegativität 3,44, Wasserstoff 2,20.
$$ΔEN = 3{,}44 - 2{,}20 = 1{,}24$$
Sauerstoff zieht die Bindungselektronen stärker an und trägt $δ^-$. Die beiden Wasserstoffatome tragen $δ^+$. Das Molekül ist gewinkelt. Deshalb zeigen die beiden O–H-Bindungsdipole nicht genau in entgegengesetzte Richtungen und heben sich nicht auf. Wasser besitzt ein Gesamt-Dipolmoment und ist ein permanenter Dipol.
Kohlenstoffdioxid CO₂: Sauerstoff hat die Elektronegativität 3,44, Kohlenstoff 2,55.
$$ΔEN = 3{,}44 - 2{,}55 = 0{,}89$$
Beide C–O-Bindungen sind polar. CO₂ ist jedoch linear und symmetrisch. Die gleich starken Bindungsdipole zeigen in entgegengesetzte Richtungen und heben sich vollständig auf. Das Gesamt-Dipolmoment ist null: CO₂ ist kein permanenter Moleküldipol.
H₂O und CO₂ zeigen den Kernunterschied: Eine polare Bindung beschreibt eine einzelne Bindung; ein Dipol beschreibt die Ladungsverteilung im gesamten Molekül.
Wie zeigen sich Dipole zwischen Molekülen?
Nähern sich permanente Dipole, können sich die $δ^+$-Seite des einen und die $δ^-$-Seite des anderen Moleküls anziehen. Das ist eine Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Sie wirkt zwischen Molekülen und ist nicht dasselbe wie die Bindung innerhalb eines Moleküls.
Die Stärke hängt unter anderem vom Abstand, von der Ausrichtung und vom Grad der Ladungstrennung ab. Solche Wechselwirkungen beeinflussen Stoffeigenschaften wie Verdunstung und Siedetemperatur. Dabei spielt auch die Molekülmasse eine Rolle; eine Stoffeigenschaft lässt sich deshalb nicht immer mit nur einem Faktor erklären.
Hältst du einen geladenen Kunststoffstab nahe an einen feinen Wasserstrahl, wird der Strahl zum Stab abgelenkt. Bei einem negativ geladenen Stab richten sich die $δ^+$-Seiten der Wassermoleküle zum Stab aus. Bei einem positiv geladenen Stab zeigt die $δ^-$-Seite zum Stab. In beiden Fällen liegt die entgegengesetzte Teilladung näher am Stab, sodass der Wasserstrahl angezogen wird.
Nicht jede kurzzeitige Ladungstrennung ist ein permanenter Dipol. Durch die Bewegung der Elektronen kann auch in einem ursprünglich unpolaren Teilchen für kurze Zeit eine unsymmetrische Elektronenverteilung entstehen. Das nennt man einen temporären Dipol; er kann in einem Nachbarteilchen einen Dipol induzieren.
Kannst du die Entscheidung selbst treffen?
Bearbeite zuerst die Lücken und begründe danach die Entscheidungen in ganzen Sätzen.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
In einer polaren Bindung trägt das elektronegativere Atom die Partialladung. Bei gewinkeltem H₂O werden die beiden Bindungsdipole aufgehoben. Bei linearem, symmetrischem CO₂ ist das Gesamt-Dipolmoment .
Aufgabe: Entscheide für H₂O, CO₂ und HCl, ob ein permanenter Moleküldipol vorliegt. Nenne jeweils Bindungspolarität und Molekülgestalt beziehungsweise die Zahl der Bindungsdipole als Begründung.
Lösung zur Aufgabe
- H₂O: Ja. Die O–H-Bindungen sind polar, und wegen des gewinkelten Baus heben sich ihre Dipolmomente nicht auf.
- CO₂: Nein. Die C–O-Bindungen sind polar, doch im linearen, symmetrischen Molekül heben sich die beiden gleich starken Dipolmomente auf.
- HCl: Ja. Chlor zieht die Bindungselektronen stärker an als Wasserstoff. Das zweiatomige Molekül besitzt nur diesen einen Bindungsdipol; ein zweiter, entgegengesetzter Beitrag kann ihn nicht aufheben.
Ein gutes Begründungsmuster lautet: „Die Bindungen sind …; das Molekül ist …; deshalb heben sich die Bindungsdipole …; somit ist das Molekül …“
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Dipol-Molekül
- entsteht durch polare Bindungen und fehlende vollständige Aufhebung
- besitzt getrennte positive und negative Ladungsschwerpunkte
- wird mit Elektronegativität, Molekülgestalt und Dipolrichtungen geprüft
- zeigt sich bei H₂O als Gesamtdipol
- fehlt bei linearem, symmetrischem CO₂
- ermöglicht Dipol-Dipol-Wechselwirkungen