2 Aufbau und Eigenschaften der Materie

www.medi-learn.de18

2

2.7.5 Van-der-Waals-Kräfte

Noch schwächer als die Wasserstoffbrücken sind die Van-der-Waals-Kräfte mit einer Bin-dungsenergie von ca. 10 kJ/mol. Diese eben-falls elektrostatischen Anziehungskräfte bilden sich zwischen unpolaren Molekülen oder Mo-lekülteilen aus. Dies ist möglich, da selbst un-polare Moleküle wie Kohlenwasserstoffe auf-grund der Elektronenbewegung über ungleich verteilte Ladungen verfügen. Daher werden sie zeitweise zum Dipol ( temporärer Dipol) und ziehen sich gegenseitig an.

Van-der-Waals-Kräfte bedingen so die Schmelz- und Siedepunkte von Kohlenwasserstoffen (auch von aromatischen!). Je länger die apola-ren Kohlenwasserstoffketten sind, desto stär-ker sind auch die sie zusammenhaltenden Van-der-Waals-Kräfte und desto höher ihre Schmelz- und Siedepunkte.

2.7.6 Hydrophobe Wechselwirkungen

Hydrophobe Wechselwirkungen sind mit nur ca. 10 kJ/mol zusammen mit den Van-der-Waals-Kräften die schwächsten Bindungsfor-men im Reich der Chemie. Sie bilden sich zwi-schen apolaren (hydrophoben) Substanzen wie z. B. Kohlenwasserstoffen in polaren Medien (z. B. Wasser) aus. Außerdem sind sie für die Mizel-lenbildung und die Ausbildung des Phospholi-pid-Bilayers der Zellmembran verantwortlich.

Ursache dieser Zusammenlagerungen/beson-deren Ausrichtung der Moleküle im wässrigen Milieu ist das wichtige chemische Prinzip: Glei-ches löst sich in Gleichem. Sowohl bei Mizel-len als auch bei Zellmembranen „lösen“ sich die apolaren Molekülteile im Inneren, die po-laren im umgebenden wässrigen Milieu. Durch diese Form der Ausrichtung ändert sich auch die Entropie (Unordnung des Systems, s. 4.1.2, S. 60).

die Bindungselektronen vom Wasserstoff weg- und zu sich heranzieht. Ein weiteres Beispiel für diese Art von Wasser-stoffbrücken ist die � üssige reine Essigsäure (= CH3COOH). Hier entzieht der stark elektro-negative Sauerstoff dem Kohlenstoff und Was-serstoff die Bindungselektronen, wodurch die Essigsäuremoleküle zu Dipolen werden und sich als Dimere anordnen, die durch zwei Was-serstoffbrücken stabilisiert sind (s. Abb. 10 b, S.  17). Wasserstoffbrücken können sich aber auch zwischen verschiedenartigen Molekülen wie z. B. Wasser und Ethanol (= C2H5OH) ausbil-den. Da beide Moleküle Dipole sind und unter-einander Wasserstoffbrücken bilden, sind die-se Flüssigkeiten leicht miteinander mischbar. Bei den Dipolmolekülen ist der Elektronegati-vitätsunterschied der beteiligten Elemente klei-ner als bei den Ionen-bildenden Elementen (s. 2.7.3, S. 16). Neben H2O sind z. B. auch CO (Kohlenmonoxid)- Moleküle Dipole und werden daher untereinander über Wasserstoffbrücken stabilisiert. KEINE Dipole hingegen sind CO2

und CH4, da diese Moleküle räumlich so ange-ordnet sind, dass keine unterschiedlich gelade-nen Pole entstehen.In den Fragen des schriftlichen Physikums stößt du hin und wieder auch auf den Ausdruck Wasserstoffbrücken-Donoren. Darunter versteht man Mole-küle oder Teile von Molekülen, die in der Lage sind, Wasserstoffbrücken auszubilden. Gute Wasserstoffbrücken-Donoren sind z. B. die OH- und NH-Gruppen innerhalb von Proteinen und der DNA. Daher spielen Wasserstoffbrücken-bindungen auch eine wichtige Rolle bei der Stabilisierung der Sekundärstruktur (Helices und Faltblattstrukturen) von Peptidketten so-wie bei der Basenpaarung in der DNA.

Wasserstoffbrücken bilden sich zwischen Dipo-len aus.

Merke!