Chemische Grundlagen
Zwischenmolekulare Wechselwirkungen
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Die van der Waals Kräfte gehören zu den zwischenmolekularen Kräften. Was die van der waals Kräfte sind und welche Arten es von ihnen gibt, erfährst du hier oder im Video .

Was sind van der Waals Kräfte?

Van der Waals Kräfte sind Wechselwirkungen, die zwischen verschiedenen Atomen und/oder Molekülen auftreten. Sie sind relativ schwache, nicht-kovalente Wechselwirkungen.

Das bedeutet, dass sie im Vergleich zu Atom- oder Ionenbindungen schwächer sind. Außerdem sprichst du hier von einer Wechselwirkung und nicht von einer Bindung.

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Van der Waals Kräfte

Die Ursache kannst du einfach gesagt in zwei Schritten beschreiben:

  • Änderung der Ladungsverteilung in einem Teilchen führt zu temporärem Dipol
  • Annäherung an weiteres Teilchen kann zu anziehender Wechselwirkung führen

Die Wechselwirkungsenergie nimmt mit größerem Abstand der Atome oder Moleküle  ab.

Benannt sind die van der Waals Kräfte nach Johannes Diderik van der Waals, einem niederländischen Physiker des 19. und 20. Jahrhunderts.

Zwischenmolekulare Kräfte

Die Aufteilung der van der Waals Kräfte erfolgt in drei Arten:

  • Keesom-Wechselwirkung zwischen zwei Dipolen (Dipol-Dipol-Kräfte)
  • Debye-Wechselwirkung zwischen einem Dipol und einem polarisierbaren Molekül (Dipol-induzierter-Dipol-Kräfte)
  • Londonsche Dispersionswechselwirkung zwischen zwei polarisierbaren Molekülen (Induzierter-Dipol-induzierter-Dipol-Kräfte)

Am stärksten wird die Londonsche Dispersionswechselwirkung mit der van der Waals Kraft assoziiert, da sie der dominierende Bestandteil ist.

Van der Waals Kräfte Definition

Die van der Waals Kräfte sind schwache Wechselwirkungen, die zwischen verschiedenen Atomen und/oder Molekülen auftreten. Es sind zwischenmolekulare Kräfte.

Van der Waals Wechselwirkung

Bei der van der Waals Wechselwirkung handelt es sich um keine echte Bindung. Sie besteht zwischen fast allen Atomen und Molekülen, wird aber hauptsächlich durch stärkere Bindungen überdeckt.

Dazu zählen unter anderem Dipol-Dipol-Wechselwirkungen in Wasser oder die Ionenbindung . Die Stärke der Wechselwirkung ist abhängig von der Polarisierbarkeit der beiden Teilchen und nimmt mit der sechsten Potenz des Abstandes ab.

\vec{F}\ \sim\ \frac{1}{r^6}

Wie entstehen van der Waals Kräfte?

In den einzelnen Molekülen bewegen sich die Elektronen ständig in bestimmten Grenzen. Das führt zu einer durchgehend wechselnden Ladungsverteilung. Wenn der größte Abstand zwischen den Ladungen erreicht ist, sprichst du von einem Dipol.

Dabei bilden einzelne Moleküle aber nur temporäre Dipole, da sich die Elektronenverteilung kontinuierlich verändert. Die temporären Dipole treten nur bei sehr ähnlicher Elektronegativität in den Molekülen auf.

Außerdem kann bei unpolare Molekülen ein Dipol induziert werden. Das bedeutet, dass die Annäherung eines Teilchen an ein weiteres die Bildung eines Dipols verursachen kann.

Das passiert beispielsweise, wenn ein einseitig negativ geladenes Teilchen einem anderen Teilchen zu nahe kommt. Dadurch werden die Elektronen in dem unpolaren Teilchen verdrängt und es entsteht eine positiv geladene Seite. Daraufhin stehen sich sowohl ein Minus- als auch ein Pluspol gegenüber und es kommt zu einer gegenseitigen Anziehung.

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Van der Waals Wechselwirkung

Das sind die van der Waals Kräfte. Wichtig ist, dass die Dipole sich schnell wieder zurückbilden, aber sofort wieder neue gebildet werden können. Du kannst dementsprechend zwei verschiedene Situationen definieren:

  • zwei temporäre Dipole treffen sich und es kommt zu einer Anziehung
  • ein temporärer Dipol trifft auf ein Teilchen ohne Dipol und induziert dort ein Dipolmoment, woraufhin es zu einer Anziehung kommt

London Kräfte

In der quantenmechanischen Definition der chemischen Bindung werden die schwachen Anziehungskräfte zwischen ungeladenen, unpolarisierten Atomen und Molekülen als London Kräfte bezeichnet.

Sie werden oftmals mit den Van der Waals Kräften assoziiert, sind aber nur ein Bestandteil davon.

Van der Waals Kräfte Beispiel

Die Alkane sind das bekannteste Beispiel für die van der Waals Kräfte. Alkane sind Kohlenwasserstoffe mit der allgemeinen Summenformel C_nH_{2n+2}.

Prominente Vertreter sind unter anderem Methan , Ethan oder Butan. Der Vergleich von kurz- und langkettigen Molekülen zeigt eine unterschiedliche Stärke der van der Waals Wechselwirkungen auf.

Je länger die Kette der Kohlenstoffatome ist, desto größer ist dementsprechend die Berührungsfläche zwischen den Molekülen. Je größer die Berührungsfläche, desto stärker sind die van der Waals Kräfte.

Van der Waals Kräfte, Propan, Octan
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Propan und Octan

Eine technische Nutzung des Effekts wird beispielsweise bei der Trennung von Gasgemischen genutzt, da kurzkettige Moleküle bei Erwärmung schneller verdampfen als langkettige.

Wasserstoffbrückenbindungen

Zusätzlich zu den van der Waals Kräften gibt es weitere zwischenmolekulare Kräfte. Das sind beispielsweise die Wasserstoffbrückenbindungen. Schau dir jetzt unser Video zu dem Thema an!%Thumbnail Wasserstoffbrückenbindung

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