Van-der-Waals-Wechselwirkungen

Van-der-Waals-Kräfte (kurz VdW-Kräfte) sind keine echten Bindungen, sondern nur Anziehungskräfte. Diese wirken zwischen allen Teilchen, die keine permanenten Dipole aufweisen.

VdW-Kräfte sind nur sehr schwach und werden deshalb oft von anderen Kräften und Bindungen übertrumpft.

Voraussetzungen für Van-der-Waals-Kräfte

Van-der-Waals-Kräfte entstehen nur, wenn keine permanenten Dipole vorliegen. Ein Dipol entsteht durch eine Ladungsverschiebung zwischen zwei Atomen, die miteinander eine Atombindung eingehen.

Eine permanente Ladungsverschiebung, also ein permanenter Dipol, entsteht dann, wenn die Elektronegativitätsdifferenz der Bindungspartner recht hoch ist. In diesem Fall können keine VdW-Kräfte auftreten.

Van-der-Waals-Kräfte entstehen also nur zwischen zwei temporären, also kurzfristigen, Dipolen. Damit ein solcher temporärer Dipol entsteht, müssen die Elektronegativitätswerte der beiden Bindungspartner also relativ nah beieinander liegen.

Entstehung der Van-der-Waals-Kräfte

Temporäre Dipole

Ein temporärer Dipol ist also die Voraussetzung für die Entstehung von Van-der-Waals-Kräften.

Innerhalb einer Atombindung, in der die Elektronegativitätsdifferenz gering ist, bleiben die Bindungselektronen nicht starr an einem Platz. Stattdessen bewegen sie sich hin und her und befinden sich mal näher an dem einen und mal näher an dem anderen Bindungspartner. Durch diese Elektronenbewegung entstehen Dipole, die jedoch nur kurzfristig, also temporär, bestehen. Da sich die Elektronen ständig bewegen, können nämlich keine permanenten Dipole entstehen.

Wechselwirkungen zwischen temporären Dipolen

Diese temporären Dipole entstehen aber nicht nur an einer einzigen Atombindung, sondern an allen Atombindungen, die es in einem Molekül gibt.

Die verschiedenen permanenten Dipole innerhalb eines und zwischen zwei Molekülen ziehen einander an. Das kannst du dir vorstellen wie die Anziehung zwischen zwei Stabmagneten. Jedoch ist der Unterschied, dass sich die Pole bei einem temporären Dipol ständig tauschen.

Diese Anziehung zwischen zwei temporären Dipolen sind die Van-der-Waals-Kräfte.

Auswirkungen der Van-der-Waals-Kräfte

Die Van-der-Waals-Kräfte sind für viele Eigenschaften von Molekülen verantwortlich. Solche Moleküle sind vor allem Kohlenwasserstoffe, wie zum Beispiel Alkane.

Je länger ein Molekül ist, desto mehr temporäre Dipole kann dieses ausbilden. Dadurch treten auch mehr, also stärkere, VdW-Kräfte zwischen den Molekülen auf.

Aus diesem Grund hat die Länge der Moleküle Auswirkungen auf die Eigenschaften des Stoffes. Mit zunehmender Moleküllänge steigen daher die Schmelz- und Siedetemperaturen und die Viskosität (Zähflüssigkeit).

Beispiel: Alkane

Propan besitzt drei Kohlenstoffatome, Heptan dagegen sieben. Dadurch kann Heptan deutlich mehr Van-der-Waals-Kräfte ausbilden als Propan.

Stell dir vor, eine Van-der-Waals-Wechselwirkung wird durch einen Klettverschluss dargestellt. Sieben solcher Klettverschlüsse kannst du deutlich schwerer auseinanderziehen als drei Klettverschlüsse. Genau so geht es auch der thermischen Energie, die die Bewegung der Teilchen erhöhen möchte.

Beispiel: Tiere

Es gibt Tiere, die können selbst an Glasscheiben kopfüber hängen. Solche Tiere sind zum Beispiel Geckos und manche Spinnen.

Geckos besitzen an ihren Füßen viele Falten mit Härchen. Zwischen jedem Haar und der Glasscheibe treten Van-der-Waals-Wechselwirkungen auf. Durch die Vielzahl an Wechselwirkungen ist es möglich, dass das Tier an der Decke hängen bleibt.