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Van-der-Waals-Kräfte

Entdecke die unsichtbare Kraft: Van-der-Waals-Kräfte sind die Helden des Mikrokosmos, die Moleküle zusammenhalten. Ob im Alltag oder in der Wissenschaft, diese schwachen, nichtkovalenten Anziehungskräfte prägen unsere Welt. Verstehen, wie sie wirken, von permanenten Dipolen bis zu flüchtigen London-Kräften. Lust, mehr über diese faszinierenden Kräfte zu erfahren? Tauch ein und entdecke ihre Geheimnisse!

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Team Digital
Van-der-Waals-Kräfte
lernst du in der Unterstufe 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Van-der-Waals-Kräfte Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Van-der-Waals-Kräfte kannst du es wiederholen und üben.
  • Überprüfe die Aussagen über Van-der-Waals-Kräfte auf ihre Richtigkeit.

    Tipps

    Es gibt drei richtige Antworten.

    Zwischen diesen beiden Molekülen wirken Van-der-Waals-Kräfte.

    Lösung

    Geckos können sich an glatten Glasflächen halten und sogar kopfüber an der Decke entlanglaufen. Für ihre Haftwirkung sind hauptsächlich die Van-der-Waals-Kräfte verantwortlich.

    Das sind keine chemischen Bindungen zwischen Atomen. Es handelt sich stattdessen um zwischenmolekulare Wechselwirkungen, also nicht-kovalente Anziehungskräfte zwischen Atomen oder Molekülen. Sie können entstehen zwischen:

    • permanenten (dauerhaften) Dipolen,
    • permanenten und induzierten (hervorgerufenen) Dipolen oder
    • temporären (vorübergehenden) und induzierten Dipolen.

    In der Chemie sprechen wir von einem Dipol, wenn ein Molekül zwei Seiten mit unterschiedlicher elektrischer Ladung besitzt, also einen Pluspol und einen Minuspol.

  • Bestimme alle Darstellungen von Dipolen.

    Tipps

    Die Vorsilbe di- bedeutet „zwei“.

    Ein Dipol ist in der Chemie ein Molekül, in dem sich ein negativer Pol ($-$) und ein positiver Pol ($+$) ausbilden.

    Lösung

    Ganz generell gesehen bedeutet „Dipol“, dass etwas zwei verschiedene Pole hat.

    In der Chemie bezeichnen wir ein einzelnes Molekül als Dipol beziehungsweise Dipolmolekül, wenn es zwei Seiten mit unterschiedlicher elektrischer Ladung besitzt, also einen Pluspol und einen Minuspol.

    Van-der-Waals-Kräfte sind zwischenmolekulare Wechselwirkungen zwischen:

    • permanenten (dauerhaften) Dipolen,
    • permanenten und induzierten (hervorgerufenen) Dipolen oder
    • temporären (vorübergehenden) und induzierten Dipolen.

  • Beschreibe die London-Kräfte.

    Tipps

    Die London-Kräfte nehmen mit der Molekülgröße zu.

    Hexan hat die Summenformel $\ce{C_6H_14}$.

    Es gibt drei Aggregatzustände: fest, flüssig und gasförmig.

    Lösung

    Zwischen allen Teilchen gibt es Van-der-Waals-Kräfte, egal ob polar oder unpolar. Allerdings sind diese nicht alle gleich stark.
    Insbesondere für die London-Kräfte (Wechselwirkung zwischen temporären und induzierten Dipolen) gilt, dass diese umso stärker sind, je größer die beteiligten Teilchen (also die Moleküle) sind. Denn je größer ein Molekül, desto mehr Möglichkeiten zur Polarisierung gibt es.

    Für die London-Kräfte gilt also Folgendes:

    • Je kürzer die Kohlenwasserstoffkette, desto schwächer sind die London-Kräfte.
    • Je länger die Kohlenwasserstoffkette, desto stärker sind die London-Kräfte.
    • So gibt die Molekülgröße Aufschluss über den Aggregatzustand eines Stoffes: Hexan ist beispielsweise flüssig, wohingegen Polyethen zäh und fest ist.

  • Erläutere die Formen der Van-der-Waals-Kräfte genauer.

    Tipps

    „Temporär“ bedeutet „zeitweilig“, „vorübergehend“.

    Ein anderer Begriff für „induzieren“ ist „bewirken“.

    Lösung

    Es können drei verschiedene Arten von Wechselwirkungen unter dem Begriff Van-der-Waals-Kräfte zusammengefasst werden:

    1) Zwischen zwei permanenten (= dauerhaften) Dipolen (Dipol-Dipol-Wechselwirkung):
    Ein typisches Beispiel dafür ist das Chlorwasserstoff-Molekül mit zwei entgegengesetzten Partialladungen. Diese stärken einerseits die Atombindung im Molekül, können aber andererseits auch eine Anziehung zwischen den Molekülen bewirken.

    2) Zwischen einem permanenten und einem induzierten (= hervorgerufenen) Dipol:
    Wenn ein Chlorwasserstoff-Molekül einem Ethen-Molekül nahekommt, dann bewirken die Partialladungen des Chlorwasserstoff-Moleküls eine Anziehung der Elektronen des Ethen-Moleküls. So verschiebt sich die Ladungsverteilung.

    3) Zwischen einem temporären (= vorübergehenden) und einem induzierten Dipol (London-Kräfte):
    Ein Beispiel dafür sind zwei Hexan-Moleküle. Da die Elektronen sich schnell um die Atomrümpfe bewegen, kommt es vor, dass sich mitunter deutlich mehr Elektronen auf der einen als auf der anderen Seite der Schalen aufhalten. Das führt zu einer zeitweiligen ungleichmäßigen Ladungsverteilung.

  • Gib an, wo Van-der-Waals-Kräfte zur Haftung des Lebewesens an einer Oberfläche genutzt werden.

    Tipps

    Die Van-der-Waals-Kräfte sind nach dem niederländischen Physiker Johannes Diderik van der Waals benannt.

    Muskelkraft und Gravitation haben nichts mit den Van-der-Waals-Kräften zu tun.

    Lösung

    Geckos können sich an glatten Glasflächen halten und sogar kopfüber an der Decke entlanglaufen. Für ihre Haftwirkung sind hauptsächlich die Van-der-Waals-Kräfte verantwortlich.

    Das sind keine chemischen Bindungen zwischen Atomen. Es handelt sich stattdessen um zwischenmolekulare Wechselwirkungen, also nicht-kovalente Anziehungskräfte zwischen Teilchen.

    Die Bindungsenergie verschiedener Van-der-Waals-Wechselwirkungen liegt im Bereich von 0,5 bis 5 Kilojoule pro Mol. Atombindungen sind im Vergleich circa zweihundertmal stärker. Doch die Summe macht es: Millionen kleiner Härchen in den Lamellen der Füße eines Geckos, die an den Enden noch jeweils in tausende, winzige Verästelungen aufgespalten sind, sorgen für eine riesige Anzahl an Kontaktpunkten mit der Oberfläche – und an jedem wirken Van-der-Waals-Kräfte.

  • Vergleiche die Bindungsstärke der Wechselwirkungen und Bindungen.

    Tipps

    London-Kräfte und Dipol-Dipol-Wechselwirkungen weisen im Vergleich etwas schwächere Anziehungen als Wasserstoffbrückenbindungen auf.

    Chemische Bindungen sind stärker als zwischenmolekulare Wechselwirkungen.

    Die Bindungsenergie verschiedener Van-der-Waals-Wechselwirkungen liegt im Bereich von 0,5 bis 5 Kilojoule pro Mol.

    Lösung

    Wir unterscheiden zwischen chemischen Bindungen und zwischenmolekularen Wechselwirkungen:

    1. Die Ionenbindung weist die größte Bindungsenergie auf.
    2. Auch die Atombindung zeigt eine hohe Bindungsenergie von 100 bis 1 000 Kilojoule pro Mol.
    3. Von allen zwischenmolekularen Wechselwirkungen ist die Wasserstoffbrückenbindung die stärkste.
    4. Die Dipol-Dipol-Wechselwirkungen sind in der Regel stärker als die anderen beiden Van-der-Waals-Kräfte.
    5. Die London-Kräfte sind die schwächsten der Van-der-Waals-Kräfte.