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Wasserstoffbrückenbindung

Kugelwolkenmodell - Elektronenpaarbindung - Molekülstrukturen - Polare Bindungen - Elektronegativität - H-Brücken

Ein ungewöhnliches Molekül

Das Wassermolekül ist schon recht ungewöhnlich, obwohl es ja eines der häufigsten Moleküle dieses Planeten ist.

Aber vielleicht wäre es gar nicht mal so schlecht, wenn wir jetzt alle so tun, als kämen wir aus einem anderen Sonnensystem. Und in diesem Sonnensystem soll das Wasser einmal völlig unbekannt sein. Allerdings kennt man dort Verbindungen wie Ammoniak, Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Schwefeldioxid. Und natürlich viele verschiedene Salze wie Natriumchlorid und Kaliumcarbonat.

Als erstes zeigt man uns die Strukturformel von Wasser. "Aha", sagen wir Aliens, "das sieht ja fast so aus wie der auf unserem Planeten überall vorkommende leckere Schwefelwasserstoff".

Beide Moleküle sehen sich in der Tat ziemlich ähnlich. Bei beiden ist die Struktur gewinkelt, bei beiden ist das zentrale Atom (Sauerstoff bzw. Schwefel) viel größer als die H-Atome, und bei beiden ist die Elektronegativität des Zentralatoms größer als die von Wasserstoff.

Unsere erste Schlussfolgerung: Wasser muss ähnliche physikalische Eigenschaften haben wie Schwefelwasserstoff - mit geringen Abweichungen natürlich.

Wenn man uns nun mitteilen würde, dass wir mit unserem Urteil weit danebenliegen, so würden wir das zunächst nicht glauben. Aber tatsächlich: Schwefelwasserstoff hat einen Siedepunkt von weit unter 0°C, während Wasser bei 100°C siedet. Schwefelwasserstoff ist bei der auf der Erde herrschenden Zimmertemperatur von 20°C gasförmig, während das Wasser flüssig ist. Schwefelwasserstoff hat eine sehr geringe Dichte, während Wasser eine auffällig hohe Dichte hat.

Wie hoch die Dichte von Wasser ist, wird beim Vergleich Wasser - Alkohol klar. Alkoholmoleküle sind sehr viel größer (und schwerer) als Wassermoleküle (Summenformel von Ethanol ist C2H6O). Dennoch hat Alkohol mit 0,8 eine Dichte, die deutlich unter der von Wasser liegt. Und die Verbindung Pentan mit immerhin fünf C-Atomen (C5H12) hat ebenfalls eine Dichte, die weit unter der von Wasser liegt.

Ist das Wassermolekül lediglich ein starker Dipol?

Wie kann man all diese Ungereimtheiten erklären? Liegt es an dem starken Dipolcharakter des Wassermoleküls, dass es völlig andere Eigenschaft hat als eigentlich erwartet. Immerhin ist der EN-Unterschied zwischen Schwefel und Wasserstoff recht gering (2,5 - 2,0), während der zwischen Sauerstoff und Wasserstoff recht hoch ist (3,5 - 2,0). Wir sollten das Wassermolekül mit einer anderen Verbindung vergleichen, bei der ein ähnlich hoher EN-Unterschied auftritt. Dazu eignet sich das Ammoniak NH3 recht gut.

Auf dieser Seite wird der wichtige Begriff der H-Brückenbindung schülergerecht erklärt.