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Zwischenmolekulare Bindungen Experiment
Um zu verstehen, warum sich Wasser, Cyclohexan und eine Lösung aus Cyclohexan und Iod unterschiedlich verhalten, wenn sie einem elektrisch aufgeladenen Kunststoffstab genähert werden, ist es wichtig, die Natur der zwischenmolekularen Kräfte sowie die Polarität der Moleküle und Lösungen zu betrachten.
Wasser
Wasser ist ein stark polares Molekül. Die Elektronegativitätswerte von Wasserstoff und Sauerstoff sind deutlich unterschiedlich, was dazu führt, dass Sauerstoff eine partielle negative Ladung und die Wasserstoffe jeweils eine partielle positive Ladung aufweisen. Diese Polarität führt zu starken Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen, welche wiederum Wasser seine kohäsiven und adhäsiven Eigenschaften verleihen. Bringt man einen elektrisch aufgeladenen Kunststoffstab in die Nähe eines Wasserstrahls, so wird der Strahl durch die elektrostatische Anziehung zwischen den Wasser-Molekülen und der Ladung des Stabes abgelenkt.
Cyclohexan
Cyclohexan hingegen ist ein unpolares Molekül. Die Elektronegativitätsunterschiede zwischen den beteiligten Atomen (Kohlenstoff und Wasserstoff) sind minimal, was bedeutet, dass es keine signifikante Ladungsverteilung über das Molekül gibt. Aufgrund dieser Unpolarität sind die zwischenmolekularen Kräfte in Cyclohexan hauptsächlich Van-der-Waals-Kräfte (speziell Dispersionskräfte), die deutlich schwächer sind als die Wasserstoffbrückenbindungen in Wasser. Wenn ein elektrisch aufgeladener Stab in die Nähe von Cyclohexan gebracht wird, gibt es keine signifikante Wechselwirkung zwischen der Ladung des Stabes und den Cyclohexan-Molekülen, was dazu führt, dass Cyclohexan nicht vom Stab abgelenkt wird.
Lösung aus Cyclohexan und Iod
Eine Lösung aus Cyclohexan und Iod zeigt ein etwas anderes Verhalten als reines Cyclohexan, weil Iod (ein unpolares Molekül) in Cyclohexan (ebenfalls unpolar) gelöst ist und eine Farbreaktion erzeugt. Die Anwesenheit von Iod bringt jedoch eine zusätzliche Komponente in das System, die sich auf dessen elektrostatische Eigenschaften auswirken kann, insbesondere wenn Iodmoleküle intermolekulare Kräfte mit dem Lösungsmittel eingehen. Dennoch bleibt die Lösung insgesamt weitgehend unpolares Verhalten aufrecht. Die leichte Ablenkung, die beobachtet wird, könnte durch eine geringfügige Polarisation innerhalb der Lösung begründet sein, die durch die Anwesenheit von Iodmolekülen und deren Wechselwirkung untereinander oder mit dem Lösungsmittel entstehen könnte. Allerdings ist dieser Effekt viel schwächer als die Ablenkung bei Wasser, weil die Polarisation und die elektrostatischen Anziehungskräfte hier nicht so ausgeprägt sind.
Generell hängt das Ausmaß der Ablenkung durch einen elektrisch geladenen Kunststoffstab von der Polarität und den zwischenmolekularen Kräften der Stoffe oder Lösungen ab, denen er genähert wird. Wasser, als stark polares Molekül mit starken Wasserstoffbrückenbindungen, reagiert am stärksten. Cyclohexan reagiert aufgrund seiner Unpolarität und schwachen Van-der-Waals-Kräfte nicht. Die Cyclohexan-Iod-Lösung zeigt eine minimale Reaktion, vermutlich aufgrund einer leichten Polarisation, die durch die gelösten Iod-Moleküle verursacht wird, obwohl diese Reaktion viel schwächer ausfällt als die von Wasser.
