Warum reagieren Kohlendioxid und Wasser miteinander wenn sie beide schon Edelgas Konfiguration erreicht haben?

Question

Warum reagieren Stoffe miteinander wenn sie beide schon Edelgas Konfiguration erreicht haben?

Beispiel:

Wasser und Kohlenstoffdioxid reagieren zusammen zu Kohlensäure. (Chemisches Gleichgewicht)

H₂O + CO₂ <====> H₂CO₃

_{Auch wenn das Gleichgewicht stark auf der Seite der Edukte lastet, wieso reagieren die Reaktionspartner überhaupt miteinander? Alle Atome haben doch schon Edelgaskonfiguration erreicht oder nicht?}

Ich freue mich sehr über eine Antwort

Answer 1

Grüße chemweazle,

Warum reagieren Kohlendioxid und Wasser miteinander wenn sie beide schon Edelgas Konfiguration erreicht haben?

Beispiel:

Wasser und Kohlenstoffdioxid reagieren zusammen zu Kohlensäure. (Chemisches Gleichgewicht)

H₂O + CO_2(aq) ⇌ H₂CO_3(aq)

Auch wenn das Gleichgewicht stark auf der Seite der Edukte lastet, wieso reagieren die Reaktionspartner überhaupt miteinander? Alle Atome haben doch schon Edelgaskonfiguration erreicht oder nicht?

Die Lage des Gleichgewichtes der Wasseraddition an das Kohlendioxid, das "Kohlensäure-Anhydrid", liegt links, d.h. auf der Seite der Edukte.

Frage: Warum liegt das Gleichgewicht der Wasser-Addition an CO₂ links?

• Antwort: Die Erlenmeyer-Regel besagt, daß 2 OH-Gruppen an 1 C-Atom nicht begünstigt sind.

Skizze

Text erkannt:

Erlenmeyer-Regel
An 1 C-Atom kommen keine 2 OH-Gruppen bevorzugt vor

 • Energiearme(stabile) Verbindungen

Unter Energie wird hier die Gesamtenergie der Elektronen pro Molekül betrachtet, das ist die Kinetische und die potentielle Energie aller im Molekül befindlichen Elektronen.
Es gibt Moleküle die energiereicher sind und energieärmere, sog. stabilere Moleküle.
Nun zählen das Kohlendioxid und das Wasser schon zu den recht energiearmen(stabilen) Teilchensorten.

Bei allen Verbrennungsvorgängen mit großer Energiefreisetzung(Verbrennungsenthalpie) enstehen Wasser und CO_2(g) als wesentlich energieärmere Reaktionsrodukte(Verbrennungsprodukte).

Im Wassermolekül haben alle Atome Edelgaskonfiguration, der Wasserstoff hat sein Elektronenpaar, das Duett und somit die Edelgaskonfiguration des Heliums. Der Sauerstoff hat die Neonkonfiguration, sein Oktett im Wasser.


Wasser hat 2 sehr polare, energiearme Bindungen.
Das Kohlendioxid ist bekanntlich, zweifellos eine sehr energiearme Verbindung.
Alle Atome erfüllen die Oktett-Regel und es liegen energiearme, polare Bindungen vor.

Was kann da noch an Energiefreisetzung (Reaktionsenthalpieabgabe) gehen?

Nun hat das CO₂-Molekül 2 Doppelbindungen, O=C=O. Es sind gehäufte(cumulierte) Doppelbindungen.

Bei Verbindungen mit Cumulierten Doppelbindungen besitzt mindestens 1 Atom 2 Doppelbindungen.

Bei noch energieärmeren Verbindungen befindet sich pro Atom höchtens 1 Doppelbindung.

Andere Beispiele:

Methyl-Allen: CH₃-CH=C=CH₂, energiereicher, als Butadien: CH₂=CH-CH=CH₂ mit konjugierten Doppelbindungen, energieärmer.

Im energieärmeren(stabileren) Butadien geht höchstens nur 1 Doppelbindung von 1 C-Atom aus.
Das Methyl-Allen lagert sich deshalb("gerne") in das energieärmere Butadien um.

Warum sind jeweils ein Paar von CO₂-Molekülen und Wassermoleküle energiereicher, als ein Kohlensäuremolekül in der undissoziierten Form?

Bei der Kohlensäure liegen nur eine polare C-O-Doppelbindung zwischen 2 Atomen (C=O), insgesamt aber 3 polare Kohlenstoff-Sauerstoffbindungen (O=C(O)₂), das sind die C-O-Doppelbindung + die 2 C-O-Einfachbindungen, plus 2 polare, energiearme O-H-Bindungen vor.

O=C(-O-H)₂

Somit ist das Kohlensäure-Molekül energieärmer, als jeweils 1 H₂O plus ein CO₂-Molekül.

Skizze

Text erkannt:

Alle Atome haben jeweils ein Oktett, die Wasserstoffatome ihr Duett
\( \mathrm{H}^{-\mathrm{O}} \mathrm{H} \)
2 ener giearme O-H-Bindungen
\( 0=c=0 \)
\( a=c_{1}^{\prime} 0-H \)
\( \mathrm{CO}_{2} \) Kohlensäre-Anhydrid energetisch nicht so günstig
2 ener giearme O-HBindungen
2 gehäufte Doppelbindungen
keine gehäuften (cumulierten) Doppel-Bindungen