Modelle in der Chemie 2

3.7.5. Ein Molekül ist starr wie ein Holzklotz

Viele Menschen lernen in der Schule Zeichnungen von Molekülen kennen. Für jedes Atom wird sein Symbol an eine passende Stelle gezeichnet, und die Atomsymbole werden durch kurze, gerade Striche verbunden. Der Eindruck entsteht, dass Moleküle so aussehen. Abstand und gegenseitige Lage der Atome liegen in einem Molekül unverrückbar fest. Bild 2 zeigt eine solche Zeichnung (Strukturformel) des Propan–Moleküls.

Bäume sind nicht starr

Bild 1 : Diese Bäume sollen starr sein ? Etwa so starr wie ein Stück Holz ? Nein, das sind sie nicht, genauso wenig wie Moleküle.

Dann lernen dieselben Menschen ein Molekülmodell zum Anfassen kennen. Die Atome sind dort feste Plastikkugeln, und die Bindungen sind feste Plastikbolzen (oder kleine feste Stangen aus anderem Material, zum Beispiel Holz oder Metall), die die Kugeln zusammenhalten. Die Moleküle kann man (zumindest ohne Anwendung großer Kräfte) kaum verformen, nur ein wenig hin– und herwackeln. Bild 6 im Abschnitt über das hard–sphere–Modell des Atoms zeigt eine Gruppe solcher Atome und Bindungen.

Wen wundert es, dass die Vorstellung, Moleküle seien feste, starre Körper, deren Atome sich nicht gegeneinader verschieben oder sonstwie bewegen können, verbreitet ist ?

Wen wundert es, dass die meisten Menschen sich ein Molekül eher wie einen Holzklotz, nicht wie einen Baum vorstellen ?

Tatsächlich ist diese Vorstellung ein Modell.

rigid–body–Modell des Moleküls :
      Moleküle sind starr und unbeweglich.

Kurzbeschreibung

Moleküle werden als starre (nicht verformbare) Körper angesehen. Der englische Name des Modells ist rigid–body–Modell.

 

Der Unterschied zwischen Modell und Wirklichkeit

Thermische Schwingungen – Alle Atome eines Moleküls führen unabhängig voneinander Schwingungen aus. Diese Schwingungen finden immer statt, sobald die Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunkts liegt. Sie können durch Strahlung angeregt (das heißt verursacht) werden, aber auch mechanisch durch Zusammenstöße mit anderen Atomen (desselben oder eines anderen Moleküls).

Die Stärke (das heißt die Amplitude) der Schwingungen hängt von der Energie ab, die das Atom besitzt. Da Energie zwischen Atomen und Molekülen übertragen wird, hängt sie von der Energie des Systems ab. Im Abschnitt über die innere Energie (→ Kap. 4.3.3. – demnächst) habe ich einige Formen solcher Schwingungen aufgezählt. Wegen des Zusammenhangs dieser Schwingungen mit der Energie und der Temperatur nennt man sie thermische Schwingungen.

Würde man über einige Zeit (zum Beispiel ein paar Millisekunden) immer wieder die Position eines bestimmten Atoms messen, könnte man aus diesen Positionen eine mittlere Position bestimmen, und man könnte diese mittlere Position als die tatsächliche Position des Atoms ansehen. Man nennt sie Mittelpunktslage des Atoms.

Die Frequenz der thermischen Schwingungen liegt oft im Bereich von 1012 bis 1014 Schwingungen pro Sekunde. Die Amplitude hängt von mehreren Einflussgrößen ab. Art der beteiligten Atome, Bau des Moleküls oder Kristalls und natürlich die Temperatur gehören dazu. Sie beträgt bei Raumtemperatur einige Prozent der Bindungslänge.

 

Bald geht es hier weiter

 

 

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