Warum haben Molekülverbindungen einen niedrigeren Siedepunkt als Ionenverbindungen? - Eine Erklärung

Warum manche Stoffe einen niedrigeren bzw. höheren Siedepunkt haben

Als Siedepunkt wird die Temperatur betrachtet, bei der ein Stoff vom einem flüssigen in einen gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Die Temperatur, bei der dies geschieht, hängt von zwei Faktoren ab:

• Je schwerer das einzelne Molekül ist, umso höher ist der Siedepunkt. Diesen  Zusammenhang können Sie sich bei der Alkanreihe gut vor Augen halten. Als Anhaltspunkt für die Masse der Moleküle dient die molare Masse. Methan mit 16,04 g/mol siedet bei -158.75 °C, Butan mit 58,12 g/mol bei -0.65 °C.
• Aber es kommt nicht nur auf die Masse der einzelnen Moleküle an, sondern auch darauf, wie stark diese aneinander haften. Dabei gibt es sehr unterschiedliche Bindungskräfte. Besonders elektrische Anziehungskräfte bewirken oft einen Siedepunkt, der deutlich höher ist, als von der Masse her zu erwarten ist. Beispiel Wasser: 18,0153 g/mol siedet bei 100 °C.

Unterschiede zwischen Molekülverbindungen und Ionenverbindungen

Beide Bindungsarten gehören zu den Primärbindungen. Die Primärbindung ist die Bindung zwischen den einzelnen Atomen, die zur Bildung eines Moleküls führen.

• Die Molekülverbindung, die auch Atomverbindung genannt wird, bedeutet, dass sich die einzelnen Atome verbinden, in dem die Elektronen gemeinsam nutzen. Zwei Wasserstoffatome verbinden sich, in dem Sie die beiden Elektronen, die den Kern umkreisen, gemeinsam "nutzen". Die Kerne werden von beiden Elektronen gemeinsam umkreist. Bei dieser Art der Bindung kommt es zu einem Dipol, wenn sich Atome unterschiedlicher Größe verbinden.
• Bei der Ionenverbindung kommt es zu einem Übergang eines Elektrons zu einem anderen Atom. Es entstehen zwei Ionen, die sich über elektrische Kräfte anziehen. Stoffe, die sich so verbinden, ordnen sich in der Regel zu einem Ionengitter an.

Diese Art der Verbindungen sagen wenig darüber aus, wieso Sie bei den Stoffen mit Molekülverbindung einen niedrigeren Siedepunkt erwarten können, als bei solchen mit Ionenverbindungen.

Sekundäre Bindung von Molekülen

Während die primären Verbindungen für die Molekülmasse verantwortlich sind, beeinflussen die sekundären Bindungen den Siedepunkt über die Haftung der Teilchen aneinander.

• Im Fall der Molekülverbindung ohne Dipol gibt es nur die Van-der-Waals-Bindungskräfte. Diese beinhalten einen Energie von etwa 2 kJ/mol. Wenn dabei ein Dipol entsteht, ergibt dies eine zusätzlich Bindungsenergie von 2 kj/mol. Im Fall das Wasserstoffbrücken entstehen können, bedeutet dies, dass 20 kj/mol an Bindungskräften dazu kommen. Die genannten Bindungsenergien variieren je nach Stoff, aber die Größenordnung stimmt.
• Wenn ein Molekül über eine Ionenverbindung entstanden ist, setzt er sich in einem Ionengitter fest. Die typische Bindungsenergie beträgt in dem Fall 250 kj/mol, ist also deutlich höher.

Da es für den Siedepunkt wichtig ist, dass die Lageenergie die von der Molekülmasse abhängt und die sekundäre Bindungsenergie überwunden wird, ist somit klar, wieso Stoffe mit Molekülverbindungen einen deutlich niedrigeren Siedepunkt haben als solche mit Ionenverbindungen.

Der Siedepunkt verschiedener Stoffe

• Kohlenmonoxid, also CO hat eine Atombindung und 28,01 g/mol. Die Moleküle haben nur einen sehr schwachen  Dipol. Der Stoff hat mit –191,6 °C, den niedrigsten Siedepunkt den es bei Verbindung gibt.
• Wolframcarbid (WC) hat  195,86 g/mol und ist eine  Ionenbindung. Der Stoff hat den höchsten Siedepunkt von 6000 °C. 

Aber es gibt auch Ausnahmen. Kohlenstoff hat keine Ionenbindung. Trotzdem ist der Siedpunkt in der Erscheinungsform Diamant 4826,85 °C und als Graphit 4026,85 °C, die Atommasse ist nur 12,011 g/mol.