Sterkte van bindingen en kookpunt
In deze les leer je hoe de sterkte van de bindingen tussen moleculen het kookpunt en smeltpunt van een stof bepaalt. Je gebruikt dit inzicht vaak om stofeigenschappen in examenvragen te verklaren.
Het kookpunt is de temperatuur waarbij een vloeistof gaat koken. Dan moeten de moleculen zich van elkaar losmaken.
Hoe sterker de bindingen tussen de moleculen, hoe meer energie je nodig hebt. Daarom ligt het kookpunt dan hoger. Het smeltpunt werkt op dezelfde manier. Bij smelten breek je dezelfde soort bindingen tussen de deeltjes.
Let wel op: bij koken breek je de bindingen tussen de moleculen. De atoombindingen binnen een molecuul blijven dan intact.
Er zijn drie soorten bindingen tussen moleculen. Van zwak naar sterk zijn dat:
- vanderwaalsbindingen, die bij alle stoffen voorkomen
- dipool-dipoolbindingen, die voorkomen bij polaire moleculen
- waterstofbruggen, die voorkomen bij moleculen met een H-atoom gebonden aan F, O of N
Vanderwaalsbindingen ontstaan door tijdelijke verschillen in de elektronenverdeling. Grotere moleculen hebben meestal sterkere vanderwaalsbindingen. Daarom kookt butaan bij een hogere temperatuur dan propaan.
Bij vergelijkbare moleculen met een even grote molecuulmassa maakt de aanwezigheid van waterstofbruggen het verschil. Dimethylether en ethanol hebben allebei een molecuulmassa van 46 u. Ethanol kookt bij 78 °C, dimethylether bij −25 °C. Dat verschil komt door de waterstofbruggen in ethanol.
Onthoud
Het kookpunt en smeltpunt hangen af van de sterkte van de bindingen tussen de moleculen.
Vanderwaalsbindingen zijn er altijd, maar zijn het zwakst.
Waterstofbruggen zijn de sterkste bindingen tussen moleculen.
Stoffen met OH-groepen of NH-groepen hebben vaak een hoog kookpunt.
Bij gelijke molecuulmassa bepalen de waterstofbruggen het verschil in kookpunt.
Voorbeeld uit een echt examen
ex1
Leg uit waarom DME het laagste kookpunt heeft van DME, methanol en water. Gebruik begrippen op microniveau.
- 1
Methanol en water hebben een H-atoom gebonden aan O, dus ze kunnen waterstofbruggen vormen.
Veelgemaakte fouten
Leerlingen kijken vaak naar de atoombindingen binnen een molecuul. Kijk juist naar de bindingen tussen de moleculen, want die worden bij koken verbroken.
Leerlingen vergeten dat grotere moleculen sterkere vanderwaalsbindingen hebben. Vergelijk daarom eerst de molecuulmassa en kijk daarna naar waterstofbruggen.
Leerlingen denken dat elke stof met een OH-groep waterstofbruggen heeft. Controleer of het H-atoom echt aan O, N of F zit.
Snel checken
Welke stof heeft het hoogste kookpunt?
Waarom heeft butaan een hoger kookpunt dan propaan?