Dipol-Moleküle¶
Material und Chemikalien¶
Materialliste
A Ungeladene Moleküle tragen Ladungen¶
- Ballon
- Wollpullover
- Wasserhahn mit dünnem Strahl. Falls der Strahl aus dem Hahn nicht gut sichtbar ist:
- Bürette an Bürettenstativ, Plasticwanne ca 30cm x 30cm mit wenig hohem Rand.
- Schwarze Platte, die hinter dem Strahl den Strahl gut sichtbar macht.
- Stäbe für Reibungselektrizität (damit auch positive Ladung)
B Dipole und Nichtdipole: Ablenkungsversuch¶
- Tetrachlorethen in Bürette an Stativ
- Dichlormethan in Bürette an Stativ
- Elektrostatik-Stab PVC mit Wolllappen
- Auffangwannen: grosse Gratinformen (z.b. Ikea) oder Kristallisierschalen
C Materie und Strahlung 1¶
- Porzellanschale
-
Glasmurmel
-
Marsupilami
- unterschiedlich harte Federn
- unterschiedlich schwere Gewichte
D Materie und Strahlung 2¶
- Mikrowellenofen
- Wasser
- Stearin / Kerze
- dünne Käsescheiben oder dünne Schokolade
- Holzklötzchen, mit denen man den Drehteller so anheben kann, dass er sich nicht dreht.
E Materie und Strahlung 3¶
F Van der Waals Wechselwirkungen (VdW) bzw. Dispersion: Induzierter Dipol¶
Material
- Ballon
- Wollpullover
Sicherheit¶
Sicherheitshinweise
Durchführung¶
Beschreibung
A Ungeladene Moleküle tragen Ladungen¶
Ballon durch Reiben an einem Pullover laden. Er wird dadurch negativ geladen. Was geschieht nun, wenn ein negativ geladenes Teilchen in die Nähe dieses Ballons kommt, was geschieht, wenn ein positiv geladenes Teilchen in die Nähe kommt?
Was ist, wenn die Ladung des Teilchens sehr klein ist?
Und was ist, wenn ein Teilchen überhaupt nicht geladen ist?
Also geschieht überhaupt nichts spektakuläres, wenn man einen geladenen Ballon neben einen Wasserstrahl hält. Der Wasserstrahl wird weder angezogen noch abgestossen und geht bolzengerade nach unten. Versuch: Wasserstrahl wird durch geladenen Ballon deutlich abgelenkt. Wie könnte man das erklären?
Falls Vorschlag kommt: Wassermoleküle sind vielleicht doch positiv geladen: Dann würden sich die Moleküle gegenseitig abstossen und Wasser würde sofort mit einer gigantischen Explosion zerstieben. Vielleicht gibt es ja in dem Wasser geladene Verunreinigungen? Ja – also geht man hin und putzt und reinigt das Wasser (z.B. Destillation). Am Schluss findet man: Ablenkung immer noch gleich!
Der Strahl wird durch die negative Ladung des Ballons angezogen. Was wird passieren, wenn ich eine positive Ladung hinhalte? Erstaunlicherweise Ablenkung in derselben Richtung. Der Versuch zeigt: Wassermoleküle reagieren auf Ladung. Aber sie können selber nicht geladen sein - sonst müsste ein Wasserstrahl wegen der gegenseitigen Absossung explodieren.
B Dipole und Nichtdipole: Ablenkungsversuch¶
Vorbereitung: Dipolmomente von Tetrachlorethen und Dichlormethan durch verktorielle Addition oder Vergleich der Ladungsschwerpunkte der positiven bzw. negativen Partiallatungen ermitteln. Ablenkungsversuch vorhersagen lassen.
- Ermittlung von Dipolmomenten Molekularium
- Ablenkung von Wasser (und hypothetischem linearem Wasser) durch geladenen Stab: JAVALAB
- Dipolmoleküle: PHET interaktiv
- Vektoraddition: PHET interaktiv
C Materie und Strahlung 1¶
An Porzellanschale und Glasmurmel zeigen: Murmel nimmt nur Energie auf und kommt ins Schwingen, wenn mit der richtigen Frequenz angeregt wird. dann aber droht die Katastrophe (wenn die Murmel nie aufhört, Energie aufzunehmen)
-
Am Marsupilami zeigen, was ein elektrisches Feld / elektromagnetische STrahlung mit dem positiven Pol (Kopf) und dem negativen (Bauch) macht Je nachdem, wie schnell man das Marsupilami an einem Bein anregt,
-
schwingt das Marsupilami mit, ohne mehr und mehr Energie aufzunehmen. viel zu tiefe Frequenz für Anregung
- beginnt sich das Marsupilami im Kreis zu drehen. Der Dipol als ganzes wird von langsamer Frequez angeregt, kann Energie aufnehmen. Mikrowellenstrahlung
- wird die Frequenz höher, beginnen die Beine und Arme zu wackeln. IR regt Schwingungen an.
-
noch höhere Frequzenz würde die Puppe zerreissen: Elektronen würden gegen Kerne angereegt. Sichtbares Licht und UV-Strahlung
-
entscheidend ist die Stärke oder Steifheit der Bindung (je stärker bei kleiner Auslenkung die Rücktreibende Kraft ist, desto schneller die Schwingung) und die Masse (je kleiner die Masse, je leichter sie sich beschleunigen lässt, desto schneller die Schwingung)
-
für viele Schwigungen gilt bei der Steifheit D der Struktur und Masse m des schwingenden Teils etwa für die Frequenz: \(f \approx \sqrt{(\frac{D}{m})} \)
- Federn und Massen auf PHET Interaktiv (Gut!)
- Strahlung und Materie PHET interaktiv
- Molekularium Wechselwirkung Strahlung Materie
- Schwarzkörperstrahlung PHET
D Materie und Strahlung 2¶
Dipole lassen sich im Mikrowellenofen erwärmen, Nicht-Dipole nicht.
Stearin (Kerze, Paraffin) und Wasser in PS-Becher im Mikrowellenofen nebeneinander erwärmen.
Wellenlänge der Mikrowellen abschätzen: Teller mit Holzklötzen anheben, so dass er sich nicht mehr drehen kann. dünne Käsescheiben drauflegen. Erwärmen, bis der Käse stellenweise schmiltzt. Man sieht Wellen und Knoten der Mirkowellen.
E Materie und Strahlung 3¶
F Van der Waals Wechselwirkungen (VdW) bzw. Dispersion: Induzierter Dipol¶
Ballon mit Pullover reiben und an die Decke halten. ER bleibt kleben, weil seine negative Ladung in der Decke einen Dipol induziert. Dies kostet praktisch keine Energie, weil die Elektronen problemlos wegfliessen können. Danach aber verbleibt eine positive Ladung in der Decke, welche den Ballon anzieht, so dass das Energieminimum für den Ballon an der Decke ist.