elektrostatische WW im H2O-Dime

[plattfisch007]

Hallo,

Ich finde bei einer Aufgabe irgendwie keinen Ansatzpunkt um zu beginnen:

Berechnen Sie bezogen auf ein Mol die elektrostatische Wechselwirkungsenergie (Coulomb-Energie) für ein wasserstoffbrückengebundenes H2O-Dimer bei einem OH-Abstand von 1.5*10-10m und "partiellen Punktladungen" am O- bzw. H-Atom von -0.40 bzw. +0.20.

Beachten Sie auch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen übernächsten und über-übernächsten Nachbarn. Nehmen Sie der Einfachheit halber eine planare Struktur an, verwenden Sie die Strukturdaten von H2O (rOH=0.965*10-10m und winkel(OHO)=105°

[plattfisch007]

so, und nun das, was ich mir schon rausgesucht habe:

- potentielle Energie zwischen zwei Punktladungen im E-Feld:
E=(q1*q2)/(4*pi*epsilon0)
mit epsilon0= 8.85*10−12As/Vm

- ich weiß, dass ich irgendeine Winkelfunktion mit einbringen muss

- das Ergebnis liegt zwischen 15 - 4 kJ/mol

- Proportionalität zu r-3*f(Winkel)

[cyclobutan]

Hallo,

da die Coulomb-Wechselwirkung durch das elektrische Feld vermittelt wird, das sich im Vakuum stets additiv verhält (Superpositionsprinzip), kannst Du einfach alle Wechselwirkungen zwischen den beiden Molekülen aufaddieren, mit der Formel die Du schon angegeben hast.

Also: Potentielle Energie zwischen

1. O-Atom am Molekül 1 und H-Atom(a) am Molekül 2
2. O-Atom am Molekül 1 und H-Atom(b) am Molekül 2
3. O-Atom am Molekül 1 und O-Atom am Molekül 2

4. H-Atom(a) am Molekül 1 und H-Atom(a) am Molekül 2
5. H-Atom(a) am Molekül 1 und H-Atom(b) am Molekül 2
6. H-Atom(a) am Molekül 1 und O-Atom am Molekül 2

7. H-Atom(b) am Molekül 1 und H-Atom(a) am Molekül 2
8. H-Atom(b) am Molekül 1 und H-Atom(b) am Molekül 2
9. H-Atom(b) am Molekül 1 und O-Atom am Molekül 2

Dabei musst Du immer die entsprechenden Abstände einsetzen. Die sind abhängig von der Geometrie, also musst Du die einzelnen Abstände allgemein ausrechnen für einen gegebenen OH-Abstand.

Laut Aufgabe sollen beide H2O-Moleküle in einer Ebene liegen.

Die "H-Brücke" muss aber nicht linear sein sondern kann einen beliebigen Winkel aufweisen. Damit werden alle Abstände außer dem O-Atom, das als Akzeptor der H-Brücke fungiert und dem H-Atom, das die Brücke bildet, winkelabhängig (zwei Winkel sind für die vollständige Berschreibung aller möglichen Orientierungen notwendig!). Das muss man alles mit trigonometrischen Funktionen entsprechend formulieren, und in die Summe von Coulomb-Energien einsetzen...

So solltest Du zum Ziel kommen.


Leider ist das im Text schwieriger zu beschreiben, als es zu skizzieren wäre. Gibt es kein Applet für das Forum, mit dem man Skizzen einfügen kann?


Viele Grüße,
cyclobutan