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Alt 06.12.2007, 17:51   #1   Druckbare Version zeigen
fraggle Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3.128
germanium und dessen bindungseigenschaften

nachdem wir uns sehr intensiv mit der kohlenstoffgruppe auseinandergesetzt haben, feststellten, dass kohlenstoff und silizium vierbindig und damit zum aufbau größerer moleküle fähig sind, kam die frage auf, warum das germanium das nicht kann. da wir alle nur mit vermutungen um uns geworfen ahtten, aber auf kein eindeutiges ergebnis kamen, habe ich beschlossen die frage hierhin mal weiterzuleiten:

verhält sich Ge genau wie C bzw. Si? wenn nein, woran liegt das?

für mich spricht persönlich die elektronenkonfiguration dagegen: während ein C und ein Si jeweils nur s und p-orbitale haben und Ge dazwischen noch ein d-orbital dazwischen, könnten sie anhand der geometrie der vorhandenen orbitale keine hybridisierung erfahren. daher ist es auch eher ein eher "metallisches halbmetall" (also steht den metalleigenschaften näher als das silizium)
daher kann es zwar vier bindungen eingehen, allerdings keine größeren moleküle bilden.

die zweite idee, die dagegen sprach, war schlicht und ergreifend die tatsache, dass germanium einfach 'zu groß' ist. soll heissen, dass er aufgrund der orbitalgröße zu weit vom kern weg ist, damit es die bindungen halten kann.

die dritte idee war, dass es einfach viel zu selten für sowas vorkommt.

vielen dank
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Alt 06.12.2007, 18:10   #2   Druckbare Version zeigen
Nobby Männlich
Mitglied
Beiträge: 13.694
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

Zitat:
nachdem wir uns sehr intensiv mit der kohlenstoffgruppe auseinandergesetzt haben, feststellten, dass kohlenstoff und silizium vierbindig und damit zum aufbau größerer moleküle fähig sind, kam die frage auf, warum das germanium das nicht kann
Wer sagt das?

Die Existenz von Germanium wurde in der Historie von Mendelejev vorausgesagt an Hand des damals noch lückenhaften Periodensystems aber in der Kenntnis der Eigenschaften von Silicium und Zinn. Gefunden hatte es dann ein Herrn Winkler.

So bildet es ein Tetrachlorid was in seinen Eigenschaften zwischen den beiden Elementen liegt. Auch die 2wertige Stufe ist schon deutlicher ausgeprägt.

Auch Germaniumwassertoffe analog den Alkanen sind bekannt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Germane_%28Chemie%29
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Alt 06.12.2007, 18:12   #3   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Beiträge: 23.862
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

Zitat:
Zitat von fraggle Beitrag anzeigen
für mich spricht persönlich die elektronenkonfiguration dagegen: während ein C und ein Si jeweils nur s und p-orbitale haben und Ge dazwischen noch ein d-orbital dazwischen, könnten sie anhand der geometrie der vorhandenen orbitale keine hybridisierung erfahren.
Hier stimmt zweierlei nicht. Erstens, haben C und Si sehr wohl auch d Orbitale, so wie jedes Atom des Periodensystems, nur liegen diese energetisch so hoch, dass sie die Chemie dieser Elemente nur geringfügig beeinflussen.

Zweitens, warum sollte beim Ge das d Orbital die Hybridisierung behindern ? Es gibt Hybridisierungsschemata mit Beteiligung von d Orbitalen.

Cotton & Wilkinson (Advanced Inorganic Chemistry) widmen der Tendenz zur Kettenbildung der Elemente der 4. Gruppe ein kleines Unterkapitel. Dort steht unter anderem zu lesen (was wir ja bereits wissen), dass die Tendenz zur Kettenbildung von C über Si und Ge zu Sn und Pb abnimmt. Für Si und Ge sind immerhin noch Silane bzw Germane bis hin zu Si6H14 und Ge9H20 bekannt. Bei Sn und Pb tritt Kettenbildung nur noch in metallorganischen Verbindungen auf. Cotten & Wilkinson führen dies u.a. auf die abnehmende mittlere Bindungsstärke in der Reihe C-C (356 kJ/mol), Si-Si (210-250 kJ/mol), Ge-Ge (190-210 kJ/mol) und Sn-Sn (105-145 kJ/mol) zurück.
Ich gebe zu, dass diese Erklärung etwas dürftig ist, aber was anderes fällt mir auch nicht ein. Man kann sich weiterhin vorstellen, dass aufgrund der grösseren Atomradien einerseits und der Möglichkeit andererseits, d-Orbitale in Übergangszustände einzubeziehen (welches bei C aufgrund der hohen Energie der 3d Orbitale nicht möglich ist und daher die Alkane so stabil macht), Silane und Germane anfälliger für nukleophile Angriffe sind und sie daher nicht natürlich vorkommen (d.h. sie würden sofort hydrolysiert).

lg
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"Old geochemists never die, they merely reach equilibrium." (Antonio C. Lasaga ?)
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Alt 06.12.2007, 18:55   #4   Druckbare Version zeigen
fraggle Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3.128
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

@nobby: in der tat meinte ich verbindungen wie germane. alelrdings sehe ich nicht zwangsläufig den zusammenhang zwischen tetrachloriden und langkettigen GeH-ketten... dennoch vielen dank.

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Hier stimmt zweierlei nicht. Erstens, haben C und Si sehr wohl auch d Orbitale, so wie jedes Atom des Periodensystems, nur liegen diese energetisch so hoch, dass sie die Chemie dieser Elemente nur geringfügig beeinflussen.
ok, das war von mir ZU schwammig formuliert. ich meinte eigentlich die besetzten orbitale.(also im normalzustand)

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Zweitens, warum sollte beim Ge das d Orbital die Hybridisierung behindern ? Es gibt Hybridisierungsschemata mit Beteiligung von d Orbitalen.
ich denke da imemr noch zu einfach: je mehr orbitale, desto höher der atomradius, desto größer der abstand, desto kleiner ist die bindungsenergie zwischen den atomen.

Zitat:
Zitat von ricinus Beitrag anzeigen
Cotton & Wilkinson (Advanced Inorganic Chemistry) widmen der Tendenz zur Kettenbildung der Elemente der 4. Gruppe ein kleines Unterkapitel. Dort steht unter anderem zu lesen (was wir ja bereits wissen), dass die Tendenz zur Kettenbildung von C über Si und Ge zu Sn und Pb abnimmt. Für Si und Ge sind immerhin noch Silane bzw Germane bis hin zu Si6H14 und Ge9H20 bekannt. Bei Sn und Pb tritt Kettenbildung nur noch in metallorganischen Verbindungen auf. Cotten & Wilkinson führen dies u.a. auf die abnehmende mittlere Bindungsstärke in der Reihe C-C (356 kJ/mol), Si-Si (210-250 kJ/mol), Ge-Ge (190-210 kJ/mol) und Sn-Sn (105-145 kJ/mol) zurück.
Ich gebe zu, dass diese Erklärung etwas dürftig ist, aber was anderes fällt mir auch nicht ein. Man kann sich weiterhin vorstellen, dass aufgrund der grösseren Atomradien einerseits und der Möglichkeit andererseits, d-Orbitale in Übergangszustände einzubeziehen (welches bei C aufgrund der hohen Energie der 3d Orbitale nicht möglich ist und daher die Alkane so stabil macht), Silane und Germane anfälliger für nukleophile Angriffe sind und sie daher nicht natürlich vorkommen (d.h. sie würden sofort hydrolysiert).
in der tat nicht grad üppig, macht es aber schon mal im ansatz gut verständlich. vielen dank!
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fraggle ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 06.12.2007, 21:34   #5   Druckbare Version zeigen
ricinus Männlich
Moderator
Beiträge: 23.862
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

Zitat:
Zitat von fraggle Beitrag anzeigen
ich denke da imemr noch zu einfach: je mehr orbitale, desto höher der atomradius, desto größer der abstand, desto kleiner ist die bindungsenergie zwischen den atomen.
Das ist zumindest nicht falsch, jedenfalls wird es ja schön verdeutlicht durch die Bindungsenthalpien in der Reihe von C-C hin zu Sn-Sn.

lg
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ricinus ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 07.12.2007, 02:01   #6   Druckbare Version zeigen
Paleiko Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.210
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

Mit dem Radius wäre ich beim Germanium vorsichtig. Die Einführung der d-Orbitale hat eine Kontraktion der Hülle zur Folge. Die verschiedenen Radientypen liegen größtenteils sehr nahe an denen von Si.
Paleiko ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 07.12.2007, 02:38   #7   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.880
AW: germanium und dessen bindungseigenschaften

guten abend,

strukturen muessen in der chmie stets um ihren erhalt "kaempfen", sobald wir uns relevant vom absoluten nullpunkt der temperaturskala entfernen, und jede kette ist nur so stark wie ihr schwaechstes glied.

diese etwas profane betrachtungsweise vorausgeschickt: argumentiert man einmal ganz schlicht nach coulomb, so muss eine gegebene bindung (sigma, pi..) um so schwaecher werden, je weiter die elektronendichte von den beteiligten kernen entfernt angesiedelt ist, mithin bei gegebener gruppe eben von obennach unten abnehmend, wenn man die atomsorten mal einfach "austauscht". und hier gibt es eben bereits beim uebergang kohlenstoff - silicium einen doch recht gewaltigen sprung, der coulombmaessige dann eben mit dem quadrat des entfernungszuwachses eingeht.

chemische angreifbarkeit und aehnliches daher einmal beiseite gelassen - die si-h bindung fliegt dir zuegig auseinander waehrend die c-h bindung doch eine gewisse stabilitaet aufweist - scheint mir einfach ueber die resultirenden bindungslaengen und die damit einhergehende schwaechung des gesamtkunstwerks "z.b. lange kette" zunaechst -ceterus paribus - eine gegebene struktur auf kohlenstofbasis per se stabiler sein zu muessen als eine vergleichbare auf silizium oder hoeheren homologen basierende.

gruss

ingo
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