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2026-07-27T12:36:37Z

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= Molekülsubstanzen - Chemie =

Molekülsubstanzen bestehen aus einzelnen, abgegrenzten [[Molekül|Molekülen]]. Innerhalb eines Moleküls sind Atome durch [[Kovalente Bindung|Elektronenpaarbindungen]] verbunden. Zwischen den Molekülen wirken deutlich schwächere [[Zwischenmolekulare Kräfte|zwischenmolekulare Kräfte]]. Dieser Unterschied erklärt viele Stoffeigenschaften, zum Beispiel den [[Aggregatzustand]], die [[Siedetemperatur]], die [[Löslichkeit]] und die elektrische Leitfähigkeit.

[[Datei:Water-3D-balls-A.png|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=ej7-EbeXpmI |500|center}}

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= Einleitung =

In diesem aiMOOC lernst Du, Molekülsubstanzen zu erkennen und ihre Eigenschaften aus dem Teilchenbau abzuleiten. Beispiele sind [[Wasser]] H2O, [[Kohlenstoffdioxid]] CO2, [[Methan]] CH4, [[Sauerstoff]] O2 und [[Iod]] I2. Molekülsubstanzen können also chemische Verbindungen oder elementare Stoffe sein.

'''Wichtig:''' Nicht jede Substanz mit kovalenten Bindungen besteht aus einzelnen Molekülen. In [[Diamant]] oder [[Siliciumdioxid]] sind die Atome zu einem ausgedehnten Atomgitter verbunden. [[Natriumchlorid]] ist dagegen ein Ionengitter und enthält keine NaCl-Moleküle.

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== Lernziele ==

# [[Molekül|Moleküle]] von Atomen, Ionen und Gittern unterscheiden
# [[Elektronenpaarbindung|Elektronenpaarbindungen]] als Bindungen innerhalb eines Moleküls beschreiben
# [[Polarität (Chemie)|polare]] und unpolare Moleküle unterscheiden
# [[Zwischenmolekulare Kräfte|zwischenmolekulare Kräfte]] passenden Molekülen zuordnen
# Stoffeigenschaften mit dem Teilchenbau begründen

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= Aufbau von Molekülsubstanzen =

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== Moleküle als kleinste Teilchen ==

Ein Molekül ist ein elektrisch neutrales Teilchen aus mindestens zwei kovalent gebundenen Atomen. Es kann aus gleichen Atomen bestehen, etwa O2, oder aus verschiedenen Atomsorten, etwa H2O. Die [[Summenformel]] zeigt, welche Atome und wie viele davon in einem Molekül vorkommen.

{| class="wikitable"
! Substanz
! Summenformel
! Aufbau eines Moleküls
! Stoffart
|-
| Wasser
| H2O
| zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom
| Molekülverbindung
|-
| Sauerstoff
| O2
| zwei Sauerstoffatome
| molekularer Elementstoff
|-
| Methan
| CH4
| ein Kohlenstoffatom und vier Wasserstoffatome
| Molekülverbindung
|-
| Kohlenstoffdioxid
| CO2
| ein Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome
| Molekülverbindung
|}

[[Datei:Methane-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

Das Methanmolekül ist räumlich [[Tetraeder|tetraedrisch]] aufgebaut. Seine vier C–H-Bindungen zeigen in verschiedene Raumrichtungen.

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== Elektronenpaarbindung im Molekül ==

Bei einer [[Elektronenpaarbindung]] teilen sich zwei Atome ein oder mehrere Elektronenpaare. So erreichen viele Hauptgruppenatome eine günstigere Außenschale. Ein gemeinsames Elektronenpaar wird in einer [[Valenzstrichformel]] meist als Strich dargestellt.

# Einfachbindung: ein gemeinsames Elektronenpaar, zum Beispiel H–H
# Doppelbindung: zwei gemeinsame Elektronenpaare, zum Beispiel O=O
# Dreifachbindung: drei gemeinsame Elektronenpaare, zum Beispiel N≡N

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=PsR-HRiGAzA |500|center}}

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== Molekülmasse und molare Masse ==

Aus der Summenformel lässt sich die Molekülmasse bestimmen. Für die molare Masse gilt:

<math>M = \sum_i n_i \cdot M_i</math>

Dabei ist <math>n_i</math> die Anzahl der Atome einer Atomsorte und <math>M_i</math> deren molare Atommasse. Für Wasser ergibt sich näherungsweise:

<math>M(\mathrm{H_2O}) = 2 \cdot 1{,}008\,\mathrm{\frac{g}{mol}} + 15{,}999\,\mathrm{\frac{g}{mol}} \approx 18{,}015\,\mathrm{\frac{g}{mol}}</math>

Die molare Masse hilft Dir, Teilchenebene und messbare Stoffmenge miteinander zu verbinden.

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= Molekülform und Polarität =

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== Räumliche Form ==

Die räumliche Anordnung der Atome heißt [[Molekülgeometrie]]. Sie beeinflusst, ob sich polare Bindungen im gesamten Molekül gegenseitig aufheben. Wasser ist gewinkelt, Kohlenstoffdioxid linear und Methan tetraedrisch.

[[Datei:Carbon-dioxide-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

Obwohl jede C=O-Bindung im CO2-Molekül polar ist, ist das gesamte Molekül unpolar. Die beiden gleich großen Bindungsdipole zeigen in entgegengesetzte Richtungen und heben sich auf.

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== Polare Bindung und Dipolmolekül ==

Zieht ein Atom das gemeinsame Elektronenpaar stärker an, entstehen [[Partialladung|Partialladungen]]: <math>\delta^-</math> am elektronegativeren Atom und <math>\delta^+</math> am anderen Atom. Ein Molekül ist ein permanenter [[Dipol]], wenn die Schwerpunkte der positiven und negativen Teilladungen nicht zusammenfallen.

[[Datei:Water-elpot-transparent-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

Beim gewinkelten Wassermolekül heben sich die Bindungsdipole nicht auf. Wasser ist deshalb ein Dipolmolekül. Beim symmetrischen Methan- und Kohlenstoffdioxidmolekül heben sich die Bindungsdipole insgesamt auf.

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= Kräfte zwischen den Molekülen =

Die kovalenten Bindungen halten die Atome '''innerhalb''' eines Moleküls zusammen. Zwischen verschiedenen Molekülen wirken dagegen zwischenmolekulare Kräfte. Beim Schmelzen oder Sieden werden vor allem diese Anziehungen überwunden; die Moleküle selbst bleiben dabei normalerweise erhalten.

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== London-Kräfte ==

[[London-Kraft|London-Kräfte]] entstehen durch kurzzeitige Verschiebungen der Elektronenverteilung. Dadurch bilden sich momentane und induzierte Dipole. London-Kräfte wirken zwischen allen Atomen und Molekülen, auch zwischen unpolaren Molekülen.

Je leichter eine Elektronenhülle verformbar ist und je größer die Kontaktfläche zwischen Molekülen ist, desto stärker können die London-Kräfte sein. Deshalb steigt in vergleichbaren Stoffreihen häufig die Siedetemperatur mit Molekülgröße und Elektronenzahl.

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== Dipol-Dipol-Kräfte ==

Zwischen permanenten Dipolmolekülen richten sich entgegengesetzte Partialladungen zueinander aus. Diese Anziehung nennt man [[Dipol-Dipol-Kräfte|Dipol-Dipol-Wechselwirkung]].

[[Datei:Dipole-dipole-interaction-in-HCl-2D.png|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Acetone dipole-dipole.jpg|500px|rahmenlos|center]]

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== Wasserstoffbrücken ==

[[Wasserstoffbrückenbindung|Wasserstoffbrücken]] entstehen besonders dann, wenn ein stark positiv polarisiertes Wasserstoffatom an N, O oder F gebunden ist und von einem freien Elektronenpaar an N, O oder F angezogen wird. Sie sind für viele besondere Eigenschaften von Wasser verantwortlich.

[[Datei:Water-with-lone-pairs-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

'''Vereinfachte Reihenfolge bei ähnlich großen Molekülen:'''

London-Kräfte < Dipol-Dipol-Kräfte < Wasserstoffbrücken

Diese Reihenfolge ist eine Orientierung. Die tatsächliche Stärke hängt auch von Molekülgröße, Form, Abstand und Anzahl möglicher Kontaktstellen ab.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=KBpo88M24Tw |500|center}}

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= Eigenschaften von Molekülsubstanzen =

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== Schmelzen und Sieden ==

Viele kleine Molekülsubstanzen besitzen niedrigere Schmelz- und Siedetemperaturen als Salze oder Atomgitter. Der Grund ist, dass beim Phasenübergang nicht die starken kovalenten Bindungen im Molekül, sondern überwiegend die schwächeren Kräfte zwischen den Molekülen überwunden werden.

[[Datei:H2O Molecules as Water Vapor.png|500px|rahmenlos|center]]

Beim Verdampfen von Wasser werden Wassermoleküle voneinander getrennt. Die O–H-Bindungen innerhalb der Moleküle werden dabei nicht gespalten.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=hNCiU0aaHjI |500|center}}

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== Löslichkeit ==

Als einfache Regel gilt: '''Ähnliches löst sich in Ähnlichem.'''

# Polare Moleküle lösen sich häufig gut in polaren Lösungsmitteln wie Wasser.
# Unpolare Moleküle lösen sich häufig gut in unpolaren Lösungsmitteln.
# Die Regel ist eine Näherung; Molekülgröße und mögliche Wasserstoffbrücken spielen ebenfalls eine Rolle.

Ethanol besitzt einen polaren und einen unpolaren Molekülteil. Deshalb kann es sich mit Wasser mischen und zugleich bestimmte unpolare Stoffe besser lösen als reines Wasser.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=PgP7KccUMqA |500|center}}

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== Elektrische Leitfähigkeit ==

Reine Molekülsubstanzen leiten elektrischen Strom meist schlecht, weil keine frei beweglichen Ionen oder Elektronen vorhanden sind. Eine wässrige Lösung kann dennoch leitfähig werden, wenn Moleküle mit Wasser reagieren und dabei Ionen entstehen. Ein Beispiel ist Chlorwasserstoff in Wasser.

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== Fester Zustand ==

Auch feste Molekülsubstanzen bestehen aus einzelnen Molekülen. Diese sind in einem [[Molekülkristall]] regelmäßig angeordnet und werden durch zwischenmolekulare Kräfte zusammengehalten. Trockeneis ist festes Kohlenstoffdioxid.

[[Datei:Carbon-dioxide-crystal-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

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= Vergleich wichtiger Stoffklassen =

{| class="wikitable"
! Stoffklasse
! Kleinste Baueinheiten
! Zusammenhalt
! Typische Leitfähigkeit
! Beispiel
|-
| Molekülsubstanzen
| Moleküle
| zwischenmolekulare Kräfte
| meist gering
| Wasser, Kohlenstoffdioxid
|-
| Salze
| Kationen und Anionen
| Ionenbindung im Ionengitter
| als Schmelze oder Lösung leitfähig
| Natriumchlorid
|-
| Metalle
| Atomrümpfe und delokalisierte Elektronen
| Metallbindung
| gut leitfähig
| Kupfer
|-
| Atomgitter
| Atome
| kovalente Bindungen im gesamten Gitter
| meist gering
| Diamant
|}

'''Merksatz:''' Der Teilchenbau bestimmt die Stoffeigenschaften. Frage deshalb immer zuerst: Welche Teilchen liegen vor, und welche Kräfte wirken zwischen ihnen?

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= Interaktive Aufgaben =

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== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Woraus besteht eine Molekülsubstanz?'''
(Aus einzelnen Molekülen)
(!Aus frei beweglichen Elektronen)
(!Nur aus Kationen)
(!Nur aus Atomkernen)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Welche Bindung hält Atome innerhalb eines Wassermoleküls zusammen?'''
(Elektronenpaarbindung)
(!Metallbindung)
(!Ionenbindung)
(!London-Kraft)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Warum ist ein Kohlenstoffdioxidmolekül insgesamt unpolar?'''
(Die Bindungsdipole heben sich wegen der linearen Form auf)
(!Es enthält keine Elektronen)
(!Kohlenstoff und Sauerstoff haben gleiche Elektronegativität)
(!Es besteht aus Ionen)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Welche zwischenmolekulare Kraft wirkt zwischen allen Molekülen?'''
(London-Kraft)
(!Ionenbindung)
(!Metallbindung)
(!Atombindung)

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{{MC}}

'''Zwischen welchen Molekülen treten Dipol-Dipol-Kräfte auf?'''
(Zwischen permanenten Dipolmolekülen)
(!Nur zwischen Metallen)
(!Nur zwischen Edelgasatomen)
(!Nur zwischen Ionen)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Welche Voraussetzung begünstigt Wasserstoffbrücken?'''
(Wasserstoff ist an Stickstoff Sauerstoff oder Fluor gebunden)
(!Das Molekül enthält nur Kohlenstoff)
(!Das Molekül ist ein Metall)
(!Es liegen ausschließlich Ionen vor)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Was wird beim normalen Sieden einer Molekülsubstanz hauptsächlich überwunden?'''
(Anziehungskräfte zwischen den Molekülen)
(!Atomkerne werden gespalten)
(!Alle kovalenten Bindungen werden getrennt)
(!Protonen werden in Elektronen umgewandelt)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Warum leiten reine Molekülsubstanzen meist schlecht?'''
(Es fehlen frei bewegliche geladene Teilchen)
(!Ihre Moleküle besitzen keine Masse)
(!Sie enthalten immer nur ein Element)
(!Ihre Atome bewegen sich überhaupt nicht)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Welche Aussage zur Löslichkeit ist eine nützliche Näherung?'''
(Ähnliches löst sich in Ähnlichem)
(!Jeder Stoff löst sich gleich gut in Wasser)
(!Nur Feststoffe können sich lösen)
(!Unpolare Stoffe sind immer wasserlöslich)

{{E}}
 

{{MC}}

'''Was zeigt die Summenformel H2O?'''
(Ein Molekül enthält zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom)
(!Ein Molekül enthält zwei Sauerstoffatome)
(!Wasser besteht aus drei Ionen)
(!Wasser ist ein Metall)

{{E}}
 

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Molekülsubstanz || einzelne Moleküle
|-
| Elektronenpaarbindung || Bindung innerhalb des Moleküls
|-
| London-Kraft || momentane und induzierte Dipole
|-
| Dipol-Dipol-Kraft || Anziehung permanenter Dipole
|-
| Wasserstoffbrücke || starke zwischenmolekulare Wechselwirkung mit H an N O oder F
|-
| Molekülkristall || regelmäßige Anordnung neutraler Teilchen
|}
{{E}}
 

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Thema
|-
| '''Wassermolekül'''
| gewinkelt und polar
|-
| '''Kohlenstoffdioxidmolekül'''
| linear und unpolar
|-
| '''Methanmolekül'''
| tetraedrisch und unpolar
|-
| '''Chlorwasserstoffmolekül'''
| polarer Dipol
|-
| '''Sauerstoffmolekül'''
| unpolares Elementmolekül

|}
{{E}}

 
 

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Molekül || Wie heißt ein abgegrenztes neutrales Teilchen aus kovalent gebundenen Atomen?
|-
| Dipol || Wie heißt ein Molekül mit getrennten Ladungsschwerpunkten?
|-
| Methan || Welcher Stoff besitzt die Summenformel CH4?
|-
| Trockeneis || Wie heißt festes Kohlenstoffdioxid?
|-
| Londonkraft || Welche Wechselwirkung entsteht durch momentane und induzierte Dipole?
|-
| Siedepunkt || Wie heißt die Temperatur des Übergangs von flüssig zu gasförmig?
|}
{{E}}
 

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Molekülsubstanzen+Chemie </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.''' 
|type="{}"}
Molekülsubstanzen bestehen aus einzelnen { Molekülen }. Innerhalb eines Moleküls werden Atome durch { Elektronenpaarbindungen } zusammengehalten. Die räumliche Anordnung der Atome nennt man { Molekülgeometrie }. Ein Molekül mit getrennten positiven und negativen Ladungsschwerpunkten heißt { Dipol }. Zwischen allen Molekülen wirken { London-Kräfte }. Besonders starke zwischenmolekulare Wechselwirkungen mit passend gebundenem Wasserstoff heißen { Wasserstoffbrücken }. Beim Sieden werden vor allem die Kräfte { zwischen } den Molekülen überwunden. Reine Molekülsubstanzen leiten elektrischen Strom meist { schlecht }. Für die Löslichkeit dient die Regel Ähnliches löst sich in { Ähnlichem }.
</quiz>

 

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Molekülmodell]]: Baue aus Knete oder einem Molekülbaukasten Modelle von H2O, CO2 und CH4 und fotografiere sie aus zwei Perspektiven.
# [[Stoffsteckbrief]]: Erstelle einen Steckbrief zu einer Molekülsubstanz aus Deinem Alltag mit Formel, Aggregatzustand und Verwendung.
# [[Teilchenzeichnung]]: Zeichne denselben Molekülstoff als Feststoff, Flüssigkeit und Gas im Teilchenmodell.
# [[Begriffsnetz]]: Verbinde die Begriffe Molekül, Bindung, Dipol, Siedetemperatur und Löslichkeit in einer Concept-Map.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Polarität untersuchen]]: Vergleiche Wasser, Kohlenstoffdioxid und Methan und begründe ihre Gesamtpolarität mit Form und Bindungsdipolen.
# [[Löslichkeitsversuch]]: Plane einen sicheren Versuch mit Wasser, Speiseöl und Ethanol unter Aufsicht und dokumentiere Beobachtung und Deutung.
# [[Erklärvideo]]: Produziere ein zweiminütiges Video zum Unterschied zwischen einer Bindung im Molekül und einer Kraft zwischen Molekülen.
# [[Siedetemperatur]]: Ordne eine kleine Auswahl ähnlicher Molekülsubstanzen nach erwarteter Siedetemperatur und begründe Deine Reihenfolge.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Datenanalyse]]: Suche verlässliche Stoffdaten einer homologen Reihe und prüfe den Zusammenhang zwischen molarer Masse und Siedetemperatur.
# [[Modellkritik]]: Untersuche, welche Informationen Kugel-Stab-Modelle zeigen und welche Eigenschaften sie nicht realistisch darstellen.
# [[Forschungsfrage]]: Entwickle eine Untersuchung zur Frage, wie Molekülstruktur und Wasserlöslichkeit zusammenhängen, und formuliere kontrollierbare Variablen.
# [[Interview]]: Befrage eine Fachperson aus Labor, Apotheke oder Umwelttechnik zur Bedeutung von Molekülsubstanzen und werte die Aussagen chemisch aus.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Struktur-Eigenschafts-Beziehung]]: Erkläre, warum Wasser einen deutlich höheren Siedepunkt besitzt als ähnlich kleine unpolare Moleküle.
# [[Vergleich]]: Vergleiche Kohlenstoffdioxid, Natriumchlorid und Diamant auf Teilchenebene und leite daraus Unterschiede beim Schmelzen und bei der Leitfähigkeit ab.
# [[Transfer auf unbekannte Stoffe]]: Ein unbekannter Stoff besteht aus neutralen Molekülen, ist unpolar und besitzt eine große Elektronenhülle. Formuliere begründete Erwartungen zu London-Kräften und Löslichkeit.
# [[Fehleranalyse]]: Widerlege die Aussage: Beim Verdampfen von Wasser werden die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt.
# [[Versuchsplanung]]: Entwirf eine Untersuchung, mit der Du zwei farblose Flüssigkeiten anhand ihrer Mischbarkeit und Leitfähigkeit einer Stoffklasse zuordnen kannst.
# [[Modellentscheidung]]: Beurteile, ob Summenformel, Valenzstrichformel oder räumliches Modell am besten geeignet ist, um die Polarität eines Moleküls vorherzusagen.

 
 

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis zu Molekülsubstanzen sind besonders wichtig:

# Du unterscheidest Moleküle sicher von Ionen, Metallen und Atomgittern.
# Du beschreibst die Elektronenpaarbindung als Bindung innerhalb eines Moleküls.
# Du liest Summenformeln und berechnest einfache molare Massen.
# Du nutzt Molekülgeometrie und Bindungspolarität zur Beurteilung eines Dipols.
# Du unterscheidest London-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte und Wasserstoffbrücken.
# Du erklärst Schmelz- und Siedeverhalten, Löslichkeit und Leitfähigkeit mit dem Teilchenbau.
# Du wendest die Modelle auf unbekannte Molekülsubstanzen an und benennst Grenzen der Modelle.

 
 

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Molekül </iframe>

 

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Molekülsubstanzen - Chemie]]'''
# [[Molekül]]
# [[Kovalente Bindung]]
# [[Valenzstrichformel]]
# [[Molekülgeometrie]]
# [[Polarität (Chemie)]]
# [[Zwischenmolekulare Kräfte]]
# [[London-Kraft]]
# [[Dipol-Dipol-Kräfte]]
# [[Wasserstoffbrückenbindung]]
# [[Löslichkeit]]
# [[Siedetemperatur]]
|}

[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Sekundarstufe I]]
[[Kategorie:Klasse 8-10]]
[[Kategorie:Chemische Bindung]]
[[Kategorie:Stoffeigenschaft]]
[[Kategorie:Molekül]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Molekülsubstanzen - Chemie - Versionsgeschichte

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