Chemische Bindungen

Grundtypen der Chemischen Bindungen

Um den unterschiedlichsten Anforderungen auf unserem Planeten gerecht werden zu können, musste der Mensch seit jeher seine Umwelt verstehen lernen.

Am Anfang ging es um die Deckung der Elementaren Bedürfnisse.

Jedoch im Laufe der Zeit ging es mehr und mehr um das fundierte Verständniss aller zuvor nicht erklärten Abläufe die um den Menschen herum geschahen.

Langsam aber stetig entwickelten sich die Naturwissenschaften zum Schlüssel der das Tor zu einer neuen Epoche öffnete. Um so weniger der Mensch sich nun um seine Elementaren Bedürfnisse kümmern musste ,um so mehr ging er ins detail auf der Suche nach dem wirklich Grundlegendem : Atomen und Elementen und ihre Fähigkeit sich auf mannigfaltige Art und Weise zu kombinieren um das Leben an sich zu ermöglichen.

Atome eines Elements sind in der Lage sich mit Atomen anderer Elemente zu Verbinden. Dies wird durch chemische Bindungen ermöglicht. Auf diese Art und Weise entstehen neue physikalische und chemische Eigenschaften die sich von denen der Ausgangselemente deutlich unterscheiden können.

Es gibt III Grundtypen für den Zusammenhalt von Atomen:

I- Die metallische Bindung
II- Die Ionenbindung
III- Die Atombindung

Welche Bindungsvariante eingegangen wird hängt von der Elektronen- Konfiguration der Valenzelektronen der einzelnen Atome ab. Erreichen die Atome durch die Bindung in ihrer Valenzschale eine

Edelgaskonfiguration s2 p6- so ist die Anordnung günstig und stabil . Edelgase haben durch ihre stabile 8ter Schale eine geringe Tendenz mit anderen

Stoffen Bindungen einzugehen und liegen daher meisst Atomar vor . Die übrigen Elemente versuchen durch die Bindung anderer Partner möglichst auch eine stabile 8- Elektronenkonfiguration auf der Valenzschale zu erreichen.

Die Atome von Elementen mit einem oder zwei manchmal auch mehr Valenzelektronen können sich fest zu einem Gitter zusammenlagern. Ihre Elektronen sind dabei soweit gelockert das sie sich frei zwischen den räumlich fixierten und positiv geladenen Atomrümpfen bewegen können.

Die Elektronen sind in diesem Fall delokalisiert und leicht beweglich.

So stellen sie ein dreidimensionales Elektronengas, da kein Elektron mehr zu einem spezifischem Atom gehört.

Solche Atomverbände haben einen regelmässigen Aufbau und neigen zur kristallisation. Elemente mit solchen Eigenschaften heissen Metalle.

(Die Anziehungskräfte die zwischen Atomen durch delokalisierte Valenz- Elektronen zustandekommen bezeichnet man als Metallische-Bindung)

Die nächste Bindungsvariante ist die IONENBINDUNG, die auch Hetropolare Bindung genannt wird. Bei dieser Bindungsart kommt es auf die elektrostatischen Anziehungskräfte der gegensinnig geladenen Ionen an .

Atome mit einer geringen Anzahl an Valenz-Elektronen haben die Tendenz diese abzugeben. Dadurch entstehen positiv geladene Teilchen deren äußere

Schale eine Edelgaskonfiguration hat. Mann nennt sie Kationen.

1s2 2s2 2p6 3s1 ------ -e ------- 1s2 2s2 2p6 Na+ (da protonen überschuss)

Für die Abgabe von Elektronen wird Energie benötigt ,die man IonisierungsEnergie nennt. Sie nimmt innerhalb einer Periode von links nach rechts zu Und innerhalb einer Hauptgruppe von oben nach unten ab.

Atome denen hingegen nur 1 oder 2 Valenzelektronen zur 8ter-Schale fehlen Haben eine Tendenz diese aufzunehmen und dabei Anionen , negativ geladene Teilchen zu bilden.

F---1s2 2s2 2p5------ +e-------1s2 2s2 2p6---F-

Die Neigung zur Bildung von Ionen ist nicht bei allen Elementen gleich stark ausgeprägt. Bei den Elementen der 1+2 Hauptgruppe sowie bei den Nebengruppenelementen findet man eine deutliche Tendenz zur Kationenbildung.

Anionen hingegen entstehen bevorzugt aus den Elementen der 6+7 Hauptgruppe.

Um bei der Abschätzung der Tendenz zur Ionenbildung nicht auf schwierig zu messende Energiegrössen (Ionisierungsenergie , Elektronenaffinität) angewiesen zu sein , hat man den Begriff -Elektronegativität eingeführt.

Es handelt sich um eine feste Grösse mit den Werten zwischen 0-4.

Hohe EN bedeutet daß ein Atom in einer Verbindung eine starke Tendenz hat Elektronen zu sich herüber zu ziehen.(F/O)

Elemente die sich stark in ihrer EN unterscheiden bewirken eine gegenseitige Ionisation. Es entstehen chemische Verbindungen die man Salze nennt.

Bei ähnlicher EN der Atome kommt es eher zur Bildung von Atombindungen.

Kommt es jedoch zu einer Ionenbindung bilden die Entstandenen Ionen einen Festen Verband. In allen 3 Richtungen des Raumes reihen sich Kationen und Anionen abwechselnd zu einem Gitter zusammen.

Der Zusammenhalt entsteht alleine durch die elektrostatische Anziehungskraft Zwischen den Ionen.

Bei Leitungsvorgängen übernehmen auch die Ionen die Aufgabe des Ladungsträgers, nicht Elektronen wie beim Metall.

------------------------------------------------------------------------------------------------- (Die Bindungsenergie eines Salzes bezeichnet man als Gitterenergie .)

(Diese Energie wird frei ,wenn sich Ionenkristalle bilden. Man muss )

(sie aufwenden wenn das Ionengitter gegen elektrostatische Anziehung )

( in die einzelnen Ionen zerlegt werden soll.

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Als dritte Bindungsvariante kommt nun noch die ATOMBINDUNG hinzu.

Sie tritt bei Elementen mit einer geringen Neigung zur Ionenbildung in Kraft.

In diesem Fall zeigen die Atome eine starke Tendenz sich so zusammenzulagern ,das jedes Atom ein einzelnes ungepaartes Elektron für ein gemeinsames (bindendes) Elektronenpaar beisteuert. Der Zusammenhalt von Atomen durch die Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare wird neben Atombindung auch kovalente oder homöo-polare Bindung genannt.

Die an einer Atombindung beteiligten Atome können gleich oder unterschiedlich sein .Ein Atom kann mit seinen Valenzelektronen auch zur Bildung mehrerer gemeinsamer Elektronenpaare beitragen.

Die Bindigkeit(Valenzzahl) eines Atoms richtet sich nur nach der zahl seiner Valenzelektronen. Unter Einbeziehung der gemeinsamen Elektronenpaare dürfen sich am Ende nicht mehr als 8 (beim H-Atom2) Elektronen auf der äußeren Schale eines Atoms befinden. Also können an einem Atom max. 4 gemeinsame Elektronenpaare ausgebildet werden.(Kohlenstoffatom in Methan)

Valenzelektronen die keine Bindung eingehen bezeichnet man als freie Elektronenpaare. Aufgrund der Stellung des Atoms im Periodensystem kann man nun feststellen, wie viele freie Elektronenpaare es besitzt.

Durch die Bindung der Atome aneinander entstehen nun Moleküle.

Zur Beschreibung von Molekülen stehen die Strukturformel und die Summenformel zur Verfügung.

Durch eine Atombindung werden zwei Atome in einem bestimmten Abstand zueinander gehalten, der sich jedoch genau bestimmen lässt, obwohl die Atome ständig Schwingungen um diesen mittleren Abstand ausführen.

Den mittleren Abstand zwischen den Atomkernen bezeichnet man als Bindungslänge. Sie lässt sich mit Hilfe der Röntgenstrukturanlyse kristalliner Festkörper und mit Hilfe von Schwingungsspektren bestimmen.

Kommt es nun zur Spaltung von Molekülen in einzelne Atome muß man Energie aufwenden. Es ist genau der Energiebetrag der bei der Bildung des Moleküls aus den Atomen frei wird. Die Bindungsenergie lässt sich für jede einzelne Bindung in einem Molekül angeben.

Aber wie kommt es denn eigentlich zu einer Atombindung ? :

Laut Theorie müssten sich Wolken negativer Ladung (orbitale )

Durchdringen und dabei Anziehungskräfte entwickeln obwohl jeder weiss das sich gleichsinnig geladene Systeme abstossen ?!?

Es ist so zu erklären das die Atomorbitale , die sich bei Annäherung durchdringen bei dieser Begegnung ihre ursprüngliche Form und Energiegehalt ändern. So kommt es zur Bildung eines Molekülorbitals. Dies hat seine grösste

Elektronendichte im Raum zwischen den beiden Atomen. Es ist um die gedachte Verbindungsachse der Atomkerne rotationssymetrisch.

Die Atome können sich um die Bindungsachse frei drehen.

In diesem Fall spricht man von einem Sigma-Molekülorbital und bezeichnet die Atombindung als Sigmabindung.

Solange sich Atome gleicher art an einer Atombindung beteiligen(H2,CL2,N2)

Sind die Bindungselektronen symmetrisch im Raum zwischen und um die Atome verteilt.

Dies gilt auch wenn sich Atome verschiedener Elemente verbinden, sofern sich die beiden in ihrer EN nur geringfügig unterscheiden.

Diese Symmetrie ändert sich jedoch drastisch wenn Bindungspartner die sich stark in ihrer EN unterscheiden eine Atombindung eingehen.

Bei den Halogenwasserstoffen z.b. zeigt sich ,daß elektronegativere Halogenatom das bindende Elektronenpaar jeweils mehr oder weniger stark zu sich herüberziehen. Damit ist die Atombindung polarisiert.

Die Elektronegativität wird bei Elementen , die Atombindungen eingehen zu einem Maß, wie weit ein Atom gegenüber einem anderen die Bindungselektronen zu sich herüberzieht. Man kann das auftreten polarisierter Atombindungen auch so beschreiben, daß hier ein Übergang zwischen einer reinen Atombindung und einer Ionenbindung vorliegt.

Der Grad der Polarisierung einzelner Atombindungen innerhalb eines Moleküls ist sowohl für die physikalischen Eigenschaften als auch für die Reaktivität gegenüber anderen Molekülen bedeutsam.