3 Grundtypen der chemischen Bindung

Allgemeine Chemie
28.10.2002
3 Grundtypen der chemischen Bindung:
1) kovalente Bindung (zwischen Nichtmetallen)
2) Ionenbindung (zwischen Metall und Nichtmetall)
3) metallische Bindung (zwischen Metallen)
ad 1) Kovalente Bindungen:
zwei oder mehr Atome teilen sich die äußeren Valenzelektronen
zum Beispiel:
Summenformel
H2O
Strukturformel
Model
O
H
H
NH3
N
H
H
H
H
CH4
H C
H
H
H H
C2H5OH
H C C O H
H H
Außerdem bilden folgende Elemente Moleküle: O2, N2, H2 sowie alle Elemente der 7.
Hauptgruppe
Definition: Strukturformeln zeigen die Art der Verknüpfung zwischen den Elementen.
Grundlage der Valenzstrichformel ist die Oktettregel nach Lewis und Langmuir, nach der alle
Atome Edelgaskonfiguration anstreben.
Beispiele:
H H
H
H C C H
C2H6 (Ethan)
C2H2 (Ethin)
H H
H C C H
H
C C
C2H4 (Ethen)
H
C2 !!!Gibt es nicht!!!
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H
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ad 2) Ionenbindung:
vollständige Ladungsübertragung (Kation = positiv geladenes Teilchen, Anion = negativ
geladenes Teilchen)
1 Beispiel: Kochsalzbildung
2 Na + Cl2 2 NaCl
2 Beispiel: Herstellung von Magnesiumchlorid
Mg + Cl2 MgCl2
Die geladenen Teilchen (Ionen: Kation, Anion) bilden einen dreidimensionalen Verband aus,
da die elektrostatischen Kräfte ungerichtet sind.
ad 3) Metallbindung:
freies Elektronengas umschließt positive Metallkerne
Exkurs: Atome sichtbar gemacht:
- endgültige Bestätigung des atomaren Aufbaus der Materie durch Röntgenbeugung in
den 20er Jahren
- vorher schon große Teile der Chemie geschaffen, auf der Atomhypothese aufbauend
1981 Team der IBM in Zürich (Binnig und Rohrer) bauen das erste Rastertunnelmirkoskop:
Scanning Tunneling Microscope (STM)
Prinzip:
Tunnelspitze überstreift ein Objekt. Tunnelstrom (zwischen Spitze und Probe)
wird in ein optisches Signal umgewandelt > atomare Auflösung
Anwendung: Analysen von Biomolekülen (DNA)
atomares verschieben von Atomen
Ein ähnliches Prinzip liegt auch beim Rasterkraftmikroskop vor, wobei die Kraft gemessen
wird mitdem auf die Oberfläche gedrückt wird.
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Das Rastertunnelmikroskop
1981 stellten die beiden IBMMitarbeiter Gerd Binning und
Heinrich Röhrer der Öffentlichkeit
ein neues Elektronenmikroskop
vor. Bei diesem Mikroskop werden
Elektronen eingesetzt welche
einen schmalen Spalt zwischen
zwei elektrisch leitenden
Oberflächen „übertunneln“ können.
Beim Rastertunnelmikroskop setzt
man eine sehr feine Wolfrahmnadel ein welche als Elektronenquelle dient. An der
Spitze der Wolframnadel steht genau ein Atom. Die Nadel wird in einem geringen
Abstand zeilenweise (Atomzeilen) über die Oberfläche geführt. Dabei springen
Elektronen von der Wolframnadel über den Spalt zur Probe. Zwischen Probe und
Wolframnadel liegt nur eine Spannung von etwa 1 Volt, dass die Elektronen den
Spalt überspringen kann mit einem quantenphysikalischen Phänomen erklärt
werden. Man spricht in diesem Zusammenhang
von einem so genannten Tunneleffekt.
Der entstehende Tunnelstrom kann gemessen
werden und in einem Rechner zu einem
optischen Signal verrechnet werden. Da an der
Spitze der Wolframnadel nur ein Atom steht
erhält man ein Bild von dem atomaren Aufbau
der Materie.
Das Rastertunnelmikroskop kommt in nahezu
allen naturwissenschaftlichen Disziplinen zum Einsatz und dient der Aufklärung des
strukturellen Aufbaus der Materie.
Avogardo, Molbegriff, Summenformel
Nomenklatur zur Beschreibung chemischer Umsetzung in reiner Form beziehungsweise in
Lösung:
2 H2 + O2 2 H2O (RKT Kalottenmodel)
2 Na + Cl2 2 NaCl
“chemische Formel” beschreibt Zusammensetzung einer Verbindung
-
Ausgleich der Reaktionsgleichung: Masse bleibt konstant
Begriff der Formeleinheit als „kleinstes gemeinsames chemisches Vielfaches“, das
heißt H2O und nicht H4O2
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die Formeleinheit kann nur dann angegeben werden, wenn mikroskopische Kenntnis
vorliegt Beispiel: Na2C2 und nicht NaC; NaCl und nicht Na100Cl100
Beispiel: Aufstellen einer Reaktionsgleichung hier: Verbrennen von Propan
C3H8 + O2 CO2 + H2O (1)
C3H8 + O2 3 CO2 + H2O (2, C )
C3H8 + O2 3 CO2 + 4 H2O (3, C , H )
C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O (4, C , H , O )
Überlegung: Beziehen sich die Gleichungen auf größere Ensembles oder werden hier nur
Moleküle/ Atome/ Ionen bezeichnet?
- Anstelle des Abzählens von kleinsten Teilchen, ist es sinnvoll, eine standardisierte
größere Anzahl einzuführen: das Mol
- 1 Mol: Stoffmenge, die so viele Atome, Moleküle, Ionen, Formeleinheiten enthält, wie
Atome in genau 12g von 12C enthalten sind
Das Mol überführt sozusagen von atomaren Maßeinheiten in Gramm, der dabei verwendete
Multiplikator ist die Avogadro-Konstante/ Loschmid’sche Zahl
NA= 6,022 · 1023 Teilchen/mol
12 Moleküle HCl = 1 Dutzend Moleküle HCl
6,022 · 1023 Moleküle HCl = 1 Mol Moleküle HCl
NaCl: Na hat 23,0 amu
Cl hat 35,5 amu
58,5 amu
> 1 mol NaCl wiegt 58,5g
Molare Masse: M(x) in g/mol beziehungsweise g·mol-1
- chemische Arithmetrik wird Stöchiometrie genannt (Lehre von den
Zusammensetzungen und ihren Umrechnungen)
Beispiel:
C2H4 (g) + HCl C2H5 (l)
(Ethylchlorid)
15g Ethen sind gegeben, Wie viel HCl ist für die vollständige Umsetzung notwendig?
M(C2H4) = 28 g/mol
M (HCl) = 36,5 g/mol
15 g
n(C H ) =
= 0,536mol
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28 g / mol
m(HCl) = 0,536 mol · 36,5 g/mol = 19,6g HCl
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