die chemische bindung
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DIE CHEMISCHE BINDUNG Normalerweise liegen (fast) alle Stoffe in Form von Atomverbänden vor. D. h. zwei oder mehrere Atome sind miteinander verknüpft. So entstehen Moleküle und Raumgitter. Ein Raumgitter ist eine nicht abgegrenzte, regelmäßige, dreidimensionale Anordnung von Atomen oder Ionen. Zwischen den einzelnen Atomen herrschen Kräfte. Sie bewirken das Zustandekommen von chemischen Bindungen. ►Erläutere den Unterschied zwischen einer chemischen Bindung und einer chemischen Verbindung! Eine chemische Bindung ist eine Kraft, die zwischen zwei Atomen wirkt, so dass sie eine Einheit bilden. Eine chemische Verbindung ist ein Stoff, dessen Bausteine aus mindestens zwei Atomsorten bestehen. In Molekülen und Raumgittern sind die Valenzelektronen in einem günstigeren, weil energieärmeren Zustand als in den einzelnen Atomen. Meist bilden sich Elektronenpaare und es werden pro Atom 8 Valenzelektronen erreicht (Oktettregel). Je nach der Art der Atome, die sich mit einander verbinden, können wir drei Typen der chemischen Bindung unterscheiden. 1.) Die Ionenbindung Sie tritt zwischen Metall- und Nichtmetall- Atomen auf und führt zur Bildung eines Ionengitters. Metallatome zeigen eine Bereitschaft Elektronen abzugeben. Dabei entstehen positiv geladene Teilchen (Warum?), die man Kationen nennt. Antwort: Weil die Zahl der Elektronen nun kleiner ist als die Zahl der Protonen. Nichtmetallatome haben ein Bestreben, Elektronen aufzunehmen. So entstehen negativ geladene Anionen. In einem Ionenkristall sind unzählig viele Kat- und Anionen mit großer Regelmäßigkeit so angeordnet, dass sich ihre Ladung ausgleicht . Die chemische Bindung; ABL Seite © E. Langer 2003 1 Kochsalz besteht aus einfach positiv geladenen Natrium - Ionen und einfach negativ geladenen Chlor – Ionen („Chlorid“). Seine Formel lautet daher: NaCl. Es bildet ein würfelförmiges Ionengitter. Zeichne eine Skizze dieses Gitters in das obenstehende Feld. Nimm unterschiedliche Farben für Na und Cl! Das Ionengitter ist sehr stabil. Ionenverbindungen sind hart und spröde. Sie haben hohe Schmelz- und Siedepunkte. (Fp und Kp) Neben Kochsalz gibt es noch viele andere Salze (z. B. Soda). Feste Salze leiten den elektrischen Strom nicht, weil sich die Ionen im Gitter nicht bewegen können. Wird das Salz dagegen gelöst oder geschmolzen, sind die Ionen frei beweglich. Deshalb leiten Salz-Lösungen („Elektrolytlösungen“) und -Schmelzen den elektrischen Strom . 2.) Die Metallbindung tritt bei elementaren Metallen auf. Metallatome bilden ein sogenanntes Metall -gitter mit unterschiedlichen Kristallstrukturen. Die Valenzelektronen von Metallen sind nur locker gebunden. Sie können leicht abgegeben werden. Auf diese Weise wird die äußerste Schale abgestoßen und die zweitäußerste enthält meist 8 Elektronen . Die entstandenen Kationen (Atomrümpfe) bilden ein Raum-Gitter in dem die abgegebenen Elektronen sich frei bewegen können. Sie bilden ein sogenanntes Elektronengas und verursachen die elektrische Leitfähigkeit der Metalle . Metalle sind außerdem gute Wärmeleiter. Sie sind glänzend, biegsam und elastisch. Härte, Fp und Kp sind unterschiedlich. All diese Eigenschaften lassen sich aus der Anordnung des Metallgitters erklären. Das Elementsymbol eines Metalls (z. B. Fe für Eisen ) steht einerseits für ein Atom des Elements und andererseits für das Gitter. Die chemische Bindung; ABL Seite © E. Langer 2003 2 3.) DieElektronenpaarbindung Sie tritt zwischen Nichtmetallatomen auf. Dabei kommt es zur Bildung von Molekülen oder Raumgittern. Sind die NichtmetallAtome gleich, handelt es sich um ein Element , sind sie verschieden um eine chemische Verbindung . a) Moleküle In Molekülen ist die Art und die Anzahl der Atome genau festgelegt. Moleküle sind elektrisch neutrale Bausteine von Elementen (z. B. H2, O2) oder Verbindungen (z. B. H2O). Wenn 2 Atome ihre Valenzelektronen gleich stark (oder fast gleich stark) anziehen, können sich keine Ionen bilden. Zwischen den Atomen bilden sich gemeinsame ("bindende") Elektronenpaare, die die Atome miteinander verbinden. Die Elektronenhüllen überlappen gewissermaßen. Die bindenden Elektronenpaare werden beiden Atomen zugezählt. Zusammen mit den nicht bindenden Elektronenpaaren ergeben sich 8 Elektronen in der äußersten Schale. Stelle dies mit einer Skizze für das Element H2 und die Verbindung HCl dar! H–H H – Cl Da zwischen den Molekülen eher geringe Anziehungskräfte herrschen, sind Stoffe, die aus Molekülen bestehen, meist weich und haben niedrige Fp und Kp (daher bei Raumtemperatur oft flüssig oder gasförmig). Beispiele: nichtmetallische Elemente (O2, P4, S8) und Verbindungen wie Kohlendioxid (CO2), Schwefelsäure (H2SO4 ), Alkohol (C2H5O), Zucker (C12H22O11). Die chemische Bindung; ABL Seite © E. Langer 2003 3 b)Atomgitter Hier sind die Atome durch Elektronenpaarbindungen zu einem Raumgitter verknüpft. Das wichtigste Beispiel ist der Diamant . Er besteht ausschließlich aus Kohlenstoff (C) Atomen , deren jedes über 4 Elektronenpaarbindungen mit 4 weiteren C-Atomen verbunden ist. Die Bindungen weisen nach den Ecken eines regelmäßigen Tetraeders. So entsteht ein sehr stabiles Raumgitter. (Das Element Kohlenstoff kommt aber noch in einer zweiten Kristallstruktur vor: als Graphit. Auch der Graphit bildet ein Atomgitter. Weil pro C-Atom ein Valenzelektron übrig bleibt, das zwischen den Gitterschichten frei beweglich ist, ist Graphit ein elektrischer Leiter und wird zur Herstellung von Elektroden benützt.) Normalerweise sind Stoffe mit Elektronenpaarbindung jedoch Nichtleiter. Die Verbindung Quarz (SiO2) bildet – so wie Diamant – ein Atomgitter mit tetraedrischer Struktur. Stoffe mit Atomgittern sind sehr hart und haben hohe Fp und Kp. Diese Worte sind in die Lücken einzusetzen: 8, Atome (******), Atomgitter, aufzunehmen, ausgleicht, bindend, ..bindungen, elektrische(r) (**), elektrischer Strom, Eisen, Elektronen (**), Elektronenpaar(e) (**), ..elektron(en) (***), Element(e) (***), flüssig, frei bewegen, Fp (**), geladene, Graphit, H2SO4, Ionen, Ionengitter, Kohlendioxid, Kohlenstoff, Kp, mehrere, Metall(e) (***), Metallgitter, Moleküle (**), negativ, Nichtmetall, Raumgitter, Salz, Strom, Valenzelektronen, Verbindung Die chemische Bindung; ABL Seite © E. Langer 2003 4
