Wenn zwei Atome ihre Elektronen miteinander teilen, haben beide was davon – das ist das Prinzip der Atombindung, die in der Chemie auch unter dem Namen kovalente Bindung oder homöopolare Bindung bekannt ist. Warum aber teilen Atome so gern? Auf diese Frage findest Du hier eine Antwort.
Außerdem erwarten Dich eine leicht verständliche Definition, konkrete Beispiele, eine Aufstellung aller wichtigen Eigenschaften und Du erfährst natürlich auch alles über polare und unpolare Atombindungen.
Atombindung Definition
Der Grund für die Teilbereitschaft kommt davon, dass Atome immer optimal mit Elektronen ausgestattet sein wollen. Dazu können sie einerseits einem anderen Atom Elektronen entziehen oder aber sie suchen sich einen oder mehrere Bindungspartner und gehen Bindungen ein. Aus einzelnen Atomen können so unendlich viele verschiedene Verbindungen entstehen.
Die Atombindung ist eine chemische Bindungsart, die meist zwischen zwei nichtmetallischen Atomen (wie Sauerstoff und Wasserstoff) vorliegt. Die Bindungspartner teilen sich dabei mindestens zwei Elektronen (Elektronenpaar).
Die geteilten Elektronen befinden sich räumlich zwischen den beiden Atomkernen, ohne dass eines der Atome diese zu stark für sich beansprucht. So werden die Atome dauerhaft zusammengehalten, aber natürlich auch nur solange, bis sie während einer Reaktion wieder voneinander getrennt werden.
Atome können sich auf verschiedenen Arten zu Verbindungen verknüpfen. Neben der Atombindung gibt es noch die Ionenbindung und die metallische Bindung, zu denen Du auf StudySmarter im Bereich Chemie ebenfalls Erklärungen findest.
Atombindung und die Edelgasregel
Nach dem Schalenmodell der Chemie kannst Du Dir vorstellen, dass sich die Elektronen eines Atoms auf verschiedenen Schalen befinden. Die inneren Elektronen lässt Du heute mal außen vor und konzentrierst Dich stattdessen auf die äußeren. Denn diese Außenelektronen (auch Valenzelektronen) sind dazu in der Lage, chemische Bindungen zu bilden.
Wie viele Außenelektronen ein Element hat, kannst Du übrigens ganz leicht mithilfe der Gruppenaufteilung im Periodensystem herausfinden. Für Natrium, Calcium, Argon und alle weiteren Elemente in den Hauptgruppen entspricht die Gruppenzahl jeweils der Anzahl an Außenelektronen.
Nach der Oktettregel aus der Chemie versuchen alle Elemente acht Außenelektronen zu sammeln, damit sie so stabil sein können wie die Edelgase. Diese haben nämlich mit ihren acht Außenelektronen eine voll befüllte Schale. Sobald Atome diesen Zustand erreichen, sind sie energetisch besonders stabil.
Lediglich die erste Periode ist von dieser Regel ausgenommen. Die Atomkerne dieser beiden Elemente sind so klein, dass sie nur maximal zwei Elektronen aufnehmen können. Aber auch Wasserstoff will einen energetisch stabilen Zustand erreichen und so sein wie Helium, weshalb es versucht, ein zusätzliches Elektron aufzunehmen, indem es Bindungen eingeht.
Was ist aber mit den ganzen anderen Elementen, die ebenfalls nach größtmöglicher Stabilität streben? Diese können Bindungen eingehen und mit anderen Atomen Verbindungen ausbilden, wie Du im nächsten Abschnitt sehen wirst.
Atombindung Beispiele
Schau Dir für den Anfang das Wassermolekül (H2O) an: Warum besteht dieses Molekül ausgerechnet aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom?
Der Grund dafür ist, dass Sauerstoff bereits sechs Außenelektronen hat und nur noch zwei weitere benötigt, um die Oktettregel zu erfüllen. Das Gleiche gilt für die beiden Wasserstoffatome. Diese bringen jeweils ein Elektron mit, was bedeutet, dass sie noch ein weiteres benötigen, um die Edelgaskonfiguration für die erste Periode zu erreichen.
Neben Einfachbindungen können Moleküle auch Mehrfachbindungen ausbilden. In diesem Fall werden Atome nicht nur über ein Elektronenpaar aneinander gebunden, sondern werden über zwei, drei oder sogar vier Atombindungen zusammengehalten.
Kohlenstoffdioxid besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen, die jeweils über zwei Atombindungen aneinander gebunden sind. Wenn zwischen zwei Atomen zwei Bindungen vorliegen, kannst Du auch einfach Doppelbindung sagen. Die beiden Sauerstoffatome haben auch in diesem Molekül jeweils zwei freie Elektronenpaare.
Atombindung Eigenschaften
Bestimmt fragst Du Dich, woher Du wissen sollst, wann welche Bindungsart in einem Molekül vorliegt. Dieser Frage gehst Du in diesem Abschnitt auf den Grund.
Atombindung und Elektronegativität
Ob nun eine Atombindung vorliegt, kannst Du ganz leicht mit einem Blick ins Periodensystem herausfinden. Dort findest Du meist links unten in der Elementkarte den Wert für die Elektronegativität.
Die Elektronegativität gibt an, wie stark ein Element innerhalb einer Bindung an den Elektronen zieht. Je höher der Wert, desto stärker zieht der Atomkern eines Atoms Elektronen an sich heran.
Wenn der Unterschied der beiden Elektronegativitätswerte zweier Atome, also die Elektronegativitätsdifferenz \(\Delta EN\), über 1,7 liegt, handelt es sich um eine Ionenbindung.
Vor allem Salzverbindungen weisen Ionenbindungen auf, da die Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Alkali- beziehungsweise Erdalkalimetallen und den Halogenen so groß ist.
Natriumchlorid (NaCl) kennst Du bestimmt unter dem Namen Kochsalz. Dabei handelt es sich um eine Ionenverbindung, da sie aus einem Kation (Na+) und einem Anion (Cl-) besteht. Diese beiden Ionen haben jeweils die Edelgaskonfiguration erreicht. Dazu musste Natrium ein Elektron abgeben und Chlor ein Elektron aufnehmen.
Im Periodensystem liest Du für Natrium einen Elektronegativitätswert von 0,9 und für Chlorid einen von 3,2 ab. Je nachdem, welche Elektronegativitätsskala für das Periodensystem genutzt wurde, können Deine Werte von diesen hier abweichen.
Nun musst Du nur noch den größeren Wert vom kleineren abziehen und schon weißt Du, dass es sich um eine Ionenverbindung handeln muss, da der Wert über 1,7 liegt:
$$\Delta EN = 3,2 - 0,9 = 2,3 > 1,7$$
Wenn der Elektronegativitätswert unter 1,7 liegt, kannst Du bei Molekülen davon ausgehen, dass bei diesen Atombindungen vorliegen. Das ist zum Beispiel bei so gut wie allen organischen Molekülen der Fall.
Schau Dir als Beispiel gern mal die Elektronegativitätsdifferenz für Wasserstoff und Sauerstoff an, damit Du siehst, dass Wasser über Atombindungen zusammengehalten wird.
Sauerstoff hat einen Elektronegativitätswert von 3,4 und Wasserstoff einen von 2,2. Damit ergibt sich:
$$\Delta EN = 3,4 - 2,2 = 1,2 < 1,7$$
\(\Delta EN\) ist hier 1,2, also handelt es sich um eine Atombindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff.
Polare und unpolare Atombindung
Atombindungen können je nach Elektronegativitätsdifferenz polar oder unpolar sein. Wasser ist ein polares Molekül, das heißt, es hat ein elektrisches Dipolmoment. Bei der Beurteilung, ob eine Bindung oder ein Molekül polar ist, musst Du allerdings beides getrennt voneinander betrachten. Ein Molekül kann nämlich nach außen hin unpolar sein, obwohl es aus polaren Atombindungen besteht. Ob ein Molekül mit polaren Atombindungen auch wirklich nach außen hin polar ist, hängt häufig von der Struktur ab.
Bei einem Molekül mit elektrischem Dipolmoment, verschiebt sich die elektrische Ladung (Elektronen) in die Richtung des Atoms mit höherem Elektronegativitätswert. Diese Verschiebung wird über die Symbole \(\delta^+\) (partiell positiv geladen) und \(\delta^-\) (partiell negativ geladen) gekennzeichnet.
In einigen Molekülen kann diese Verschiebung nicht ausgeglichen werden, so wie beim Wasser. Wenn Du Wasser und Kohlenstoffdioxid vergleichst, stellst Du fest, dass beide Moleküle aus Atomen bestehen, die sich von der Elektronegativität stark unterscheiden.
Generell kannst Du Dir merken, dass eine Atombindung polar ist, sobald die Elektronegativitätsdifferenz größer als 0,5 ist.
Zusammengefasst gelten für polare und unpolare Bindungen in der Chemie folgende Richtwerte für \(\Delta EN\):
- < 0,5 → unpolare Atombindung
- 0,5 - 1,7 → polare Atombindung
- > 1,7 → Ionenbindung
Atombindung – Das Wichtigste
- Die Atombindung gehört mit der Ionenbindung und der metallischen Bindung zu den drei Hauptbindungsarten der Chemie.
- Die Definition von Atombindungen besagt, dass sich bei diesem Bindungstyp zwei Atome das gleiche Elektronenpaar teilen, um so möglichst die Edelgaskonfiguration zu erreichen.
- Beispiele für Moleküle mit Atombindungen sind Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2).
- Die besonderen Eigenschaften der Atombindung kommen dadurch zustande, dass die an der Bindung beteiligten Atome eine Elektronegativitätsdifferenz \(\Delta EN\) von unter 1,7 haben.
- Atombindungen können polar oder unpolar sein: Wenn \(\Delta EN\) größer als 0,5 ist, handelt es sich um eine polare Bindung. Liegt sie darunter, ist die Bindung unpolar.
Nachweise
- Pauling (1960). The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals. Mei Ya Publications Taipei.
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