INTERATOMARE VERBINDUNGEN: MERKMALE UND TYPEN - CHEMIE - 2025

Die interatomare Bindung ist die chemische Bindung, die sich zwischen Atomen bildet, um Moleküle zu erzeugen. Obwohl sich Wissenschaftler heute im Allgemeinen einig sind, dass sich Elektronen nicht um den Kern drehen, wurde im Laufe der Geschichte angenommen, dass jedes Elektron in einer separaten Hülle um den Kern eines Atoms kreist.

Heute sind Wissenschaftler zu dem Schluss gekommen, dass Elektronen über bestimmten Bereichen des Atoms schweben und keine Umlaufbahnen bilden. Die Valenzschale wird jedoch weiterhin zur Beschreibung der Verfügbarkeit von Elektronen verwendet.

Abbildung 1: Atome, die über chemische Bindungen miteinander interagieren.

Linus Pauling trug zum modernen Verständnis der chemischen Bindung bei, indem er das Buch "The Nature of Chemical Bonding" schrieb, in dem er Ideen von Sir Isaac Newton, Étienne François Geoffroy, Edward Frankland und insbesondere Gilbert N. Lewis sammelte.

Darin verband er die Physik der Quantenmechanik mit der chemischen Natur der elektronischen Wechselwirkungen, die bei der Herstellung chemischer Bindungen auftreten.

Paulings Arbeit konzentrierte sich darauf festzustellen, dass echte Ionenbindungen und kovalente Bindungen am Ende eines Bindungsspektrums liegen und dass die meisten chemischen Bindungen zwischen diesen Extremen klassifiziert werden.

Pauling entwickelte eine Gleitskala vom Bindungstyp weiter, die von der Elektronegativität der an der Bindung beteiligten Atome abhängt.

Paulings immense Beiträge zu unserem modernen Verständnis der chemischen Bindung führten dazu, dass er 1954 den Nobelpreis für "Erforschung der Natur der chemischen Bindung und ihrer Anwendung zur Aufklärung der Struktur komplexer Substanzen" erhielt.

Lebewesen bestehen aus Atomen, aber in den meisten Fällen schweben diese Atome nicht nur einzeln. Stattdessen interagieren sie normalerweise mit anderen Atomen (oder Gruppen von Atomen).

Zum Beispiel können Atome durch starke Bindungen verbunden und in Molekülen oder Kristallen organisiert werden. Oder sie können temporäre, schwache Bindungen mit anderen Atomen eingehen, die mit ihnen kollidieren.

Sowohl die starken Bindungen, die Moleküle binden, als auch die schwachen Bindungen, die temporäre Verbindungen herstellen, sind für die Chemie unseres Körpers und für die Existenz des Lebens selbst wesentlich.

Atome neigen dazu, sich in möglichst stabilen Mustern zu organisieren, was bedeutet, dass sie dazu neigen, ihre äußersten Elektronenbahnen zu vervollständigen oder zu füllen.

Sie verbinden sich mit anderen Atomen, um genau das zu tun. Die Kraft, die Atome in Sammlungen zusammenhält, die als Moleküle bekannt sind, wird als chemische Bindung bezeichnet.

Arten interatomarer chemischer Bindungen

Metallische Bindung

Die metallische Bindung ist die Kraft, die die Atome in einer reinen metallischen Substanz zusammenhält. Ein solcher Feststoff besteht aus dicht gepackten Atomen.

In den meisten Fällen überlappt die äußerste Elektronenhülle jedes der Metallatome mit einer großen Anzahl benachbarter Atome. Infolgedessen bewegen sich Valenzelektronen kontinuierlich von Atom zu Atom und sind keinem bestimmten Atompaar zugeordnet.

Abbildung 2: Darstellung einer Metallbindung

Metalle haben verschiedene Eigenschaften, die einzigartig sind, wie die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, niedrige Ionisierungsenergie und geringe Elektronegativität (so geben sie Elektronen leicht ab, dh sie sind Kationen).

Zu ihren physikalischen Eigenschaften gehört ein glänzendes (glänzendes) Aussehen, und sie sind formbar und duktil. Metalle haben eine kristalline Struktur. Metalle sind jedoch auch formbar und duktil.

In den 1900er Jahren entwickelte Paul Drüde die Elektronenmeertheorie, indem er Metalle als Mischung aus Atomkernen (Atomkerne = positive Kerne + innere Elektronenhülle) und Valenzelektronen modellierte.

In diesem Modell sind die Valenzelektronen frei, delokalisiert, mobil und keinem bestimmten Atom zugeordnet.

Ionenverbindung

Ionenbindungen sind elektrostatischer Natur. Sie treten auf, wenn ein Element mit einer positiven Ladung durch Coulomb-Wechselwirkungen mit einem Element mit einer negativen Ladung verbunden wird.

Elemente mit niedrigen Ionisierungsenergien neigen dazu, leicht Elektronen zu verlieren, während Elemente mit hoher Elektronenaffinität dazu neigen, sie zu Kationen bzw. Anionen zu gewinnen, die Ionenbindungen bilden.

Verbindungen mit Ionenbindungen bilden Ionenkristalle, in denen positive und negativ geladene Ionen nahe beieinander schwingen, es besteht jedoch nicht immer eine direkte 1-1-Korrelation zwischen positiven und negativen Ionen.

Ionenbindungen können typischerweise durch Hydrierung oder die Zugabe von Wasser zu einer Verbindung aufgebrochen werden.

Substanzen, die durch Ionenbindungen zusammengehalten werden (wie Natriumchlorid), können sich üblicherweise in echte geladene Ionen trennen, wenn eine äußere Kraft auf sie einwirkt, beispielsweise wenn sie in Wasser gelöst sind.

Darüber hinaus werden einzelne Atome in fester Form nicht von einem einzelnen Nachbarn angezogen, sondern bilden riesige Netzwerke, die durch elektrostatische Wechselwirkungen zwischen dem Kern jedes Atoms und benachbarten Valenzelektronen voneinander angezogen werden.

Die Anziehungskraft zwischen benachbarten Atomen verleiht ionischen Festkörpern eine äußerst geordnete Struktur, die als Ionengitter bekannt ist, wobei sich entgegengesetzt geladene Teilchen zueinander ausrichten, um eine fest gebundene starre Struktur zu erzeugen.

Abbildung 3: Natriumchloridkristall

Kovalente Bindung

Eine kovalente Bindung tritt auf, wenn Atome Paare von Atomen teilen. Atome binden sich kovalent an andere Atome, um mehr Stabilität zu erreichen, was durch die Bildung einer vollständigen Elektronenhülle erreicht wird.

Durch das Teilen ihrer äußersten (Valenz-) Elektronen können Atome ihre äußere Hülle mit Elektronen füllen und Stabilität gewinnen.

Abbildung 4: Lewis-Diagramm der kovalenten Bindung des Stickstoffmoleküls

Obwohl Atome Elektronen teilen sollen, wenn sie kovalente Bindungen bilden, teilen sie Elektronen oft nicht gleichmäßig. Nur wenn zwei Atome desselben Elements eine kovalente Bindung bilden, werden die gemeinsamen Elektronen tatsächlich zu gleichen Teilen zwischen den Atomen geteilt.

Wenn Atome verschiedener Elemente durch kovalente Bindung Elektronen teilen, wird das Elektron weiter zum Atom mit der höchsten Elektronegativität gezogen, was zu einer polaren kovalenten Bindung führt.

Im Vergleich zu ionischen Verbindungen haben kovalente Verbindungen normalerweise einen niedrigeren Schmelz- und Siedepunkt und neigen weniger dazu, sich in Wasser zu lösen.

Kovalente Verbindungen können sich in einem gasförmigen, flüssigen oder festen Zustand befinden und leiten Elektrizität oder Wärme nicht gut.

Wasserstoffbrücken

Abbildung 5: Wasserstoffbrücken zwischen zwei Wassermolekülen

Wasserstoffbrücken oder Wasserstoffbrückenbindungen sind schwache Wechselwirkungen zwischen einem an ein elektronegatives Element gebundenen Wasserstoffatom und einem anderen elektronegativen Element.

In einer polaren kovalenten Bindung, die Wasserstoff enthält (zum Beispiel eine OH-Bindung in einem Wassermolekül), hat der Wasserstoff eine leicht positive Ladung, da die Bindungselektronen stärker zum anderen Element gezogen werden.

Aufgrund dieser leichten positiven Ladung wird Wasserstoff von benachbarten negativen Ladungen angezogen.

Links zu Van der Waals

Es sind relativ schwache elektrische Kräfte, die neutrale Moleküle in Gasen, in verflüssigten und erstarrten Gasen sowie in fast allen organischen und festen Flüssigkeiten aneinander ziehen.

Die Kräfte sind nach dem niederländischen Physiker Johannes Diderik van der Waals benannt, der diese intermolekularen Kräfte erstmals 1873 postulierte, um eine Theorie zur Erklärung der Eigenschaften realer Gase zu entwickeln.

Van-der-Waals-Kräfte ist ein allgemeiner Begriff, der verwendet wird, um die Anziehungskraft intermolekularer Kräfte zwischen Molekülen zu definieren.

Es gibt zwei Klassen von Van-der-Waals-Kräften: die London Scattering Forces, bei denen es sich um schwache und stärkere Dipol-Dipol-Kräfte handelt.

Verweise

1. Anthony Capri, AD (2003). Chemische Bindung: Die Art der chemischen Bindung. Abgerufen von visionlearning visionlearning.com
2. Camy Fung, NM (2015, 11. August). Kovalente Anleihen. Entnommen aus chem.libretexts chem.libretexts.org
3. Clark, J. (2017, 25. Februar). Metallische Bindung. Entnommen aus chem.libretexts chem.libretexts.org
4. Encyclopædia Britannica. (2016, 4. April). Metallische Bindung. Entnommen aus britannica britannica.com.
5. Encyclopædia Britannica. (2016, 16. März). Van der Waals Kräfte. Entnommen aus britannica britannica.com
6. Kathryn Rashe, LP (2017, 11. März). Van der Waals-Streitkräfte. Entnommen aus chem.libretexts chem.libretexts.org.
7. Khan, S. (SF). Chemische Bindungen. Entnommen aus khanacademy khanacademy.org.
8. Martinez, E. (2017, 24. April). Was ist Atombindung? Entnommen aus sciencing sciencing.com.
9. Wyzant, Inc. (SF). Fesseln. Entnommen aus wyzant wyzant.com.