Chemische Bindungen: Arten, Eigenschaften und Regeln

Chemische Bindungen: Grundlagen und Typen

Wie Elemente die Edelgaskonfiguration erreichen, führt zu drei Hauptarten chemischer Bindungen zwischen Atomen:

• Ionische Bindung
• Kovalente Bindung
• Metallische Bindung

Was sind chemische Bindungen?

Chemische Bindungen sind alle Kräfte, die Atome zusammenhalten, wenn sie Moleküle oder Kristalle bilden. Dazu gehören auch die Kräfte, die Moleküle in flüssigem oder festem Zustand zusammenhalten.

Die Oktettregel nach Gilbert N. Lewis

Atome verbinden sich miteinander, um acht Elektronen in ihrer Valenzschale zu erreichen.

Ionische Bindung

Bildung ionischer Bindungen und Ionen

Eine ionische Bindung entsteht, wenn Atome sich verbinden, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen, indem sie Elektronen abgeben oder aufnehmen.

• Ein elektronegatives Atom neigt dazu, Elektronen aufzunehmen und ein negativ geladenes Ion (Anion) zu bilden.
• Ein elektropositives Atom neigt dazu, Elektronen abzugeben und ein positiv geladenes Ion (Kation) zu bilden.

Ionenkristallgitter und Koordinationszahl

Das Ionenkristallgitter ist eine sehr stabile Struktur, in der positive Ionen von der größtmöglichen Anzahl negativer Ionen umgeben sind und umgekehrt.

Die Formel einer ionischen Verbindung zeigt das Verhältnis, in dem Atome kombiniert werden; es ist eine empirische Formel, da diese Verbindungen keine Moleküle bilden.

Die Koordinationszahl ist die Anzahl der Ionen eines Vorzeichens, die ein Ion mit entgegengesetztem Vorzeichen umgeben.

Wichtige Eigenschaften ionischer Verbindungen

• Sie sind bei Raumtemperatur fest (der hohe Schmelzpunkt hängt mit der Stabilität des Kristallgitters zusammen).
• Sie sind hart und spröde (Härte ist der Widerstand gegen Kratzer; Sprödigkeit ist der Widerstand gegen Schläge).
• Sie leiten im festen Zustand keinen elektrischen Strom, aber in geschmolzenem Zustand oder in Lösung. Für die elektrische Leitfähigkeit muss die Bewegung elektrischer Ladungen möglich sein.
• Die meisten ionischen Verbindungen sind in Wasser löslich und in unpolaren Lösungsmitteln (wie Benzol oder Benzin) unlöslich.

Kovalente Bindung

Kovalente Bindung: Elektronen teilen

Eine kovalente Bindung entsteht, wenn Atome sich verbinden, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen, indem sie Elektronen teilen. In diesem Fall ist das Teilen von Elektronen entsprechend ihrer Valenz die einzige Möglichkeit, wie zwei Atome sich binden können.

Grundlegende Prinzipien der Chemie

Energieprinzipien

• Um ein Teilchen auf ein höheres Energieniveau zu bringen, muss es externe Energie aufnehmen.
• Jedes System hat immer die Tendenz, Energie zu verlieren, um minimale Werte und damit Stabilität zu erreichen.

Quantenmechanische Prinzipien

• Pauli-Prinzip: In einem Atom können keine zwei Elektronen die gleichen vier Quantenzahlen haben.
• Hund'sche Regel: Wenn nach dem Prinzip der minimalen Energie und dem Pauli-Prinzip verschiedene Konfigurationen möglich sind, ist diejenige am günstigsten, die die größte Anzahl von Elektronen mit gleichem Spin (ungepaart) ermöglicht.