Chemische Bindungen und Festkörperstrukturen im Überblick
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Übersicht der Feststoffarten
| Art der Feststoffe | Beispiel | Teilchen im Kristall | Bindung zwischen Teilchen | Eigenschaften |
|---|---|---|---|---|
| Molekulare Feststoffe | Einfache Stoffe oder Verbindungen von nichtmetallischen Elementen | Moleküle (molekulare Struktur) | Intermolekulare Kräfte | Schmelz- und Siedetemperatur niedrig; nicht löslich in polaren Lösungsmitteln, außer wenn sie polar sind; löslich in unpolaren Lösungsmitteln, wenn sie unpolar sind. |
| Kovalente Riesenstrukturen | Diamant | Atome (Riesenstruktur) | Kovalente Bindungen | Hohe Schmelztemperatur, hart, aber zerbrechlich, Nichtleiter, unlöslich in allen Lösungsmitteln. |
| Ionische Feststoffe | Binäre Verbindungen mit großem Unterschied in der Elektronegativität | Positive und negative Ionen (Riesenstruktur) | Ionisch (elektrostatische Anziehung zwischen Ionen) | Hoher Schmelzpunkt, zerbrechlich, im festen Zustand nicht leitfähig, aber leitfähig im flüssigen Zustand; löslich in polaren Lösungsmitteln, aber nicht in unpolaren. |
| Metalle | Metallische Elemente | Metallatome/Ionen | Metallbindung | Hoher Schmelzpunkt, hart, aber dehnbar und verformbar, hohe Dichte, gute elektrische Leiter im Festkörper und in Flüssigkeit, unlöslich in polaren und unpolaren Flüssigkeiten. |
Grundlagen der chemischen Bindungen
Chemische Bindungen: Die Vereinigung zwischen Atomen oder Ionen zu Molekülen. Moleküle können wiederum durch intermolekulare Kräfte verbunden werden, um multimolekulare Strukturen zu bilden.
Die Ionenbindung
Ionenbindung: Diese Form tritt als Folge der elektrischen Kräfte zwischen Ionen mit entgegengesetztem Vorzeichen auf, die einen ionischen Kristall bilden.
Die kovalente Bindung
Kovalente Bindung: Entsteht zwischen Atomen, die ein Elektronenpaar teilen, um so im Allgemeinen ihre äußere Schale zu vervollständigen.
Die Metallbindung
Metallbindung: Tritt als Folge der elektrischen Anziehung zwischen positiven Metallionen und der sie umgebenden Elektronenwolke auf. Eigenschaften: metallischer Glanz, hohe Dichte, hohe Schmelztemperatur und Härte, gute elektrische und thermische Leitfähigkeit.
Intermolekulare Kräfte im Detail
- Dipol-Dipol-Kräfte: Wirken zwischen dem positiven Teil eines Dipol-Moleküls und dem negativen Teil eines anderen Dipols.
- Dispersionskräfte: Bestehen zwischen Molekülen durch die Bildung von temporären Dipolen als Ergebnis der Elektronenbewegung.
- Wasserstoffbrückenbindungen: Treten zwischen Wasserstoffatomen in einem Molekül und einem kleinen Atom mit hoher Elektronegativität (wie Fluor, Sauerstoff oder Stickstoff) auf.
Die Oktettregel
Oktettregel: Um ein riesiges Molekül oder eine Struktur zu bilden, neigen Atome dazu, Elektronen zu gewinnen, zu verlieren oder zu teilen, bis die äußere Schale vollständig mit 8 Elektronen besetzt ist.
Das Lewis-Modell
Modell von Lewis: Wenn sich zwei Wasserstoffatome (H) annähern, entstehen elektrostatische Anziehungskräfte zwischen dem Kern (Proton) und den Elektronen des jeweils anderen Atoms sowie Abstoßungskräfte zwischen den beiden Kernen und den beiden Elektronen.
Eigenschaften molekularer Substanzen
Molekulare Substanzen: Bestehen aus Molekülen, die durch intermolekulare Kräfte zusammengehalten werden und im festen Zustand Molekülkristalle bilden. Eigenschaften: Sie können gasförmig, flüssig oder fest sein. Die Schmelz- und Siedetemperatur hängt von der Intensität dieser Kräfte ab. Sie sind weich und zerbrechlich und leiten keinen elektrischen Strom. Löslichkeit: Unpolare Substanzen lösen sich in unpolaren Lösungsmitteln (z. B. Terpentin), polare Substanzen sind löslich in polaren Lösungsmitteln wie Wasser.
Kovalente Festkörper
Kovalente Festkörper: Dies sind riesige Strukturen, die durch die Bindung von Atomen einiger Elemente wie Bor, Kohlenstoff oder Silizium gebildet werden. Diese sind durch ununterbrochene kovalente Bindungen verbunden. Eigenschaften: Hohe Schmelztemperatur, Härte, Zerbrechlichkeit, niedrige Leitfähigkeit und Unlöslichkeit. Beispiele sind Diamant, Graphit und Quarz.
Ionische Festkörper
Ionische Festkörper: Sie bilden Netzwerke aus riesigen Strukturen mit positiven und negativen Ionen. Ihr Zusammenhalt erfolgt durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen. Eigenschaften: Sehr hohe Schmelztemperatur, hohe Härte, spröde/fragil; sie leiten im festen Zustand nicht. Beispiel: Verbindungen von Elementen der Gruppen 1 und 2 des Periodensystems mit Elementen der Gruppen 16 und 17.