Chemische Bindungen: Kovalente, Metallische und Ionische

Chemische Bindungen

Kovalente Bindungen

Definition und Typen

Bei einer kovalenten Bindung teilen sich die beiden gebundenen Atome Elektronen. Wenn die Atome in einer kovalenten Bindung unterschiedlichen Elementen angehören, neigt eines dazu, die geteilten Elektronen stärker anzuziehen. Die Elektronen verbringen dann mehr Zeit in der Nähe dieses Atoms, und diese Bindung wird als polare kovalente Bindung bezeichnet. Sind die durch eine kovalente Bindung verbundenen Atome identisch, zieht keines der Atome die gemeinsamen Elektronen stärker an als das andere. Dieses Phänomen wird als unpolare kovalente Bindung oder einfach unpolar bezeichnet.

Sind die gebundenen Atome identische Nichtmetalle (wie in N₂ oder O₂), werden die Elektronen zu gleichen Teilen von beiden Atomen geteilt, und die Verbindung ist unpolar kovalent. Unterscheiden sich die Nichtmetallatome jedoch (wie in NO), werden die Elektronen ungleich verteilt. Die Verbindung wird dann als polare kovalente Bindung bezeichnet, da das polare Molekül einen positiven und einen negativen elektrischen Pol aufweist. Sie ist kovalent, weil die Atome die Elektronen teilen, wenn auch ungleichmäßig. Solche Stoffe leiten weder Elektrizität noch zeigen sie Glanz, Verformbarkeit oder Dehnbarkeit.

Merkmale kovalenter Bindungen

Einige Merkmale kovalenter Bindungen sind:

• Einfachbindung: Ein Paar Elektronen wird geteilt.
• Doppelbindung: Zwei Paare Elektronen werden geteilt.
• Dreifachbindung: Drei Paare Elektronen werden geteilt.
• Koordinative kovalente Bindung: Diese Bindung ist den anderen kovalenten Bindungen ähnlich, unterscheidet sich jedoch in ihrer Bildung. Sie wird durch einen Pfeil (→) dargestellt, der vom Donor-Atom zum Akzeptor-Atom zeigt.

Metallische Bindungen

Definition und Struktur

Eine metallische Bindung ist eine chemische Bindung, die Metallatome zusammenhält. Sie entsteht durch die Anziehung zwischen Metallkationen und den delokalisierten Valenzelektronen. Diese Atome liegen sehr dicht beieinander, was zu äußerst kompakten Strukturen führt. Es handelt sich um dreidimensionale Netzwerke, die typischerweise eine dichteste Kugelpackung aufweisen. Bei dieser Struktur ist jedes einzelne Metallatom von zwölf anderen Atomen umgeben (sechs in der gleichen Ebene, drei darüber und drei darunter). Da Metalle eine geringe Elektronegativität besitzen, sind ihre Valenzelektronen nicht fest an einzelne Atome gebunden, sondern können sich frei durch das gesamte Metallgitter bewegen. Diese 'Elektronenwolke' verleiht Metallen ihre charakteristischen elektrischen und thermischen Eigenschaften.

Eigenschaften metallischer Bindungen

Typische Eigenschaften von Metallen sind:

• Sie sind in der Regel bei Raumtemperatur fest, mit Ausnahme von Quecksilber. Ihre Schmelz- und Siedepunkte können stark variieren.
• Die thermische und elektrische Leitfähigkeit ist sehr hoch, was durch die enorme Mobilität ihrer Valenzelektronen erklärt wird.
• Sie besitzen metallischen Glanz.
• Sie sind weich und verformbar (duktil und schmiedbar). Die hohe Mobilität der Valenzelektronen ermöglicht es den Metallkationen, sich zu verschieben, ohne dass die Bindung bricht.
• Sie können Elektronen emittieren, wenn sie Energie in Form von Wärme aufnehmen.
• Sie neigen dazu, Elektronen aus ihren äußersten Schalen zu verlieren, wenn sie Lichtquanten (Photonen) absorbieren – ein Phänomen, das als photoelektrischer Effekt bekannt ist.

Ionische Bindungen

Definition und Bildung

In der Chemie ist die ionische Bindung eine chemische Bindung, die durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen entsteht. Sie tritt auf, wenn ein Atom Elektronen abgibt und ein anderes Atom Elektronen aufnimmt.

Ein Metallatom spendet ein oder mehrere Elektronen und bildet dadurch ein positiv geladenes Ion (Kation) mit einer stabilen Elektronenkonfiguration. Diese Elektronen werden dann von einem Nichtmetallatom aufgenommen, wodurch ein negativ geladenes Ion (Anion) entsteht, das ebenfalls eine stabile Elektronenkonfiguration aufweist. Die elektrostatische Anziehung zwischen diesen entgegengesetzt geladenen Ionen führt zu ihrer Vereinigung und der Bildung einer ionischen Bindung.

Ionische Verbindungen bilden Kristallgitter, die aus entgegengesetzt geladenen Ionen bestehen und durch starke elektrostatische Kräfte zusammengehalten werden. Die Stärke dieser Anziehung bestimmt die beobachteten Eigenschaften. Bei sehr starker elektrostatischer Anziehung bilden sich kristalline Feststoffe mit hohem Schmelzpunkt, die oft unlöslich in Wasser sind. Ist die Anziehung geringer, wie im Fall von NaCl, ist der Schmelzpunkt ebenfalls niedriger, und die Verbindungen sind im Allgemeinen gut in Wasser, aber unlöslich in unpolaren Flüssigkeiten wie Benzol löslich.

Eigenschaften ionischer Verbindungen

Typische Eigenschaften ionischer Verbindungen sind:

• Sie bilden feste, kristalline Strukturen, oft im kubischen System.
• Die Bindung entsteht durch den Transfer von Elektronen von einem Metallatom zu einem Nichtmetallatom, wodurch Ionen gebildet werden.
• Sie haben hohe Schmelz- und Siedepunkte.
• Ionische Bindungen entstehen typischerweise durch die Wechselwirkung zwischen Metallen der Gruppen I und II und Nichtmetallen der Gruppen VI und VII des Periodensystems.
• Sie sind in polaren Lösungsmitteln (wie Wasser) löslich, aber unlöslich in unpolaren Flüssigkeiten.
• Im geschmolzenen Zustand oder in wässriger Lösung leiten sie elektrischen Strom.
• Im festen Zustand leiten sie keinen elektrischen Strom.