Grundlagen der Chemischen Bindung: Moleküle, Ionen & Kristalle

Chemische Bindungen und die Vielfalt der Stoffe

Die enorme Vielfalt der Unterkategorien ist möglich, da die Atome der meisten Elemente eine große Fähigkeit besitzen, sich mit anderen Atomen zu verbinden – entweder mit Atomen desselben Elements oder mit Atomen verschiedener Elemente. Diese Anziehungskräfte sind als Chemische Bindungen bekannt. Das Ergebnis dieser chemischen Prozesse ist entweder eine diskrete Gruppe von Atomen, bekannt als das Molekül, oder eine Struktur aus Millionen von Atomen, die regelmäßig im Raum angeordnet sind und ein Gitter oder einen Kristall bilden.

Wenn sich Atome desselben Elements verbinden, entsteht ein elementarer chemischer Stoff. Verbinden sich hingegen Atome verschiedener Elemente, entsteht eine chemische Verbindung.

Molekülformel und Empirische Formel

Die chemische Substanz, die durch Moleküle gebildet wird, wird durch die Molekülformel dargestellt. Die Molekülformel zeigt die genaue Anzahl der Atome jedes Elements, die in dem Molekül enthalten sind.

Im Gegensatz dazu wird die Formel, die eine chemische Substanz darstellt, die von einem Kristallnetzwerk gebildet wird (z. B. das Gitter von Penicillin), als die Empirische Formel bezeichnet. Die Empirische Formel zeigt nur das relative Verhältnis zwischen den Atomen der einzelnen Elemente in diesem Kristallnetzwerk.

Kovalente Bindungen und Atomare Kristalle

Stoffe, die durch Moleküle gebildet werden, werden als Molekulare Substanzen bezeichnet. Die Vereinigung von Atomen durch den Austausch oder die gemeinsame Nutzung von Elektronen wird als Kovalente Bindung bezeichnet. Molekulare Substanzen werden durch die relative Molekülmasse ($M_r$) gekennzeichnet, die wir aus der relativen Atommasse der Elemente berechnen können. Die Atommasse wird ohne Einheiten angegeben.

Nicht immer führt die Bindung pro Molekül zu einer kovalenten Bindung; manchmal entstehen klare Kristallnetzwerke, die als Atomare Kristalle bezeichnet werden. Die Eigenschaften dieser Stoffe leiten sich von der atomaren Natur dieses Netzwerks ab. Ein atomarer Kristall wird durch eine Unzahl von Atomen gebildet, die durch starke kovalente Bindungen verbunden sind.

Ionen, Ionische und Metallische Bindungen

Ionen und Ionische Bindungen

• Ein Kation (Ion mit positiver Ladung) entsteht, wenn ein Atom ein Elektron verliert.
• Ein Anion (Ion mit negativer elektrischer Ladung) entsteht, wenn ein Atom Elektronen gewinnt.

Ionische Bindung: Entsteht, wenn entgegengesetzt geladene Ionen einander anziehen und vereint bleiben.

Metallische Substanzen und Bindungen

Metallische Substanzen: Enthalten nur die Atome metallischer Elemente. Bei diesen Stoffen bewegen sich die meisten äußeren Elektronen in Form einer sehr schwachen elektronischen Wolke um die Atomkerne und können sich mit großer Freiheit zueinander verschieben.

Metallische Bindung: Tritt zwischen metallischen Elementen auf und ist durch eine geordnete Struktur positiver Ionen gekennzeichnet, die in eine Wolke von Elektronen mit einer schwachen Haltekraft eingebettet ist. Die Anordnung der Atome bindet sich zu einer kompakten Form, die als Metallgitter oder Metallkristall bezeichnet wird. Diese Elektronenwolke, die in allen Metallen vorhanden ist, ist der Hauptverantwortliche für die Eigenschaften und das Aussehen, die allen Metallen so ähnlich sind.