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Elektronenpaarbindung
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Sauerstoff
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Stickstoff
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Wasserstoff
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Das Gas Sauerstoff
ist immer aus zweiatomigen Molekülen aufgebaut. Dieses Phänomen
tritt auch bei anderen Gasen auf, so auch beim Stickstoff
oder beim Wasserstoff. Ein einfacher Erklärungsversuch
benutzt das Schalenmodell: Beträgt
die Differenz der Elektronegativität zwischen
zwei Nichtmetallen weniger als 1,7, gehen sie eine Elektronenpaarbindung
oder Atombindung ein. Dabei werden die Außenelektronen, die Valenzelektronen
der äußersten Schale gemeinsam benutzt. Beispiel: Zwei Wasserstoffatome
bilden ein Molekül, indem sie ihr einzelnes Außenelektron gemeinsam
benutzen. So erreichen sie beide für sich gesehen die Edelgaskonfiguration
des Heliums, also zwei Elektronen in einer "gefüllten" Schale:
Das gemeinsam benutzte
Elektronenpaar wird in der Lewis-Schreibweise
durch einen Strich oder durch zwei Punkte dargestellt. Die Strukturformel
(H-H) zeigt im Gegensatz zur Summenformel
(H2) die Art und Weise wie die Wasserstoff-Atome in einem Molekül
miteinander verknüpft sind. Zweiatomige Moleküle bilden beispielsweise
Wasserstoff und Stickstoff,
sowie die Chalkogene und die Halogene.
Zwei Bindungspartner können wie beim
Sauerstoff-Molekül auch durch zwei Elektronenpaarbindungen miteinander
verbunden sein. Es handelt sich in diesem Falle um eine Doppelbindung.
Bei Dreifachbindungen sind Atome durch drei
Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden.
Polare
Elektronenpaarbindung
Vergleicht man Schwefelwasserstoff
H2S mit Wasser H2O , stellt man fest,
dass das Schwefelwasserstoff bei Zimmertemperatur gasförmig vorliegt
und Wasser flüssig ist. Auch hier wird oft ein einfacher Erklärungsversuch
herangezogen: Ist die Differenz der
Elektronegativität der Reaktionspartner zwar
kleiner als 1,7, aber immer noch relativ hoch, dann zieht der elektronegativere
Partner die gemeinsam benutzten Elektronen näher zu sich. Es entsteht
eine polare Elektronenpaarbindung:
Elektronegativität
von Wasserstoff 2,20
Elektronegativität
von Sauerstoff 3,44
Differenz
1,24
Polare Moleküle
können - wie hier dargestellt - gewinkelt gezeichnet werden. Im Wasser-Molekül
beträgt der Bindungswinkel der beiden OH-Bindungen 104,45°. Der
rot markierte Keil deutet an, dass das elektronegativere Sauerstoff-Atom
im Wasser-Molekül die Bindungselektronen näher zu sich zieht.
Dieser Effekt wird auch als induktiver Effekt
bezeichnet. Das Sauerstoff-Atom erhält eine negative Ladung, während
die Wasserstoffatome eine positive Ladung erhalten. Das Wasser-Molekül
ist dadurch polar, was eine Erhöhung der Siedetemperatur bewirkt,
wenn man ein ähnliches Molekül wie das H2S-Molekül
zum Vergleich heranzieht. Für den Chemiker ist die Polarität,
die Ladungsverschiebung in Atomgruppen oder Molekülen, von Bedeutung,
wenn er zwei polare Lösungsmittel wie Wasser und Ethanol
miteinander vermischen will.