Von den Atomen zu Molekülen - Atombindung

Grundlagen der Bindungslehre. Stabile Atome. Die Bildung des Wasserstoffmoleküls.

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27. Von den Atomen zu Molekülen - Atombindung

Stabile Atome

Im Gegensatz zu anderen gasförmigen Elementen kommen die Edelgase bei Normalbedingungen einatomig vor. Edelgase sind kaum bestrebt, sich mit anderen Elementen zu verbinden, daher sind sie chemisch sehr stabil. Chemische Reaktionen gehen auf Vorgänge in der äußeren Elektronenhülle der Atome zurück, daher muß davon ausgegangen werden, dass die Atome der Edelgase eine äußerst stabile Elektronenkonfiguration besitzen (»Edelgasregel«).

Die folgende Tabelle zeigt, dass die Außenschale des Heliums 2 Elektronen aufweist, alle übrigen Edelgase besitzen 8 Elektronen.

Besetzung der Elektronenschalen in Edelgasen. Mit Ausnahme des Heliums haben alle Edelgase auf ihrer Außenschale 8 Elektronen. Diese Elektronenanordnung ist stabil.
Element OZ K L M N O P
Helium He 2 2          
Neon Ne 10 2 8        
Argon Ar 18 2 8 8      
Krypton Kr 36 2 8 18 8    
Xenon Xe 54 2 8 18 18 8  
Radon Rn 86 2 8 18 32 18 8
 
Die Bindung zwischen Atomen in einem Molekül beruht auf gemeinsamen Elektronenpaaren: Elektronenpaarbindung = Atombindung
 
Bindungsenergie = Energie zur Trennung einer Atombindung

Die Bildung des Wasserstoffmoleküls

Bekanntlich bestehen Moleküle aus Atomen, die fest miteinander verbundenen sind. Das Wasserstoffmolekül H2 ist ein einfaches Molekül aus zwei Atomen.

Wenn sich zwei Wasserstoffatome zu einem Molekül verbinden, durchdringen sich ihre Elektronenhüllen in der Weise, dass eine einzige Schale entsteht. In ihr bewegen sich jetzt 2 Elektronen.

Mit dieser Verbindung zweier Wasserstoffatome zu einem Wasserstoffmolekül hat sich nun die Elektronenschale des Edelgases Helium gebildet, die als äußerst besonders stabil bekannt ist. In der Chemie bezieht sich Stabilität auf die Energie eines Teilchens. Wird bei der Bildung einer Verbindung oder allgemein von Teilchen Energie abgegeben, so sind die Produkte energieärmer, d. h. stabiler als die Ausgangsstoffe.

Bei der Bildung des Wasserstoffmoleküls ist es so:


$ \mathrm { H + H \; \rightleftharpoons \; H_{2} \ + 435,76 \ kJ / mol } $


Bei der Bildung eines Wasserstoffmoleküls wird Energie frei, die man Bildungswärme nennt. Will man das Molekül wieder in seine Atome zerlegen, muß die bei der Verbindung freigewordene Energie wieder aufgewendet werden. Diese aufzuwendende Energie nennt man Bindungsenergie. Sie ist ein Maß dafür, wie fest die beiden Atome zusammenhalten.


Bildung eines Wasserstoffmoleküls
Bei der Bildung eines Wasserstoffmoleküls durchdringen sich die beiden Elektronenschalen so, dass eine gemeinsame Elektronenhülle mit 2 Elektronen entsteht.

Die Verbindung von zwei Wasserstoffatomen zu einem Molekül beruht also auf einem gemeinsamen Elektronenpaar. Es führt zu einer chemischen Bindung. Die Art der Bindung, die auf gemeinsamen Elektronenpaaren beruht, wird Elektronenpaarbindung oder Atombindung genannt. Die Ausbildung einer chemischen Bindung zielt demnach auf das Erreichen einer stabilen Edelgasschale ab.

 
Die Elektronenschalen der Edelgase sind stabil: Edelgaskonfiguration
 
Die Reaktionsträgheit der Edelgase beruht auf der stabilen Außenschale
 
Bildungswärme = Energie, die bei der Bildung einer Verbindung aus den Elementen frei wird

Die Symbolisierung der Atombindung

Die Atombindung wird mit Hilfe von Elektronenformeln schematisch dargestellt. Dabei werden die Außenelektronen durch Punkte angegeben.


$ \quad \mathrm {H \cdot + \cdot H \ \rightleftharpoons \ H:H} $


$ \mathrm { :{\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {Cl}}} \ \cdotp + \cdotp \ {\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {Cl}}}: \ \leftrightharpoons \ :{ \overset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {Cl}}} : {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {Cl}}}:} $


Das Beispiel des Chlormoleküls zeigt, dass durch das gemeinsame Elektronenpaar jedes Chloratom von 8 Elektronen (»Achterschale«) umgeben ist und damit eine Edelgasschale erhalten hat. An Stelle von Punkten kann ein Elektronenpaar auch durch einen Strich symbolisiert werden.


$ \mathrm { :{\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {Cl}}} : {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp }} {Cl}}}: \quad oder \quad | \ {\underline {\overline {Cl}}} - \ {\underline {\overline {Cl }}} | } $


Die Atombindung in Molekülen von Verbindungen

Elektronenpaarbindungen können auch zwischen verschiedenen Atomen ausgebildet werden. Wenn sich ein Wasserstoffatom mit einem Chloratom verbindet, erhält durch das gemeinsame Elektronenpaar sowohl das Wasserstoffatom als auch das Chloratom eine stabile Edelgaskonfiguration. Es entsteht ein Molekül der Verbindung Chlorwasserstoff.


$ \mathrm { H \cdotp + \cdotp \ {\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {Cl}}}: \ \longrightarrow \ H : {\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {Cl}}}:} $


Das Sauerstoffatom benötigt zur Ausbildung einer Edelgasschale (»Achterschale«) zwei Elektronen. So entsteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen das Wassermolekül.


$ \mathrm { \cdotp \ {\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {O}}} \cdotp + 2 \ \cdotp H \ \longrightarrow \ H : {\overset { \Large \cdotp \ \cdotp } {\underset { \Large \cdotp \ \cdotp } {O}}}:H} $


Mit Hilfe des Periodensystems ist es möglich, vorauszusagen, welche Moleküle sich zwischen verschiedenen Atomen bilden können.

 
Es ist die Elektronenformel für folgende Moleküle aufzustellen:
  • $ \mathrm { F_{2} } $
  • $ \mathrm { Br_{2} } $
  • $ \mathrm { S_{8} } $
Nimm das Periodensystem zu Hilfe.
 
Schreibe die Elektronenformel für folgende Moleküle:
  • $ \mathrm { CH_{4} } $
  • $ \mathrm { SiF_{4} } $
  • $ \mathrm { HI } $
  • $ \mathrm { Cl_{2}O } $
  • $ \mathrm { CCl_{4} } $
Nimm das Periodensystem zu Hilfe.

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