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Chemische BindungenChemische Bindungen Wenn Zwei sich mögen, Wenn Zwei sich mögen,

ziehen sie zusammen!ziehen sie zusammen!

Ganz klar: Der Vergleich Ganz klar: Der Vergleich hinkt!hinkt!Atome „ziehen“ nicht Atome „ziehen“ nicht zusammen, weil sie sich zusammen, weil sie sich mögen, sondern weil sie sich mögen, sondern weil sie sich gegenseitig auf diese Art gegenseitig auf diese Art Vorteile verschaffen können.Vorteile verschaffen können.

Vorteile von Bindungen Vorteile von Bindungen zwischen Atomen spielen sich zwischen Atomen spielen sich in den Valenzschalen ab.in den Valenzschalen ab.

Tönt das für dich chinesisch?Tönt das für dich chinesisch?Dann orientiere dich zuerst Dann orientiere dich zuerst über „Atommodelle“, bevor über „Atommodelle“, bevor du hier weiterarbeitest!du hier weiterarbeitest!

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Chemische BindungsartenChemische Bindungsarten

Atombindungen:Atombindungen:

IonenbindungIonenbindung

MetallbindungMetallbindung

Wasserstoffbrücken-Wasserstoffbrücken-BindungBindung

Wir unterscheiden zwischen folgenden Wir unterscheiden zwischen folgenden Bindungsarten:Bindungsarten:

● Einfachbindung● Doppelbindung● Dreifachbindung+ -

Cu

Cu

Cu

Cu Cu

H H

(Auch kovalente Bindungen oder(Auch kovalente Bindungen oder Elektronenpaarbindungen genannt)Elektronenpaarbindungen genannt)

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Atombindungen: Atombindungen: EinfachbindungEinfachbindung

Eine Einfachbindung entsteht, wenn Eine Einfachbindung entsteht, wenn zwei bindende Elektronenwolken zwei bindende Elektronenwolken zusammen gehen.zusammen gehen.

Wenn sie ein Elektron ihres Wenn sie ein Elektron ihres Bindungspartners mitbenutzen Bindungspartners mitbenutzen können, verfügen sie dadurch über können, verfügen sie dadurch über eine vollständige Valenzschale.eine vollständige Valenzschale.

Dies entspricht der 8er-Regel, die du Dies entspricht der 8er-Regel, die du auch unter dem Namen auch unter dem Namen „Edelgaskonfiguration“ kennst.„Edelgaskonfiguration“ kennst.

Elemente der 1. Periode haben ihre Elemente der 1. Periode haben ihre K-Schale voll, wenn sie schon K-Schale voll, wenn sie schon 2 Elektronen enthalten (H, He).2 Elektronen enthalten (H, He).

Ein Beispiel für eine Einfachbindung Ein Beispiel für eine Einfachbindung ist Wasserstoff-Gas.ist Wasserstoff-Gas.

H111 H1

11

+ +

H H

H H

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Atombindungen: Atombindungen: DoppelbindungDoppelbindung

Kohlendioxid entsteht bei der Kohlendioxid entsteht bei der Atmung und der Verbrennung.Atmung und der Verbrennung.

Verfolge, wie wir uns das Molekül Verfolge, wie wir uns das Molekül vorstellen können!vorstellen können!

Der Kohlenstoff besitzt 4 Der Kohlenstoff besitzt 4 bindende Elektronenwolkenbindende Elektronenwolken..

Sauerstoff besitzt 2 Sauerstoff besitzt 2 bindende bindende ElektronenwolkenElektronenwolken..

Wenn Kohlenstoff 2 Wenn Kohlenstoff 2 Sauerstoffatome als Sauerstoffatome als Bindungspartner hat, besitzen Bindungspartner hat, besitzen alle Valenzschalen je 8 alle Valenzschalen je 8 Elektronen!Elektronen!

Zwei Doppelbindungen halten das Zwei Doppelbindungen halten das Molekül zusammen!Molekül zusammen!

C O2

O168O16

8

2 e- + 6 e- 2 e- + 4 e- 2 e- + 6 e-

O OC

O OC

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Atombindungen: Atombindungen: DreifachbindungDreifachbindung

Rund 79 % unserer Lufthülle Rund 79 % unserer Lufthülle besteht aus Stickstoff.besteht aus Stickstoff.

Entwickle aus der Ordnungszahl Entwickle aus der Ordnungszahl das Atommodell für Stickstoff das Atommodell für Stickstoff und klicke erst dann weiter!und klicke erst dann weiter!

Welche Bindung geht Stickstoff Welche Bindung geht Stickstoff unter sich ein? Folgere!unter sich ein? Folgere!

Ein Molekül Stickstoff besteht Ein Molekül Stickstoff besteht aus aus 2 Stickstoffatomen.2 Stickstoffatomen.

NN22 hat die Strukturformel hat die Strukturformel IIN NN NII

Die Bindung heisst Dreifach-bindung.Die Bindung heisst Dreifach-bindung.

N147

2 e- + 5 e-

N N

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Atombindungen in Atombindungen in KohlenwasserstoffverbindungenKohlenwasserstoffverbindungen

Ein Molekül kann Ein Molekül kann verschiedene verschiedene Atombindungen enthalten!Atombindungen enthalten!

Alkane sind Kohlenwasser-sind Kohlenwasser-stoffverbindungen, die stoffverbindungen, die Einfachbindungen Einfachbindungen enthalten.enthalten.

Alkene sind Kohlenwasser-stoffe mit mindestens einer Doppelbindung.

Alkine enthalten Dreifach-bindungen.

C HHH

HCHH

HC HH

HCH

HCHH

HC HH

H

Methan PropanEthanCH4 C2H6 C3H8

CH

H

H

HC C

H

H

H

HCC

HH C

H

HCH

HH

HC

H

HC

EthenC2H4

PropenC3H6

ButenC4H8

CH C H

EthinC2H2

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IonenbindungIonenbindung Wenn Natrium und Chlor eine Bindung Wenn Natrium und Chlor eine Bindung

eingehen, entsteht Natriumchlorid, ein Salz.eingehen, entsteht Natriumchlorid, ein Salz.

Wir nennen dieses Salz „Kochsalz“.Wir nennen dieses Salz „Kochsalz“.

Zeichne von den beteiligten Stoffen die Zeichne von den beteiligten Stoffen die Atommodelle!Atommodelle!

Natrium schafft es nicht, seine Natrium schafft es nicht, seine ValenzschaleValenzschale mit mit 7 zusätzlichen Elektronen7 zusätzlichen Elektronen zu füllen. Es zu füllen. Es ist für Natrium einfacher, ist für Natrium einfacher, das äusserste das äusserste Elektron abzugebenElektron abzugeben..

So hat Natrium auf der nun äussersten So hat Natrium auf der nun äussersten Schale ebenfalls 8 Schale ebenfalls 8 ee--

Allerdings ist es jetzt elektrisch nicht mehr Allerdings ist es jetzt elektrisch nicht mehr neutral. Es enthält mehr Protonen, als neutral. Es enthält mehr Protonen, als Elektronen. Deshalb ist es nun elektrisch Elektronen. Deshalb ist es nun elektrisch positivpositiv!!

Chlor hingegen braucht ein Elektron! Es wird Chlor hingegen braucht ein Elektron! Es wird elektrisch elektrisch negativnegativ!!

Wir nennen solche Teile Ionen!Wir nennen solche Teile Ionen!

Na2311

Cl3517

+

Na+ Cl-

Natrium-Ion Chlorid-Ion

GegenseitigeAnziehung!

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Ionenbindung: KristallgitterIonenbindung: Kristallgitter Die entgegengesetzt geladenen Die entgegengesetzt geladenen

Ionen ziehen sich gegenseitig Ionen ziehen sich gegenseitig an.an.

Das heisst aber, dass neben Das heisst aber, dass neben jedem Natrium-Ion ein Chlorid-jedem Natrium-Ion ein Chlorid-Ion Platz findet und umgekehrt.Ion Platz findet und umgekehrt.

Diese geometrische Ordnung Diese geometrische Ordnung führt zu einem Kristallgitter, das führt zu einem Kristallgitter, das unter günstigen Bedingungen zu unter günstigen Bedingungen zu grossen Salzkristallen führt.grossen Salzkristallen führt.

Du kannst zu Hause selber Du kannst zu Hause selber solche Kristalle wachsen lassen:solche Kristalle wachsen lassen:- mache eine gesättigte - mache eine gesättigte Salzlösung Salzlösung (Salz in Wasser auflösen) (Salz in Wasser auflösen)- giesse die Lösung in eine flache- giesse die Lösung in eine flache Schale Schale- lass die Lösung über Tage- lass die Lösung über Tage langsam verdunsten langsam verdunsten- beobachte dann!- beobachte dann!

Na+ Cl-

Na+

Cl-Na+Na+ Na+

Na+

Na+

Na+Na+

Na+

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Cl-

Na+

Na+

Na+

Na+

Na+ Cl-

Cl-

Cl-Cl-

Cl-

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Ionenbindung: SalzlösungIonenbindung: Salzlösung

Sobald Salz in Lösung geht, Sobald Salz in Lösung geht, zerfällt das Kristallgitter.zerfällt das Kristallgitter.

In Lösung werden die Ionen frei In Lösung werden die Ionen frei beweglich. Die Salzlösung ist beweglich. Die Salzlösung ist nun ein Elektrolyth, ein elektr. nun ein Elektrolyth, ein elektr. Leiter! Leiter!

Werden die Elektroden einer Werden die Elektroden einer Gleichstromquelle in die Gleichstromquelle in die Salzlösung gestellt, …Salzlösung gestellt, …

… … so bewegen sich die so bewegen sich die KationenKationen ((NaNa+ + -Ionen-Ionen) zur negativen ) zur negativen KathodeKathode..

Dort können sie die reichlich Dort können sie die reichlich vorhandenen Elektronen über-vorhandenen Elektronen über-nehmen und zur nehmen und zur AnodeAnode bringen. bringen.

Die Die AnionenAnionen ( (ClCl–– -Ionen -Ionen) werden ) werden von der von der AnodeAnode angezogen. angezogen. Diese übernimmt das Diese übernimmt das überzählige Elektron des überzählige Elektron des Chlorid-Ions.Chlorid-Ions.

Die Ionen wirken wie Die Ionen wirken wie Transporter und schliessen so Transporter und schliessen so den Stromkreis!den Stromkreis!

+

+

+

+

+

+

Anode Kathode

Na+

Cl-

Cl-

Na+

AnionenKationen

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Atom- und Ionenbindung in einem Atom- und Ionenbindung in einem Molekül ?Molekül ?

In einer heftigen Reaktion reagiert In einer heftigen Reaktion reagiert Natrium-Metall mit Wasser zu Natrium-Metall mit Wasser zu Natronlauge!Natronlauge!

Wasserstoff wird frei, der Wasserstoff wird frei, der explosionsartig verbrennt.explosionsartig verbrennt.

Die entstandene Flüssigkeit färbt Die entstandene Flüssigkeit färbt Lackmus rot tief blau!Lackmus rot tief blau!

Natrium besitzt nur 1 Valenzelektron.Natrium besitzt nur 1 Valenzelektron. Dieses gibt es mit Vorteil ab!Dieses gibt es mit Vorteil ab! Sauerstoff besitzt 6 Sauerstoff besitzt 6

Valenzelektronen.Valenzelektronen.Es hätte gerne 8 eEs hätte gerne 8 e-- auf der L-Schale. auf der L-Schale.

Wasserstoff hat nur 1 Valenzelektron.Wasserstoff hat nur 1 Valenzelektron.Es könnte eines abgeben oder eines Es könnte eines abgeben oder eines aufnehmen oder …aufnehmen oder …

Zwischen Na und OH gibt es eine Zwischen Na und OH gibt es eine Ionenbindung.Ionenbindung.

Zwischen O und H entsteht eine Zwischen O und H entsteht eine Einfachbindung!Einfachbindung!

2 Na+ 2 H2O 2 NaOH + H2

Wie sieht dieses Molekül wohl aus?Wie sieht dieses Molekül wohl aus?

+

Na O H+

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MetallbindungMetallbindung Am Minus-Pol der Batterien gibt Am Minus-Pol der Batterien gibt

es einen Elektronenüberschuss.es einen Elektronenüberschuss. Diese haben das Bestreben, die Diese haben das Bestreben, die

Elektronenlöcher am Plus-Pol Elektronenlöcher am Plus-Pol wieder zu füllen.wieder zu füllen.

Wird der Stromkreis mit einem Wird der Stromkreis mit einem Isolator (z.B. Plastikstück) über-Isolator (z.B. Plastikstück) über-brückt und der Schalter brückt und der Schalter geschlossen…geschlossen…

… … passiert nichts! Die Elektronen passiert nichts! Die Elektronen können nicht fliessen!können nicht fliessen!

Wird der Isolator aber durch Wird der Isolator aber durch einen Leiter (z.B. Kupfer) einen Leiter (z.B. Kupfer) ersetzt…ersetzt…

… … fliessen die Elektronen über fliessen die Elektronen über den Verbraucher zur Stromquelle den Verbraucher zur Stromquelle zurück!zurück!

Die Elektronenlöcher am Plus-Pol Die Elektronenlöcher am Plus-Pol der Batterie werden aufgefüllt. der Batterie werden aufgefüllt. Wir sagen: Die Batterie ist jetzt Wir sagen: Die Batterie ist jetzt leer…leer…

++

++ +

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Isolator – Halbleiter – Leiter ?Isolator – Halbleiter – Leiter ?

In nicht leitenden In nicht leitenden Stoffen (Isolatoren) Stoffen (Isolatoren) haben die Elektronen haben die Elektronen einen „festen“ Platz.einen „festen“ Platz.

Atombindungen sind Atombindungen sind nur möglich, wenn nur möglich, wenn die Bindungspartner die Bindungspartner ihre Valenzelektronen ihre Valenzelektronen gemeinsam nutzen gemeinsam nutzen können. können.

C

Se Ge

BSi

Cu

Ag K

NaAu

Mg

Elementare Halbleiter Elementare Halbleiter sind Elemente mit vier sind Elemente mit vier Valenzelektronen.Valenzelektronen.

Unter sich könnten sie Unter sich könnten sie höchstens Dreifach-höchstens Dreifach-Bindungen eingehen, Bindungen eingehen, mehr aber nicht!mehr aber nicht!

Mit genügend Energie Mit genügend Energie können ihre können ihre Elektronen deshalb Elektronen deshalb verschoben werden.verschoben werden.

Leiter sind Elemente Leiter sind Elemente mit einem, höchstens mit einem, höchstens zwei Valenzelektronen. zwei Valenzelektronen.

Die Valenzelektronen Die Valenzelektronen haben keinen „festen“ haben keinen „festen“ Platz.Platz.

Sie bilden ein Sie bilden ein Elektronengas Elektronengas zwischen den zwischen den Atomrümpfen.Atomrümpfen.

PVC

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Metallbindung - ElektronengasMetallbindung - Elektronengas

Das Elektronengas kann verschoben werden mit:Das Elektronengas kann verschoben werden mit: Wärme, FeuerWärme, Feuer Magnetischen KräftenMagnetischen Kräften Elektromagnetischen KräftenElektromagnetischen Kräften Durch das Anlegen einer Spannungsquelle (Strom)Durch das Anlegen einer Spannungsquelle (Strom)

Cu5.6329

CuCu

CuCu

Cu

CuCu

Cu

K-K-SchaleSchale

2 e2 e--

L-L-SchaleSchale

8 e8 e--

M-M-SchaleSchale

18 e18 e--

N-N-SchaleSchale

1 e1 e--

Ato

mru

mpf

Valenz-Elektron

freie

s Ele

ktro

n

+

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Wasserstoffbrücken-BindungWasserstoffbrücken-Bindung Atombindungen sind nicht immer Atombindungen sind nicht immer

so schön ausgeglichen, dass jeder so schön ausgeglichen, dass jeder Bindungspartner „sein“ Elektron Bindungspartner „sein“ Elektron und das des Bindungspartners und das des Bindungspartners gleich oft haben darf.gleich oft haben darf.

Der stärkere Bindungspartner Der stärkere Bindungspartner zieht die gemeinsam genutzten zieht die gemeinsam genutzten Elektronen viel öfter zu sich hin.Elektronen viel öfter zu sich hin.

Dadurch entsteht aber eine Dadurch entsteht aber eine ungleichmässige ungleichmässige Ladungsverteilung.Ladungsverteilung.

Es entstehen Dipole.Es entstehen Dipole. Diese wirken aufeinander aber wie Diese wirken aufeinander aber wie

Magnetchen. Sie ziehen die ent-Magnetchen. Sie ziehen die ent-gegengesetzten Ladungen leicht gegengesetzten Ladungen leicht an.an.

Diese Anziehungen sind aber viel Diese Anziehungen sind aber viel schwächer, als Atombindungen.schwächer, als Atombindungen.

In der Natur sind diese so In der Natur sind diese so genannten Wasserstoffbrücken genannten Wasserstoffbrücken aber sehr wichtig! (Anomalie des aber sehr wichtig! (Anomalie des Wassers, Doppelhelix der DNA …)Wassers, Doppelhelix der DNA …)

+

-

Wasser-molekül

Wasser-molekül

Wasserstoffbrücke

+ -

Wasser-molekül

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Wie war das mit dem Binden?Wie war das mit dem Binden?

Mir scheint, die Bindungslehre ist auf die Dauer recht fesselnd…Mir scheint, die Bindungslehre ist auf die Dauer recht fesselnd…