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Transkript Unpolare Atombindung

Guten Tag und herzlich willkommen. Dieses Video heißt "Atombindung", korrekt gesprochen "unpolare Atombindung". Atombindung nennt man auch kovalente Bindung. Ein anderer Name ist Elektronenpaarbindung. Die Bezeichnung homöopolare Bindung ist völlig korrekt, man findet sie aber seltener. Wir wollen die Atombindungen viergeteilt besprechen. 1. Der Begriff der Atombindung 2. Bewegung der Elektronen im Stoff 3. Die daraus resultierenden Eigenschaften im Stoff, und 4. Die Elemente, die Atombindungen herausbilden, im Periodensystem der Elemente.   Der Begriff der Atombindung. Nehmen wir das einfachste chemische Element H, Wasserstoff. Betrachten wir zwei Wasserstoffatome. Die Kreise mit den eingetragenen, positiven Ladungen sind die Atomkerne. Außerhalb jedes Atomkerns bewegt sich jeweils ein Elektron um diesen Kern herum. Das sind die Elektronenhüllen. Die Bewegung der Elektronen um die Atomkerne erfolgt äußerst schnell, sodass es nicht möglich ist, den genauen Aufenthaltsort eines Elektrons mit einem Foto festzustellen. Mann muss sich das so vorstellen, dass ein Foto einen verschwommenen Bereich der Elektronenbewegung darstellt, so wie ich es versuche euch hier zu zeichnen. Die Elektronen bewegen sich hier mit sehr großer Geschwindigkeit um die Kerne herum. Dabei erhalten wir ein Bild, das uns zeigt, wo sie sich hauptsächlich aufhalten. Bei einer Annäherung der beiden Atome, kommt es dazu, dass sich die Elektronen nicht nur um ihren eigenen Kern bewegen, sondern auch um den benachbarten Atomkern. Jedes einzelne Elektron gehört jetzt jeweils zum eigenen Atomkern, als auch zum benachbarten Atomkern. Es kommt zu einer Stabilisierung des Systems. Die beiden Atomkerne können jetzt nicht mehr frei im Raum herumschwirren, sondern bleiben in einem bestimmten Abstand gegenüber stehen. Die Atomkerne und damit die beiden Atome haben sich fest miteinander verbunden. Es hat sich eine Atombindung herausgebildet. Bei der Atombindung kommt es zu einer Gleichverteilung der Elektronen zwischen den Bindungspartnern. Das Wasserstoffmolekül ist entstanden. Es hat sich ein gemeinsames Elektronenpaar herausgebildet. Um Dieses anzudeuten, schreibt man H - H. Der Strich veranschaulicht das gemeinsame Elektronenpaar. Im zweiten Teil wollen wir nun besprechen, wie sich das Bindungselektron innerhalb eines Stoffes bewegen können. Nehmen wir nun eine Bindung H - H und noch eine Bindung H - H. Das sind Wasserstoffmoleküle, hervorgegangen aus dem chemischen Element Wasserstoff. Wasserstoff ist ein sehr niedrig siedendes Gas. Das wird auch verständlich, denn die Bindungselektronen, hier durch die Verbindungsstriche H - H angedeutet, halten zwar die Atome zusammen, treten aber in keinerlei Kontakt zwischen den einzelnen Molekülen. Dazwischen gibt es keinerlei Beziehung. Oder nehmen wir das chemische Element Kohlenstoff C. Reinen Kohlenstoff trifft man als Diamant an. Und einen kleinen Ausschnitt aus dem Diamantengitter möchte ich euch ein mal rechts daneben darstellen. Kohlenstoff hat vier Bindungsarme und kann daher vier Bindungen zu anderen Kohlenstoffatomen eingehen. Das bedeutet, dass die acht Bindungselektronen, die durch die vier schwarzen Bindungsstriche dargestellt werden, sich um das mittlere Kohlenstoffatom bewegen. Die rot dargestellte Bindung rechts daneben tritt allerdings mit dem mittleren Kohlenstoffatom nicht in Wechselwirkung. Das mit den vier Bindungsarmen versehene Kohlenstoffatom wird tatsächlich auch nur von diesen vier Elektronenpaaren umgeben. Ich habe sie blau umrandet. Es besteht kein Kontakt zu dem rot eingezeichneten Elektronenpaar. Wie sieht es mit dem Element Phosphor P aus? Weißer Phosphor besteht aus einzelnen Molekülen P4. Aus Tetraeder, in deren Eckpunkten sich Phosphoratome befinden. Diese einzelnen Atome P4 haben nur einen geringen Kontakt miteinander. Das heißt, die Bindungselektronen der einzelnen Moleküle können miteinander nicht in Kontakt treten, die Elektronen können sozusagen nicht überschwappen. Weißer Phosphor ist zwar fest, aber relativ leicht flüchtig. Das chemische Element Schwefel S tritt normalerweise als solche Kronen, gebaut aus 8 Schwefelatomen, auf. Bei den Schwefelmolekülen S8 verhält es sich ähnlich wie bei den Phosphormolekülen P4. In den Molekülen sind Bindungselektronen vorhanden. Diese haben allerdings kaum einen Einfluss untereinander. Die Elektronen schwappen sozusagen nicht von einem zum anderen Molekül über. Schwefel ist zwar fest, aber auch relativ leicht flüchtig. Wir können schlussfolgern: Bei der Atombindung sind die Elektronen innerhalb des Stoffes unbeweglich. Welche Stoffeigenschaften ergeben sich nun aus dem Verhalten der Verbindungselektronen? Die Elemente, die ich nun aufführe, haben im Wesentlichen übereinstimmende Eigenschaften. Kohlenstoff, C, mit der Modifikation Diamant. Phosphor, Schwefel, Chlor, Brom und Jod. Eine wichtige gemeinsame Eigenschaft der Elemente mit Atombindung ist, dass sie relativ leicht flüchtig sind, die Schmelz- bzw. Siedetemperaturen sind niedrig. Eine Ausnahme dabei ist Kohlenstoff. Der fehlende Kontakt zwischen allen Atomen im Stoff verhindert, dass sich die Wärme schnell ausbreitet. Es kommt zu einer geringen Wärmeleitfähigkeit. Die fehlende Elektronenbewegung innerhalb aller Elektronen im Stoff führt zu einer geringen elektrischen Leitfähigkeit. Wenn man eine Kraft auf einen festen Stoff mit Atombindung ausübt, so kann er sich nicht verformen. Er bricht. Diese Stoffe sind nicht formbar. Ausgenommen davon sind Stoffe mit gasförmigen oder flüssigen Aggregatszustand. Stoffe mit Atombindungen sind nicht oder schlecht wasserlöslich. Welchen Platz nehmen chemische Elemente, die Atombindungen ausbilden, im Periodensystem der Elemente ein? Ich habe einmal alle chemischen Elemente, die Atombindungen ausbilden, durch ihre Symbole dargestellt. Es sind die chemischen Elemente Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Phosphor, Schwefel, Chlor,  Brom, Jod. Wir können somit feststellen: Die Atome der typischen Nichtmetalle bilden unpolare Atombindungen aus. Wenn man von einer Atombindung spricht, so meint man zuerst einmal eine typische Atombindung, die nicht polar ist, also einfach eine unpolare Atombindung. Daher lässt man auch oft die Bezeichnung "unpolar" vor "Atombindung" weg.  Eine Anmerkung: Wenn wir von typischen Nichtmetallen im Zusammenhang mit Atombindungen sprechen, dann meinen wir natürlich die Edelgase nicht.   Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute! Auf Wiedersehen!

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5 Kommentare
  1. Default

    Guten Tag Herr Otto,
    Besten Dank für die Antwort. Die Einstufung "polar oder unpolar" scheint doch komplexer zu sein, als angenommen. Also weiter lernen, was mit Ihren Videos leicht fällt und viel Freude bereitet. Rudolf

    Von Rudolfhawellek, vor mehr als 3 Jahren
  2. 001

    Hallo Rudolf,

    ob eine Verbindung polar ist, kann man an der Größe des Dipolmoments erkennen. Das Dipolmoment wird experimentell oder mit einer quantenchemischen Rechnung (da ist inzwischen vieles nutzerfreundliches vorhanden!) bestimmt werden.
    Aber wir wollen ja von der Formel abschätzen. Beim Aceton kann man doch sehr schön an der funktionellen Gruppe C=O erkennen, dass die Verbindungrecht polar ist. Beim Acetonitril ist die EN-Differenz zwischen C und N geringer. Beim Chloroform ziehen drei Cl - Atome Elektronen vom H - Atom ab. Also: polar. Wir erhalten erhalten eine ungefähre Vorstellung über das Löseverhalten dieser Lösungsmittel.
    Leider ist das aber viel zu wenig. Wichtig ist noch die Polarisierbarkeit, das heißt die Fähigkeit des Moleküls durch Wirkung anderer Teilchen selbst polar zu wirken. Die Fähigkeit ist da bei größeren Molekülen stärker ausgeprägt, da sie generell eine bessere Fähigkeit besitzen, Elektronen zu delokalisieren. Und nicht nur unbedingt über ein Pi-System!
    Und als letztes: Die böse, böse Praxis... Häufig ist es so, dass der organische Synthesechemiker über die Theorie schon fast nicht mehr nachdenkt, sondern zum Beispiel sagt: Chloroform und Methylenchlorid lösen viele organische Verbindungen. Im Zweifelsfall oder bei neuen Stoffen wird eben ausprobiert.
    Tut mir leid, wenn ich dich enttäuscht habe.
    Alles Gute

    P.S.: Mir ist noch etwas eingefallen: Im Tetrachlormethan (Tetrachlorkohlenstoff) ziehen die vier Cl-Atome stark die Elektronen. Aber die Wirkung hebt sich auf, da das in Richtung der Ecken eines Tetraeders geschieht (Die Vektorsumme der Teildipolmomente ist 0!). Damit ist das Dipolmoment 0. Trotzdem ist die Verbindung ein gutes Lösungsmittel für viele Verbindungen (leider sehr giftig!), die Alkane wie Hexan oder Heptan mit Dipolmomenten von ebenfalls Null lösen viel schlechter.
    Nichts ist so schwer aber auch so interessant wie das wirkliche Leben.
    A. O.

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    Guten Tag Herr Otto
    Unpolar und polar, ansatzweise verstanden. Verstehe aber noch nicht, wann z.B. Lösungsmittel wie Chloroform, Aceton oder Acetonitril polar resp unpolar sind? Mit der EN-Differenz komme ich da nicht zum Ziel. Versucht, klappt aber nicht. Habe ich was übersehen?
    Danke für Ihre Hilfe
    Rudolf H

    Von Rudolfhawellek, vor mehr als 3 Jahren
  4. 001

    Gern geschehen und alles Gute!

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  5. Start zwergwidder

    danke herr Otto ;)

    Von Gift99, vor mehr als 3 Jahren