Hinweise zur chemischen Bindung

Inhalt

• Hinweise zu chemischen Bindungen
• Chemische Bindung – Definition
• Stärke der chemischen Bindungen
• Kovalente Bindungen
• Heteroatome
• Dieses Video

Hinweise zu chemischen Bindungen

Durch chemische Bindungen können sich aus einzelnen Atomen Moleküle bilden. Chemische Bindungen sind somit für den Aufbau aller Moleküle und somit für den Aufbau aller Dinge und Lebewesen auf unserer Erde verantwortlich. Im Folgenden findest du zunächst eine Erklärung, was chemische Bindungen sind. Im Anschluss daran erhältst du eine Übersicht über die wichtigsten chemischen Bindungen.

Chemische Bindung – Definition

Unter einer chemischen Bindung versteht man den Zusammenhalt von mindestens zwei Atomen oder Ionen. Hierbei bilden sich chemische Verbindungen. Diese werden auch Moleküle genannt. Doch warum gehen verschiedene Elemente eine chemische Bindung ein? Durch eine chemische Bindung wird ein thermodynamisch günstigerer Energiezustand erreicht.

Abhängig von den Reaktionspartnern und den Reaktionen werden unterschiedliche Arten chemischer Bindungen ausgebildet. Welche chemischen Bindungen gibt es und wie unterscheiden sie sich? All das wird dir in den nächsten Abschnitten einfach erklärt.

Stärke der chemischen Bindungen

Die unterschiedlichen chemischen Bindungen unterscheiden sich nicht nur in den Bindungspartnern, sondern auch in der Bindungsstärke.

In der folgenden Tabelle findest du einen Überblick über die wichtigsten chemischen Bindungsarten nach Stärke sortiert.

Kovalente Bindungen

Die kovalente Bindung wird auch Atombindung genannt. Die Bindung zwischen Atomen wird durch die Herausbildung eines oder mehrerer gemeinsamer Elektronenpaare bewirkt. Dadurch erreicht mindestens ein Atom eine stabile Elektronenkonfiguration (Oktettregel, Edelgaskonfiguration). Je nachdem wie stark das gemeinsame Elektronenpaar von einem der beiden Atome angezogen wird, unterscheidet man zwischen polarer Atombindung und unpolarer Atombindung.

Wie genau bilden sich eigentlich kovalente Bindungen? Kovalente Bindungen können durch $\sigma$- oder $\pi$-Bindungen gebildet werden.

$\sigma$-Bindungen sind chemische Bindungen zwischen zwei Atomen, bei denen die Elektronenverteilung der Bindung rotationssymmetrisch ausgerichtet ist. Die $\sigma$-Bindung ist eine Einfachbindung, sie ist aber auch der Grundbestandteil von Doppel- und Dreifachbindungen.

$\pi$-Bindungen sind chemische Bindungen zwischen zwei Atomen, die durch Überlappung ihrer p- oder d-Orbitale zustande kommen. Dieser Bindungstyp ist achsensymmetrisch, aber nicht rotationssymmetrisch. $\pi$-Bindungen sind Bestandteil von Mehrfachbindungen.

Schauen wir uns das am Beispiel des Kohlenstoffs an: $\sigma$-Bindungen treten bei jeder kovalenten Bindung eines Kohlenstoffatoms auf. $\pi$-Bindungen treten lediglich bei $\ce{{sp}^2}$- oder $\ce{sp}$-Hybridisierung zusätzlich zur $\sigma$-Bindung auf. Die $\sigma$-Bindung ist stärker als die $\pi$-Bindung. Jedoch ist die Beweglichkeit der Elektronen in der $\pi$-Bindung höher als in der $\sigma$-Bindung. Hierdurch kommt es zu einer höheren Polarisierbarkeit der $\pi$-Bindung. Dies hat ebenfalls eine höhere Reaktionsfähigkeit von $\pi$-Bindungen im Vergleich zu $\sigma$-Bindungen zur Folge. In der folgenden Tabelle findest du einen Vergleich der Einfach- und Doppelbindung.

Heteroatome

Wenn die Atome der chemischen Elemente Sauerstoff $\ce{O}$, Schwefel $\ce{S}$, Stickstoff $\ce{N}$ oder Phosphor $\ce{P}$ anstelle des chemischen Elements Kohlenstoff $\ce{C}$ im Molekül fungieren, so spricht man von Heteroatomen. Heteroatome haben dabei einen großen Einfluss auf die Polarisierbarkeit. In einer einfachen Kohlenstoffkette tritt keine Polarisierung auf, da die Ladung gleich verteilt ist. Heteroatome haben in der Regel eine höhere Elektronegativität als Kohlenstoff. Hierdurch kommt es zu einer Umverteilung der Ladung, was in einer polarisierten Atombindung resultiert. Am Kohlenstoffatom tritt dabei ein Elektronenmangel auf. Durch die partiell positive Polarisierung am Kohlenstoff können Nucleophile den Kohlenstoff besser angreifen. Bei einem Nucleophil handelt es sich um ein negativ geladenes Ion oder eine partiell negativ geladene funktionelle Gruppe eines Moleküls, die mit einem positiv geladenen Ion oder einer partiell positiv geladenen funktionellen Gruppe reagiert. Das Kohlenstoffatom kann im Zusammenhang mit Heteroatomen $\ce{{sp}^3}$-, $\ce{{sp}^2}$- oder $\ce{sp}$-hybridisiert sein. $\ce{{sp}^3}$-Hybridisierung tritt bei Aminen, bei Alkoholen oder bei Ethern auf. Auch trifft man sie bei Thioalkoholen oder Thioethern an. Das Kohlenstoffatom ist $\ce{{sp}^2}$-hybridisiert im Fall von Iminen oder Ketonen und es ist $\ce{sp}$-hybridisiert, wenn man es mit einem Nitril zu tun hat.

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Alkane bilden Einfachbindungen untereinander aus. Diese bilden einen Winkel von etwa 109°. Um die Bindungen sind die Moleküle frei drehbar. In Alkenen wie im Ethenmolekül ist die Drehbarkeit nicht möglich. Die eine Bindung wird als $\sigma$-Bindung, die andere als $\pi$-Bindung bezeichnet. Die $\sigma$-Bindung ist stärker als die $\pi$-Bindung, dafür ist $\pi$ leichter polarisierbar und führt zu einer Erhöhung der Reaktivität. Elektronendonatoren und -akzeptoren sind für viele chemische Reaktionen verantwortlich. Ursache sind häufig elektronegative Heteroatome wie Sauerstoff $\ce{O}$, Schwefel $\ce{S}$, Stickstoff $\ce{N}$ oder Phosphor $\ce{P}$. Es werden die wichtigsten Bindungsarten vorgestellt und nach ihrer Stärke eingeordnet. Im Anschluss an das Video kannst du dein neu erlerntes Wissen an den Übungsaufgaben zu den chemischen Bindungen überprüfen.