Polare Atombindung

Guten Tag, und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die polare Atombindung. Zunächst wollen wir uns daran erinnern, was man unter Atombindung versteht. Als Nächstes werden wir erarbeiten, in welchem Fall Polarität eintritt. Dann werden wir die daraus resultierenden Stoffeigenschaften kurz benennen. Und schließlich werden wir ein Entscheidungskriterium für die polare Atombindung formulieren. 1. Atombindung: Nehmen wir zum Beispiel das Wasserstoffmolekül. 2 Wasserstoffatome, die jeweils über ein Außenelektron verfügen, vereinigen sich zu einem Wasserstoffmolekül, indem sie aus ihren beiden Elektronen eine Bindung aufbauen. Dies ist hier rot gekennzeichnet. Im Chlormolekül findet ein analoger Prozess statt. 2 freie Außenelektronen aus 2 Atomen vereinigen sich zu einem Chlormolekül. Das Bindungselektronenpaar habe ich wieder rot gekennzeichnet. Im Gegensatz zu den Wasserstoffatomen gibt es hier noch nicht bindende Elektronenpaare, die ich blau gekennzeichnet habe. Also rot = bindend und blau = nicht bindend. Als letztes Beispiel das Stickstoffmolekül. 2 Stickstoffatome verbinden sich. Jedes Stickstoffatom verfügt über 3 Elektronen, die für die Bindungen benötigt werden und jeweils ein Elektronenpaar, blau gekennzeichnet, welches als nicht bindendes Elektronenpaar bestehen bleibt. Die Atombindung ist somit die Bildung von gemeinsamen Elektronenpaaren. Es kommt zur Bindung. Dabei wird die Edelgaskonfiguration für die beteiligten Bindungspartner erzielt. 2. Polarität: Nehmen wir zum Beispiel das Chlormolekül und betrachten seine Außenelektronen. Jedes der beteiligten Atome behält 3 nicht bindende Elektronenpaare. Außerdem besteht ein gemeinsames Elektronenpaar, das die Bindung ausmacht. Wir haben es hier mit einer Gleichverteilung der Elektronen zu tun. Wenn wir das Chlorwasserstoffmolekül rechts daneben betrachten, so stellen wir fest, dass wir es hier mit einer Ungleichverteilung der Elektronen zu tun haben. Bei Betrachtung der Polarität kommt man zum Schluss, dass im Chlormolekül keine Polarität vorliegt. Das Molekül ist unpolar. Man kann experimentell feststellen, dass am Chloratom eine partiell negative Ladung vorhanden ist, δ-. Genauso befindet sich am Wasserstoffatom eine partielle positive Ladung, δ+. Das Chlorwasserstoffmolekül HCL ist polar. Zur Klassifizierung der Polarität wurde der Begriff Dipol eingeführt. Am Chlormolekül können wir keine unterschiedlichen Partialladungen ausmachen. Es besteht kein Dipol. Am Chlorwasserstoffmolekül haben wir einen positiven und einen negativen Pol. Es gibt einen Dipol. Man kann nun das sogenannte Dipolmoment experimentell bestimmen. Für das Chlormolekül wurde ein Dipolmoment von 0 gemessen. Für das Chlorwasserstoffmolekül ein Dipolmoment von >0. Wir kommen zum Schluss: Eine polare Atombindung liegt vor, wenn die Bindungspartner die Elektronen unterschiedlich stark anziehen. Welche Stoffeigenschaften ergeben sich, für Verbindungen mit polaren Atombindungen? Betrachten wir einige dieser sogenannten Dipolmoleküle. Das Chlorwasserstoffmolekül HCL, das Wassermolekül H2O, das Brohmwasserstoffmolekül HBr und das Ammoniakmolekül NH3. Polare Verbindungen sind gut wasserlöslich. Das beruht unter anderem darauf, dass bei ihnen Protonenübergänge stattfinden. Eine Form des Protonenübergangs a ist die Dissoziation. Beim Chlorwasserstoffmolekül HCL findet die Dissoziation in Wasserstoffionen H+ und in Chloridionen CL- statt. Die zweite Form des Protonenübergangs b ist die Protonierung. So wird zum Beispiel in wässriger Lösung Ammoniak NH3 protoniert. Das Ammoniakmolekül NH3 reagiert mit einem Wasserstoffion H+ zu einem Ammoniumion NH4+. Stoffe mit polaren Atombindungen sind zur Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen befähigt. Bei den Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen kommt es zu einer Wechselwirkung zwischen den Sauerstoffatomen und den Wasserstoffatomen der verschiedenen Wassermoleküle. Die Anziehungen, die ausgeübt werden, sind das Ergebnis der unterschiedlichen Ladungen zwischen den Sauerstoffatomen, die negative Partialladungen tragen, und den Wasserstoffatomen, die positive Partialladungen tragen. Als Ergebnis dessen bilden sich größere Molekülaggregate und es kommt zu einer Siedepunktserhöhung. Das ist äußerst bedeutungsvoll. Ansonsten wäre Wasser unter Raumbedingungen ein Gas. Wenden wir uns nun einem wichtigen Entscheidungskriterium zu, dass uns gestattet zu entscheiden, wann wir es mit einer polaren Atombindung zu tun haben. Das Entscheidungskriterium ist die sogenannte Elektronegativitätsdifferenz. Die Elektronegativitätsdifferenz wird häufig mit ΔEN abgekürzt. EN, die Elektronegativität nach Pauling ist ein Maß für die Fähigkeit, Elektronen der Bindung anzuziehen. Pauling ermittelte für Wasserstoff einen Wert von 2,1, für Kohlenstoff von 2,5, für Chlor von 3,0 und für Sauerstoff ergab sich eine Elektronegativität von 3,5. Wir wollen nun einige Elektronegativitätsdifferenzen ΔEN berechnen. Für Methan CH4 erhalten wir 2,5 - 2,1 = 0,4. Das Wasserstoffmolekül H2 hat eine Elektronegativitätsdifferenz ΔEN von 2,1 - 2,1 = 0. Für Diamant erhalten wir 2,5 - 2,5 = 0. Und weiter erhalten wir für Chlorwasserstoff HCL 3,0 - 2,1 = 0,9. Und für Wasser schließlich H2O ergibt sich 3,5 - 2,1 = 1,4. Wasserstoff H2, Methan CH4 und der Diamant sind unpolare Verbindungen. Bei Chlorwasserstoff HCL und beim Wasser H2O handelt es sich um polare Stoffe. Wie können wir nun ungefähr abschätzen, ob es sich um eine polare Atombindung handelt? Die Elektronegativitätsdifferenzen von chemischen Verbindungen liegen im Bereich von 0 bis etwa 3. Dazwischen kennzeichnen wir noch die Werte von 0,6 und 1,8. Bei kleinen Differenzen zwischen 0 und 0,6 hat man es mit unpolaren Verbindungen zu tun. Der Bereich von etwa 0,6 bis 1,8 umfasst die polaren Verbindungen. Beginnend mit 1,8 und mehr hat man es meistens mit Ionenverbindungen zu tun. Achtung, die Zahlen sind Orientierungswerte, keine Dogmen. Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit, auf Wiedersehen.