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Unpolare Atombindung 08:38 min

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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!

6 Kommentare
  1. Frohes neues Jahr Herr Otto und danke für die Hilfe mit diesem Video!!!

    Von Teresa Binder2, vor mehr als einem Jahr
  2. 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 6 Jahren
  3. 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 6 Jahren
  4. 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 6 Jahren
  5. Gern geschehen und alles Gute!

    Von André Otto, vor fast 7 Jahren
  1. danke herr Otto ;)

    Von Gift99, vor fast 7 Jahren
Mehr Kommentare

Unpolare Atombindung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Unpolare Atombindung kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe das Wesen einer Atombindung.

    Tipps

    Überlege dir, wie Atome aufgebaut sind. Wo befindet sich die positive und wo die negative Ladung?

    Lösung

    Elektronen sind die negativ geladenen Teilchen eines Atoms. Elektronen sind so schnell, dass wir sie auch mit modernster Technologie nicht fotografieren können. Das bedeutet auch, dass wir nicht genau sagen können, wann sich ein einzelnes Elektron genau an einem bestimmten Ort befindet. Nähern sich zwei Atome an, kann es zur Ausbildung einer Bindung kommen.

    Das typische einer Atombindung ist, dass sich die Atomkerne das verbindende Elektronenpaar teilen. Eine Bindung besteht immer aus zwei Elektronen, die sich nach der Verbindung sowohl um den eigenen Atomkern bewegen können als auch um den des Reaktionspartners.

  • Gib wieder, warum Wasserstoff gasförmig und Kohlenstoff fest ist.

    Tipps

    Wie viele Valenzelektronen hat Kohlenstoff?

    Lösung

    Wenn du dir die genannten Elemente einmal in PSE ansiehst, kannst du feststellen, dass Wasserstoff in der ersten Hauptgruppe steht und damit ein Valenzelektron auf der Außenschale hat, während Kohlenstoff in der vierten Hauptgruppe steht und damit vier Valenzelektronen hat.

    Alle Elemente versuchen, die Oktettregel zu erfüllen. Das bedeutet, sie versuchen eine vollbesetzte Valenzelektronenschale zu bekommen. Als Vorbild gilt hier immer das Edelgas, das in derselben Periode steht wie das betrachtete Element.

    Auch Wasserstoff versucht den Zustand von Helium zu erreichen (2 Valenzelektronen auf der Außenschale) und muss deshalb noch ein Elektron aufnehmen und verbindet sich so durch eine Atombindung mit einem weiteren Wasserstoffteilchen.

    Weil Kohlenstoff versucht, den Zustand von Neon zu erreichen (8 Valenzelektronen auf der Außenschale), muss es noch vier Elektronen aufnehmen. Es bildet also vier Bindungsarme aus.

    Gasförmig oder fest

    Sind Moleküle sehr klein und treten durch keine Wechselwirkungen miteinander in Kontakt, so sind sie im gasförmigen Zustand. Entsteht durch Elektronenbindungen ein festes Gitter, so ist der Stoff fest und hat oft sogar eine Kristallstruktur.

  • Gib an, welche Elemente Atombindungen ausbilden.

    Tipps

    Gehören die Elemente mit unpolarer Atombindung zu den Metallen oder Nichtmetallen ?

    Lösung

    Die Elemente, die unpolare Atombindungen ausbilden, gehören zu den Nichtmetallen. Die Elemente, die unpolare Atombindungen bilden, treten im Molekül auf. $H_2$, $Cl_2$, $Br_2$, $I_2$, $O_2$, $N_2$, $P_4$, $S_8$. Kohlenstoff ist allerdings eine Ausnahme.

    Die unpolare Atombindung lässt sich auch über die Differenz der Elektronegativität berechnen. Beträgt diese Differenz einen Wert zwischen 0 und 0,4 ist die Verbindung unpolar. Da Atome gleicher Elemente natürlich eine gleiche Elektronegativität haben und damit eine Differenz von 0, liegt hier eindeutig eine unpolare Atombindung vor.

  • Entscheide, welche Bindungsart in folgenden Verbindungen vorliegt.

    Tipps

    Die Bindungsart kannst du durch die Differenz der Elektronegativitäten der beteiligten Elemente bestimmen.

    • $\Delta$ E : 0 - 0,4: unpolare Atombindung
    • $\Delta$ E : 0,5 - 1,7: polare Atombindung
    • $\Delta$ E : größer als 1,7: Ionenbindung

    Elemente mit dazugehörigen Elektronegativitäten

    Welche Eigenschaften haben Verbindungen mit unpolarer Bindung?

    Lösung
    • Im Methan $CH_4$ ist die Bindung zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff eine unpolare Atombindung: $\Delta$ E beträgt 0,4.
    • Eisen $Fe$ leitet den elektrischen Strom, ist wärmeleitend, hat eine hohe Siede- und Schmelztemperatur und ist formbar. Das sind die Merkmale von Metallen. Im Eisen sind die Atome über Metallbindungen verknüpft.
    • Natriumchlorid $NaCl$ ist gut wasserlöslich, hat eine hohe Schmelztemperatur. $\Delta$ E beträgt 2,1. Im Natriumchlorid liegen also Ionenbindungen vor.
    • Chlorwasserstoff $HCl$ leitet Wärme gut und löst sich im Wasser. $\Delta$ E beträgt 0,9. Zwischen dem Chloratom und dem Wasserstoffatom liegen polare Atombindungen vor.
  • Entscheide, welche Stoffe fest und welche gasförmig sind.

    Tipps

    Einige der genannten Stoffe kennst du aus dem Alltag.

    Lösung

    Metalle (eine Ausnahme ist Quecksilber) sind Feststoffe. Auch Ionenverbindungen, wie Natriumchlorid, bilden feste Gitter aus und zählen somit zu den Feststoffen. Schwefel und Phosphor sind zwar flüchtig, liegen aber als Feststoff vor.

    Entscheidend für den Aggregatzustand bei Elementen mit Atombindung sind die Bindungen, die die einzelnen Teilchen miteinander eingehen. Kleine Moleküle, die keine Wechselwirkungen untereinander eingehen, sind gasförmig. Größere Moleküle, wie die acht Ringe des Schwefels, sind dagegen fest.

  • Beschreibe die Atombindung im Sauerstoffmolekül.

    Tipps

    Sauerstoff steht in der 6. Hauptgruppe im Periodensystem.

    Lösung

    Bestimmung der Bindungsart

    Schritt 1: In welcher Hauptgruppe steht das Element? Die Hauptgruppe gibt an, wie viele Außenelektronen (Valenzelektronen) ein Atom besitzt. Da Sauerstoff in der 6. Hauptgruppe steht, hat er also 6 Valenzelektronen.

    2.Schritt: Wie viele Valenzelektronen werden gebraucht, um die Oktettregel zu erfüllen? Die Oktettregel besagt, dass alle Atome bestrebt sind, eine vollbesetzte Valenzelektronenschale zu besitzen. Als Vorbild dient immer das Edelgas, das in derselben Periode steht wie das betrachtete Atom. Als Vorbild dient dem Sauerstoff also Neon mit acht Valenzelektronen.

    Für Sauerstoff bedeutet das, dass es noch 2 Valenzelektronen braucht, um eine vollbesetzte Außenschale zu haben.

    3.Schritt: Das Molekül zusammensetzen. Am besten nimmst du dir ein Blatt Papier und zeichnest es dir auf. Du hast zwei Sauerstoffteilchen, die durch eine Doppelbindung miteinander verbunden sind. Die Doppelbindung ist entstanden, weil jedes der beiden Teilchen noch zwei Valenzelektronen braucht und sich somit beide vier Valenzelektronen teilen. Alle weiteren Außenelektronen werden als Paare zusammengefasst. Jedes Elektronenpaar wird als Strich um das dazugehörige Sauerstoffatom dargestellt.