Das Bindungsdreieck
Bild 1 : Ionenbindung – Atombindung – Metallbindung – Das Bindungsdreieck zeigt die Zusammenhänge.
Atombindung, Ionenbindung und Metallbindung sind 3 einfache Modelle, die den Zusammenhalt von Teilchen (Atomen oder Ionen) in einem größeren Verband (zum Beispiel einem Molekül oder einem Ionenkristall) beschreiben. Schon bald hat man erkannt, dass sich die Bindungen vieler Stoffe nicht gut in diese 3 Schubladen einordnen lassen. Ein erster Schritt der Verallgemeinerung war das Modell der polaren Atombindung.
Polare Atombindung
Ausgangspunkt sind die experimentell bestimmten Werte der Elektronegativität (EN). Sie gibt an, wie stark die beiden an einer Bindung beteiligten Atome die Bindungselektronen anziehen. Aus der Differenz der Elektronegativitäten der beiden Atome kann man den Ionencharakter der Bindung berechnen. Einige Beispiele :
- Chlor hat eine EN von 2,83. Im Molekül Cl2 haben also beide Atome dieselbe EN von 2,83. Die Differenz ist 0. Es liegt eine reine Atombindung vor.
- Schwefel hat eine EN von 2,44. Im Molekül SCl2, oder ausführlicher geschrieben Cl–S–Cl, haben die beiden an einer S–Cl–Bindung beteiligten Atome eine EN–Differenz von 2,83 – 2,44 = 0,39. Das entspricht einem (sehr geringen) Ionenbindungsanteil von 4 %. Es ist eine sehr schwach polare Bindung.
- Im Wasser (H2O) haben die beteiligten Atome Elektronegativitäten von 2,20 (Wasserstoff) und 3,50 Sauerstoff. Die Differenz beträgt 1,30, daraus errechnet sich ein Ionenbindungsanteil von 33 %. Im Wasser liegt eine stark polare Bindung vor.
- Betrachten wir nun Natriumchlorid NaCl an, das wohl jeder als typischen Vertreter eines Salzes mit einer Ionenbindung ansieht. Natrium hat eine EN von 1,01, die Differenz zum Chlor beträgt 1,82. Die Bindung zwischen Na und Cl hat einen Ionenbindungsanteil von 60 %. Eine reine Ionenbindung, so wie man es Anfängern erklärt, ist im Natriumchlorid nicht vorhanden. Trotzdem kann man mit dem Modell der Ionenbindung die meisten Eigenschaften von Natriumchlorid erklären.
- Allgemein bezeichnet man Bindungen mit einem Ionenbindungsanteil von mehr als 50 % als Ionenbindungen. Man macht das nicht einfach so, sondern weil es sinnvoll ist. Man kann das Verhalten dieser Verbindungen mit dem Modell der Ionenbindungen sehr gut erklären.
Ein Bild sagt mehr als viele Worte. In Bild 2 sind die eben genannten Verbindungen und noch einige andere im Bindungsdreieck eingetragen. Sie können ganz leicht den Grad der Polarität in diesen Verbindungen ablesen.
Bild 2 : Die Polarität der Bindungen wächst in der Reihenfolge Chlor –
Schwefelchlorid – Phosphorchlorid – Siliziumchlorid –
Wasser – Aluminiumchlorid –
Natriumchlorid.
Selbst Natriumchlorid ist noch weit von einer hundertprozentigen
Ionenbindung entfernt.
Warum habe ich die polare Atombindung so ausführlich beschrieben ?
Der Grund ist, dass man dieses Konzept verallgemeinern kann. Auch zwischen der Ionenbindung und der Metallbindung gibt es Übergänge. Es gibt Metallbindungen mit einem mehr oder weniger großen Ionenbindungsanteil, und es gibt Ionenbindungen mit einem Metallbindungsanteil. Alle diese Bindungen kann man auf der unteren Seite des Bindungsdreiecks eintragen. Genauso kann man auf der linken Seite Übergänge zwischen Metallbindung und Atombindung eintragen. Sie sehen solche Übergänge in Bild 3.
- Keine Beschreibung, sondern eine Herleitung der polaren Bindung finden Sie hier.
Bild 3 : So kann man die Übergänge zwischen den Bindungsarten im Bindungsdreieck eintragen.
Beispiele
Hier finden Sie im Projekt „Die Struktur der Stoffe” behandelte Stoffe wieder, und Sie können sofort den Typ seiner Bindung ablesen.
Zuerst in Bild 4 die anorganischen Stoffe, denn hier ist die größte Vielfalt an Bindungstypen.
Bild 4 : Bindungstypen in den Stoffen Schwefel, Iod, Diamant, Graphit, Fulleren, Ammoniak, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Schwefeltrioxid, Antimonpentachlorid, Wasser, Schwefelhexafluorid, Natriumchlorid und Cäsiumchlorid.
Warum ist die Bindung in Graphit nicht als reine Atombindung eingezeichnet, wie die anderen Elemente, sondern mit einem Anteil Metallbindung ? Lesen Sie die Antwort.
Nun zu den organischen Stoffen in Bild 5. Organische Stoffe bestehen, von wenigen Ausnahmen abgesehen, nur aus einer Handvoll Elemente (C, H, O, N, S, P), und somit sind alle Bindungen mehr oder weniger stark polare Atombindungen.
Bild 5 : Die Bindungen in den organischen Stoffen Methan, Ethan, Propan, Benzol, Methanol, Ethanol, Essigsäure und Oxalsäure sind schwach bis mäßig polar.
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