Die molekulare Bindung - DESYphoton- Die molekulare Bindung Polare Bindung Energiebilanz Energiebilanz

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  • Die molekulare Bindung

  • Die molekulare Bindung

    Bindungstypen

    Wir wollen jetzt im folgenden die verschiedenen Bindungstypen, die

    bei Molekülen auftreten können diskutieren und verstehen.

    Polare Bindung (Beispiel NaCl)

    Kovalente Bindung (Beispiel O2)

    Van der Waals Bindung (Beispiel flüssiger N2)

    Wasserstoffbrückenbindung (Beispiel (H2O)n )

    Einführung in die Struktur der Materie 25

  • Die molekulare Bindung Polare Bindung

    Die Polare Bindung

    Eine sehr einfache Bindung stellt die heteropolare Bindung dar

    A + B −→ (A+B−)

    Bei der Bindung wird vom Atom A Elektronenladung auf das Atom B

    übertragen. Die Coulombwechselanziehung zwischen den beiden

    Ionen bewirkt dann die Bindung.

    Ionische Bindungen treten bevorzugt auf zwischen Elementen der

    1. Hauptgruppe (Alkalimetalle) und den Elementen der 7. Hauptgruppe

    (Halogene).

    Alkaliatome geben leicht das äußere Valenzelektron ab, sind

    elektropositiv .

    Halogenatome binden gern ein zusätzliches Elektron, sie sind

    elektronegativ .

    Einführung in die Struktur der Materie 26

  • Die molekulare Bindung Polare Bindung

    Periodensystem der Elemente

    A ZSy Symb ol

    melt [K] boil[K]

    e−config

    1:01 1 H Hydrogen 14.01 20.28

    1s 1

    4:00 2 He Helium

    0.95 4.216

    1s 2

    6:94 3 Li

    Lithium 553.69 1118.15

    [He] 2s 1

    9:01 4 Be Beryllium 1551 3243

    [He] 2s 2

    10:81 5 B Boron

    2573 3931

    [He] 2s 2 2p1

    12:01 6 C Carbon

    3820 5100

    [He] 2s 2 2p2

    14:01 7 N Nitrogen 63.29 77.4

    [He] 2s 2 2p3

    16:00 8 O Oxygen

    54.8 90.19

    [He] 2s 2 2p4

    19:00 9 F Fluorine

    53.53 85.01

    [He] 2s 2 2p5

    20:18 10 Ne

    Neon 48 27.1

    [He] 2s 2 2p6

    22:99 11 Na Sodium

    370.96 1156.1

    [Ne] 3s 1

    24:31 12 Mg Magnesium 922 1363

    [Ne] 3s 2

    26:98 13 Al Aluminum 933.5 2740

    [Ne] 3s 2 3p1

    28:09 14 Si

    Silicon 1683 2628

    [Ne] 3s 2 3p2

    30:97 15 P Phosphorus

    317.3 553

    [Ne] 3s 2 3p3

    32:07 16 S Sulfur

    386 717.824

    [Ne] 3s 2 3p4

    35:45 17 Cl Chlorine

    172.2 238.6

    [Ne] 3s 2 3p5

    39:95 18 Ar Argon

    83.8 87.3

    [Ne] 3s 2 3p6

    39:10 19 K Potassium 336.8 1047

    [Ar] 4s 1

    40:08 20 Ca Calcium 1112 1757

    [Ar] 4s 2

    44:96 21 Sc Scandium 1814 3104

    [Ar] 3d1 4s2

    47:88 22 Ti Titanium 1933 3560

    [Ar] 3d2 4s2

    50:94 23 V Vanadium 2160 3650

    [Ar] 3d3 4s2

    52:00 24 Cr Chromium 2130 2945

    [Ar] 3d5 4s1

    54:94 25 Mn Manganese 1517 2235

    [Ar] 3d5 4s2

    55:85 26 Fe

    Iron 1808 3023

    [Ar] 3d6 4s2

    58:93 27 Co

    Cobalt 1768 3143

    [Ar] 3d7 4s2

    58:69 28 Ni

    Nick el 1726 3005

    [Ar] 3d8 4s2

    63:55 29 Cu Copper

    1356.6 2840

    [Ar] 3d10 4s1

    65:39 30 Zn

    Zinc 692.73 1180

    [Ar] 3d10 4s2

    69:72 31 Ga Gallium

    302.93 2676

    [Ar] 3d10 4s2 4p1

    72:61 32 Ge Germanium 1210.6 3103

    [Ar] 3d10 4s2 4p2

    74:92 33 As Arsenic 1090 876

    [Ar] 3d10 4s2 4p3

    78:96 34 Se Selenium 490 958.1

    [Ar] 3d10 4s2 4p4

    79:90 35 Br Bromine

    265.9 331.9

    [Ar] 3d10 4s2 4p5

    83:80 36 Kr Krypton

    116.6 120.85

    [Ar] 3d10 4s2 4p6

    85:47 37 Rb Rubidium 312.2 961

    [Kr] 5s 1

    87:62 38 Sr Strontium 1042 1657

    [Kr] 5s 2

    88:91 39 Y Yttrium 1795 3611

    [Kr] 4d1 5s2

    91:22 40 Zr Zirconium 2125 4650

    [Kr] 4d2 5s2

    92:91 41 Nb Niobium 2741 5015

    [Kr] 4d4 5s1

    95:94 42 Mo Molybdenum

    2890 4885

    [Kr] 4d5 5s1

    97:91 43 Tc Technetium 2445 5150

    [Kr] 4d6 5s1

    101:07 44 Ru Ruthenium 2583 4173

    [Kr] 4d7 5s1

    102:91 45 Rh Rhodium 2239 4000

    [Kr] 4d8 5s2

    106:42 46 Pd Palladium 1825 3413

    [Kr] 4d10

    107:87 47 Ag

    Silver

    1235.1 2485

    [Kr] 4d10 5s1

    112:41 48 Cd Cadmium 594.1 1038

    [Kr] 4d10 5s2

    114:82 49 In

    Indium 429.32 2353

    [Kr] 4d10 5s2 5p1

    118:71 50 Sn

    Tin 505.1 2543

    [Kr] 4d10 5s2 5p2

    121:76 51 Sb Antimony 903.9 1908

    [Kr] 4d10 5s2 5p3

    127:60 52 Te Tellurium 722.7 1263

    [Kr] 4d10 5s2 5p4

    126:90 53 I

    Iodine 386.7 457.5

    [Kr] 4d10 5s2 5p5

    131:29 54 Xe

    Xenon 161.3 166.1

    [Kr] 4d10 5s2 5p6

    132:91 55 Cs

    Cesium 301.6 951.6

    [Xe] 6s 1

    137:33 56 Ba

    Barium 1002 1910

    [Xe] 6s 2

    138:91 57 La Lanthanum 1194 3730

    [Xe] 6d1 6s2

    140:12 58 Ce

    Cerium 1072 3699

    [Xe] 4f 1 5d1 6s2

    140:91 59 Pr

    Praseodymium 1204 3785

    [Xe] 4f 3

    6s 2

    144:24 60 Nd Neodymium 1294 3341

    [Xe] 4f 4

    6s 2

    144:91 61 Pm Promethium 1441 3000

    [Xe] 4f 5

    6s 2

    150:36 62 Sm Sama rium 1350 2064

    [Xe] 4f 6

    6s 2

    151:97 63 Eu Europium 1095 1870

    [Xe] 4f 7

    6s 2

    157:25 64 Gd Gadolinium 1586 3539

    [Xe] 4f 7 5d1 6s2

    158:93 65 Tb Terbium 1629 3296

    [Xe] 4f 9

    6s 2

    162:50 66 Dy Dysprosium 1685 2835

    [Xe] 4f 10

    6s 2

    164:93 67 Ho Holmium 1747 2968

    [Xe] 4f 11

    6s 2

    167:26 68 Er Erbium

    1802 3136

    [Xe] 4f 12

    6s 2

    168:93 69 Tm

    Thulium 1818 2220

    [Xe] 4f 13

    6s 2

    173:04 70 Yb Ytterbium 1097 1466

    [Xe] 4f 14

    6s 2

    174:97 71 Lu Lutetium 1936 3668

    [Xe] 4f 14 5d1 6s2

    178:49 72 Hf Hafnium 2503 5470

    [Xe] 4f 14 5d2 6s2

    180:95 73 Ta Tantalum 3269 5698

    [Xe] 4f 14 5d3 6s2

    183:84 74 W Tungsten 3680 5930

    [Xe] 4f 14 5d4 6s2

    186:21 75 Re Rhenium 3453 5900

    [Xe] 4f 14 5d5 6s2

    190:23 76 Os Osmium 3327 5300

    [Xe] 4f 14 5d6 6s2

    192:22 77 Ir

    Iridium 2683 4403

    [Xe] 4f 14 5d7 6s2

    195:08 78 Pt Platinum 2045 4100

    [Xe] 4f 14 5d9 6s1

    196:97 79 Au

    Gold 1337.58 3080

    [Xe] 4f 14 5d10 6s1

    200:59 80 Hg

    Mercury 234.28 629.73

    [Xe] 4f 14 5d10 6s2

    204:38 81 Tl Thallium 576.6 1730

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p1

    207:20 82 Pb

    Lead 600.65 2013

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p2

    208:98 83 Bi Bismuth 544.5 1883

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p3

    208:98 84 Po Polonium 527 1235

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p4

    209:99 85 At Astatine 575 610

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p5

    222:02 86 Rn

    Radon 202 211.4

    [Xe]

    4f 14 5d10 6s2 6p6

    223:02 87 Fr Francium 300 950

    [Rn] 7s 1

    226:03 88 Ra

    Radium 973 1413

    [Rn] 7s 2

    227:03 89 Ac Actinium 1320 3470

    [Rn] 6d1 7s2

    232:04 90 Th Thorium 2028 5060

    [Rn] 6d2 7s2

    231:04 91 Pa Protactinium

    2113 4300

    [Rn] 5f 2 6d1 7s2

    238:03 92 U Uranium

    1405.5 4018

    [Rn] 5f 3 6d1 7s2

    237:05 93 Np Neptunium 913 4175

    [Rn] 5f 4 6d1 7s2

    244:06 94 Pu Plutonium 914 3505

    [Rn] 5f 6

    7s 2

    243:06 95 Am Americium 1267 2880

    [Rn] 5f 7

    7s 2

    247:07 96 Cm

    Curium 1340 n/a

    [Rn] 5f 7 6d1 7s2

    247:07 97 Bk Berk elium n/a n/a

    [Rn] 5f 9

    7s 2

    251:08 98 Cf Californium

    900 n/a

    [Rn] 5f 10

    7s 2

    252:08 99 Es Einsteinium n/a 1130

    [Rn] 5f 11

    7s 2

    257:10 100 Fm

    Fermium 1800 n/a

    [Rn] 5f 12

    7s 2

    258:10 101 Md Mendelevium

    1100 n/a

    [Rn] 5f 13

    7s 2

    259:10 102 No Nob elium 1100 n/a

    [Rn] 5f 14

    7s 2

    262:11 103 Lr Lawrencium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14

    7s 2 7p1

    [261]

    104 Rf Rutherfordium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d2 7s2

    [262]

    105 Db Dubnium n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d3 7s2

    [266]

    106 Sg Seaborgium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d4 7s2

    [264]

    107 Bh Bohrium n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d5 7s2

    [269]

    108 Hs Hassium n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d6 7s2

    [268]

    109 Mt Meitnerium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d7 7s2

    [269]

    110 Uun Ununnilium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d9 7s1

    [272]

    111 Uuu Unununium

    n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d10 7s1

    [277]

    112 Uub Ununbium n/a n/a

    [Rn] 5f 14 6d10 7s2

    Einführung in die Struktur der Materie 27

  • Die molekulare Bindung Polare Bindung

    Beispiel NaCl

    Die Polare Bindung soll am Beispiel des NaCl Moleküls diskutiert

    werden

    Na + EIonisation → Na+ + e− Ionisation Cl + e− → Cl− + EA Elektronenaffinität

    Na+ + Cl− → NaCl Die Coulombenergie des Moleküls beträgt

    ECoul = −e2

    4πǫ0R , (1)

    wobei R der Gleichgewichtsabstand ist. R läßt sich z.B. über das

    elektrische Dipolmoment und IR-Spektroskopie bestimmen.

    Die Energiebilanz ist somit

    EBindung = |ECoul |+ ∣ ∣ ∣EClAff

    ∣ ∣ ∣−

    ∣ ∣ ∣ENaIon

    ∣ ∣ ∣

    ︸ ︷︷ ︸

    Werte aus der Literatur

    (2)

    Ei