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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