Kovalente Bindung

Kovalente Bindungen sind chemische Bindungen zwischen zwei Nichtmetallatomen. Ein Beispiel ist Wasser, bei dem sich Wasserstoff (H) und Sauerstoff (O) zu (H2O) verbinden. Eine volle äußere Schale hat normalerweise acht Elektronen, oder zwei im Falle von Wasserstoff oder Helium. Valenzelektronen sind die Elektronen, die vergleichsweise locker in der äußeren Schale des Atoms gehalten werden. Die Struktur von Elektronenschalen wird durch die Quantenmechanik bestimmt).

Die Anzahl der Elektronen in einem Atom wird durch die Anzahl der Protonen in dem Atom bestimmt. Elektronen umkreisen Atomkerne, und sie sind wie unscharfe Umlaufbahnen um einen Atomkern. Die erste Schicht hat bis zu zwei Elektronen. Die Schichten danach enthalten in der Regel bis zu acht. Kovalente Bindungen werden durch Atome gebildet, die sich Valenzelektronen teilen.

Hatte ein Atom beispielsweise neun Elektronen, so kreisen die ersten beiden auf einer Bahn sehr nahe am Kern, die nächsten sieben auf einer etwas weiter entfernten. Die äußeren sieben Elektronen werden weniger fest gehalten als die inneren zwei Elektronen, weil sie weiter vom positiv geladenen Kern entfernt sind. Wenn sich dieses Atom einem anderen Atom mit einem lose gehaltenen Elektron in seiner äußeren Schale nähert, wird ein neues Orbital für das lose gehaltene Elektron verfügbar. Dieses neue Elektronenorbitale ist an beide Atomkerne gebunden und hat ein niedrigeres Energieniveau als das ursprüngliche Elektronenorbitale. Das Elektron kann spontan dorthin springen und mit der überschüssigen Energie ein Photon aussenden. Jetzt haben wir ein Elektron, das beide Atome umkreist, was dazu führt, dass das Atom, das das Elektron geliefert hat, eine kleine positive Nettoladung und das andere Atom eine kleine negative Nettoladung hat. Die beiden Atome werden nun durch die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen positiven und negativen Ladungen zusammengehalten. Dies nennt man eine kovalente Bindung. Um diese Bindung aufzubrechen, wird die gleiche Energiemenge benötigt, die bei ihrer Bildung freigesetzt wurde.

Ein Wassermolekül besteht aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen, die durch eine kovalente Bindung zusammengehalten werden. In diesem Fall teilt sich das Sauerstoffatom mit jedem Wasserstoffatom ein Elektron. Dies bedeutet, dass die Sauerstoffatome eine kleine positive Nettoladung und das Wasserstoffatom eine kleine negative Nettoladung hat. Infolgedessen werden die Sauerstoff- und Wasserstoffatome durch die elektromagnetische Kraft voneinander angezogen. Aus diesem Grund ist das Wassermolekül ein polares Molekül: seine Ladung ist nicht gleichmäßig verteilt.

Kovalente Bindungen von Wasser (H2O)

Arten kovalenter Bindungen

Atomorbitale (mit Ausnahme von s-Orbitalen) bilden verschiedene Arten von kovalenten Bindungen:

Sigma (σ) Bindungen sind die stärksten kovalenten Bindungen. Sie haben eine frontale Überlappung von Orbitalen an zwei verschiedenen Atomen. Eine Einfachbindung ist normalerweise eine σ Bindung.
Pi (π) Bindungen sind schwächer und sind auf eine laterale Überlappung zwischen p (oder d) Orbitalen zurückzuführen.
Eine Doppelbindung zwischen zwei gegebenen Atomen hat eine σ und eine π Bindung, und
eine Dreifach-Anleihe hat eine σ und zwei π Anleihen.

Kovalente Bindungen sind schwächer als ionische Bindungen und haben einen niedrigeren Schmelzpunkt. Außerdem sind sie im Allgemeinen schlechte Strom- und Wärmeleiter.

Länge der Bindung

In der Chemie ist die Bindungslänge das Maß für die Größe einer kovalenten Bindung. Da Moleküle sehr klein sind, werden sie in Pikometern oder etwa einem Millionstel eines Milliardstel Meters gemessen.

Die Chemie der Moleküle wird hauptsächlich durch ihre Bindungen erklärt, und ihre Bindungen werden durch die Struktur der Elektronen verursacht.

Zeichnung von Benzol. Die Bindungslängen und Bindungswinkel sind dargestellt.

Fragen und Antworten

F: Was ist eine kovalente Bindung?

A: Eine kovalente Bindung ist eine chemische Bindung zwischen zwei Nicht-Metallatomen, bei der die Atome Valenzelektronen teilen. Dadurch entsteht ein Elektronenorbital, das an beide Atomkerne gebunden ist und ein niedrigeres Energieniveau hat als das ursprüngliche Elektronenorbital. Infolgedessen hat das Atom, das das Elektron zur Verfügung gestellt hat, eine kleine positive Nettoladung und das andere Atom eine kleine negative Nettoladung, die durch eine elektromagnetische Anziehungskraft zwischen positiven und negativen Ladungen zusammengehalten werden.

F: Wie viele Elektronen hat ein Atom normalerweise in seiner äußeren Schale?

A: Die äußere Schale eines Atoms enthält in der Regel bis zu acht Elektronen, im Falle von Wasserstoff oder Helium zwei.

F: Wodurch wird die Anzahl der Elektronen in einem Atom bestimmt?

A: Die Anzahl der Elektronen in einem Atom wird durch die Anzahl der Protonen im Atom bestimmt.

F: Wie entstehen kovalente Bindungen?

A: Kovalente Bindungen entstehen, wenn sich Atome einander nähern und ein locker gehaltenes Elektron eines Atoms in ein neues Orbital springt, das an beide Atomkerne mit einem niedrigeren Energieniveau als zuvor gebunden ist. Dies führt dazu, dass ein Atom eine kleine positive Nettoladung und das andere eine kleine negative Nettoladung hat, wodurch eine elektromagnetische Anziehungskraft zwischen ihnen entsteht.

F: Welche Art von Molekül ist Wasser?

A: Wassermoleküle bestehen aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen, die durch kovalente Bindungen zusammengehalten werden. Das macht es zu einem polaren Molekül, da seine Ladung nicht gleichmäßig verteilt ist.

F: Wo kreisen die Elektronen um die Atomkerne?

A: Elektronen kreisen um Atomkerne wie unscharfe Orbitalbahnen.