3.4.1 Atombindung 

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3.4.2  Elektronegativität

Metallatome sind bestrebt, Elektronen abzugeben und mit Nichtmetallen, die Elektronen aufnehmen, Ionenbindungen einzugehen.

Diese Ionenbindung führt zu einer Polarisierung der Element-Ladungen:

Metallkation Å Nichtmetallanion (-)

Die Polarisierung der Elementladungen ist umso ausgeprägter, je geringer das Ionisierungspotential des Metalls und je größer die Elektronenaffinität des Nichtmetalls ist. Die Diagonale des Periodensystems teilt auch hier die Polarisierbarkeit der Elemente:

Als Vergleichszahlen der Polarisierung hat Linus Pauling die Elektronegativität für die Elemente eingeführt, berechnet aus den Bindungsenergien verschiedener Moleküle. Die Elektronegativität des Fluor als stärkstem elektronegativem Element wurde willkürlich 4,0 gesetzt. Wir arbeiten in dieser Vorlesung mit den modifizierten Werten nach Allred und Rochow (PSE).

Die Elektronegativität der Elemente:

Das Alkalimetall Cäsium hat mit 0,9 nach Allred und Rochow die geringste, Fluor mit 4,1 die höchste Elektronegativität.

Die Elektronegativität der Metalle liegt durchweg deutlich unter, die der Nichtmetalle über 2,0. Halbmetalle weisen einen Wert um 2,0 auf.

 

3.4.3  Polarisierte Atombindung

In Bindungen gleicher Atome miteinander sind die Elektronen symmetrisch zwischen den Bindungspartnern verteilt. Aufgrund unterschiedlicher Größe, Elektronenanzahl, Ionisierungspotential und Elektronenaffinität ist die Elektronenverteilung in Bindungen verschiedener Atome ungleichmäßig. Die Elektronen sind polarisiert.

Ein Maß für die Polarität einer kovalenten Bindung ist die Elektronegativität der Atome, insbesondere die Elektronegativitätsdifferenz zwischen den Bindungspartnern. Moleküle mit bestimmbarer vektorieller Elektronegativitätsdifferenz sind Dipole. H-F hat eine Elektronegativitätsdifferenz von 4,1 - 2,2 = 1,9. HF ist somit ein Dipol.

Das Dipolmoment eines Moleküls lässt sich in einem elektrischen Feld bestimmen. In einem angelegten Spannungsfeld richten sich die Dipole aus. Je größer die Differenz der Elektronegativitäten im Molekül, umso polarer ist die Substanz. Die Polarität eines Stoffes bestimmt wesentlich seine chemischen und physikalischen Eigenschaften.

Bindungsenergie

Die Energie, die notwendig ist, um zwei gebundene Atome zu trennen bezeichnet man als Bindungsenergie. Bestimmt wird die Bindungsenergie aus Reaktionswärmen. Die rechnerischen Reaktionsprodukte bei der Spaltung von Bindungen sind freie Atome. Diese gehen jedoch in den meisten Fällen neue Bindungen ein, so dass Bindungsenergien aus Differenzen verschiedener Bindungen bestimmbar sind. L. Pauling hat aus den experimentell ermittelten Bindungsenergien eine Elektronegativitätsskala aufgestellt.

  Erläuterungen  

Elektronegativitäts-PSE nach Allred und Rochow:

H       2,2            
Li      1,0 Be      1,5 B       2,0 C        2,5 N        3,1 O       3,5 F       4,1
Na    1,0 Mg     1,2 Al       1,5 Si        1,7 P         2,1 S        2,4 Cl      2,8
K      0,9 Ca      1,0 Ga      1,8 Ge       2,0 As       2,2 Se       2,5 Br      2,7
Rb     0,9 Sr       1,0 In        1,5 Sn       1,7 Sb       1,8 Te       2,0 I         2,2
Cs     0,9 Ba      1,0 Tl        1,4 Pb       1,6 Bi        1,7    

Elektronegativitätsdifferenz

Die Differenz der Elektronegativitäten zweier Atome (oder Atomgruppen) gibt die relative Polarisierung der Elementladung im Molekül wieder.

Elektronegativitätsdifferenz (D EN) Wirkung:
groß Ionenbindung aus Metall-Nichtmetall
Nichtmetalle: polare kovalente Bindung (Dipol)
klein gering polare kovalente Bindung (Dipol)
null Atombindung gleicher Elemente (kein Dipol)

Mit Hilfe der Elektronegativität lässt sich für eine Reaktion häufig vorausbestimmen an welchem Atom ein chemischer Angriff erfolgt.

Beispiel: (Dipol)                           H¾¾ H (kein Dipol
         D EN = 1,9                                       D EN = 0

Physikalische Eigenschaften einiger Halogenverbindungen in Relation zur Molmasse und der Elektronegativitätsdifferenz:

Molekül Molmasse in g/mol D EN Dipolmoment in 10-30 C/m Bindungsenergie in kJ/mol Tm in oC Tb in oC Atomradius in pm
H-H 2,02 0 0 435 -259 -253 40
F-F 37,99 0 0 155 -218 -188 72
Cl-Cl 70,90 0 0 243 -101 - 35 99
Br-Br 159,8 0 0 193 -    7 + 59 114
I-I 253,61 0 0 151 +113 +183 133
H-F 20,01 1,9 6,37 565 -   83 + 19,5  
H-Cl 36,46 0,6 3,44 431 - 115 - 85  
H-Br 80,91 0,5 2,60 364 -   87 - 67  
H-I 127,91 0,0 1,27 297 -   51 - 45,4  

3.4.4  Van der Waals-Kurve: Bindungsenergie von Wasserstoff:

  Beispielaufgaben  

    

    Übungen   

    

    3.4.Oxidationszahlen 

© Prof. Dr. M. Häberlein in FH Frankfurt a. M., Fachbereich 2: Informatik und Ingenieurwissenschaften