Welche Elemente verbinden sich bei der Atombindung?

Das Gas Sauerstoff ist immer aus zweiatomigen Molekülen aufgebaut. Dieses Phänomen tritt auch bei anderen Gasen auf, so auch beim Stickstoff oder beim Wasserstoff. Die Ursache ist im Aufbau der Atome zu suchen: Beträgt die Differenz der Elektronegativität zwischen zwei Nichtmetall-Atomen weniger als 1,7, gehen sie gerne eine Elektronenpaarbindung ein. Die Bindung wird auch Atombindung oder kovalente Bindung genannt. Bei einer höheren Differenz wird die Ionenbindung bevorzugt. Der Differenzwert 1,7 ist allerdings nur ein grober Richtwert, es hängt auch noch von anderen Faktoren ab. Bei einer Elektronenpaarbindung werden die Valenzelektronengemeinsam benutzt. Beispiel: Zwei Wasserstoff-Atome bilden ein Molekül, indem sie ihr einzelnes Valenzelektron gemeinsam benutzen. So erreichen sie beide für sich gesehen die Edelgaskonfiguration des Heliums, also zwei Elektronen in einer "gefüllten" Schale:

Das gemeinsam benutzte Elektronenpaar wird in der Lewis-Schreibweise durch einen Strich oder durch zwei Punkte dargestellt. Die Strukturformel H-H zeigt im Gegensatz zur Summenformel H2 die Art und Weise wie die Wasserstoff-Atome in einem Molekül miteinander verknüpft sind. Zweiatomige Moleküle bilden beispielsweise Wasserstoff und Stickstoff, sowie die Chalkogene und die Halogene. Zwei Bindungspartner können wie beim Sauerstoff-Molekül auch durch zwei Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden sein. Es handelt sich in dann um eineDoppelbindung. Bei Dreifachbindungen sind Atome durch drei Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden.

Polare Elektronenpaarbindung

Ist die Differenz der Elektronegativität zwischen den beiden Reaktionspartnern zwar kleiner als 1,7, aber immer noch relativ hoch, dann zieht der elektronegativere Partner die gemeinsam benutzten Elektronen näher zu sich. So entsteht eine polare Elektronenpaarbindung beim Wasser-Molekül.

Dieser Effekt wird auch als induktiver Effektbezeichnet. Das Sauerstoff-Atom erhält eine negative Ladung, während die Wasserstoff-Atome eine positive Ladung erhalten. Das Wasser-Molekül ist dadurch polar, was eine Erhöhung der Siedetemperatur bewirkt, wenn man ein ähnliches Molekül wie das H2S-Molekül zum Vergleich heranzieht: Schwefelwasserstoff ist bei Zimmertemperatur gasförmig. Für den Chemiker ist die Polarität, die Ladungsverschiebung in Atomgruppen oder Molekülen, von Bedeutung, wenn er zwei polare Lösungsmittel wie Wasser und Ethanol miteinander vermischen will.

Bei der Atombindung (auch Elektronenpaarbindung oder kovalente Bindung) handelt es sich um eine Bindung zwischen Nichtmetallatomen. Diese Atome teilen sich Außenelektronen, um die Oktettregel zu erfüllen.

Durch diese Bindung entstehen Einfach- und Mehrfachbindungen.
Es gibt zwei verschiedene Arten der Atombindung: die polare und die unpolare Atombindung.

Bildung einer Atombindung

Reagieren Nichtmetalle miteinander, bilden diese ein Molekül. Dafür gehen die Atome sogenannte Atombindungen miteinander ein. Eine Atombindung liegt immer zwischen zwei Atomen vor.

Die Oktettregel

Atome gehen miteinander eine Atombindung ein, um die sogenannte Oktettregel zu erfüllen. Diese besagt, dass Atome acht Außenelektronen besitzen wollen.

Nichtmetalle erreichen diese acht Außenelektronen lediglich durch die Aufnahme weiterer Elektronen. Moleküle bestehen aber nur aus Nichtmetallatomen, von denen kein Atom Außenelektronen abgibt.
Um dennoch die Oktettregel zu erfüllen, teilen sich die Atome ihre Außenelektronen. Diese geteilten Elektronen stehen nun beiden Atomen zur Verfügung und bilden die Atombindung. Diese Elektronen werden auch als Bindungselektronen bezeichnet.

Einfach- und Mehrfachbindungen

In einer Atombindung stellen beide Atome gleich viele Elektronen zur Verfügung.

Einfachbindung

Am Häufigsten bildet sich eine Einfachbindung zwischen Atomen aus. Dabei stellt jedes Atom nur ein Elektron. Diese beiden Elektronen bilden ein bindendes Elektronenpaar beziehungsweise die Bindungselektronen.

Mehrfachbindungen

Es gibt aber auch Atome, die mehr als ein Elektron, nämlich zwei oder drei zusätzliche Elektronen, benötigen. Deshalb können zwischen zwei Atomen auch zwei oder drei Elektronenpaare gebildet werden. Dabei handelt es sich dann um sogenannte Doppel- oder Dreifachbindungen.

Polare und unpolare Atombindung

Moleküle können zwei verschiedene Zustände annehmen: polar und unpolar. Diese sind von den Elektronegativitätswerten (kurz EN) der einzelnen Atome abhängig.

Elektronegativitätswert

Der Elektronegativitätswert gibt an, wie stark ein Atom die Bindungselektronen anzieht. Je höher dieser Wert ist, desto größer ist auch die Anziehung.
Da jedes Atom einen solchen Wert besitzt, werden die Bindungselektronen von beiden Bindungspartnern angezogen.
Da der Elektronegativitätswert aber für jedes Element anders ist, zieht auch jedes Element die Bindungselektronen unterschiedlich stark an. Dadurch wird eine Atombindung polar oder unpolar.

Polare Atombindung

Polarität ist eine Ladungsverschiebung. In unserem Fall handelt es sich bei den Ladungen um die Bindungselektronen zwischen zwei Atomen.
Durch die unterschiedlichen Elektronegativitätswerte werden die Bindungselektronen von beiden Atomen unterschiedlich stark angezogen. Daraus folgt, dass sich die Bindungselektronen nicht genau in der Mitte zwischen beiden Atomen befinden, sondern näher an dem Atom mit der größeren Elektronegativität.
Ist das der Fall, ist in der Chemie von einer polaren Atombindung in Rede. Diese tritt immer dann auf, wenn die Differenz der beiden Elektronegativitätswerte nicht null beträgt:

Unpolare Atombindung

Eine Atombindung ist unpolar, wenn die Bindungselektronen von beiden Bindungspartnern gleich stark angezogen werden. Es liegt also keine Polarität vor.
Eine unpolare Atombindung liegt vor, wenn die Differenz der beiden Elektronegativitätswerte null beträgt:

Beispiele für Einfach- und Mehrfachbindungen

Einfachbindungen

Eine Einfachbindung tritt zum Beispiel in folgenden Molekülen auf:

• Alkanen wie Methan, Ethan und Propan
• Wasserstoff \text{H} _{2} H2\text{H} _{2}
• Wasser \text{H} _{2} \text{O}H2O\text{H} _{2} \text{O}

Doppelbindungen

Doppelbindungen treten in vielen Molekülen unserer Umwelt auf. Sie kommen zum Beispiel in folgenden Molekülen vor:

• Sauerstoff \text{O} _{2}O2 \text{O} _{2}
• Kohlenstoffdioxid \text{CO} _{2}CO2\text{CO} _{2}
• Schwefeldioxid \text{SO} _{2}SO2\text{SO} _{2}

Dreifachbindung

Dreifachbindungen kommen in der Natur selten vor. Ein paar bekannte Vertreter sind:

• Stickstoff \text{N} _{2}N2\text{N} _{2}
• Kohlenstoffmonoxid \text{CO}CO\text{CO}

Beispiele für polare und unpolare Atombindungen

Polare Atombindung

Eine polare Atombindung liegt in fast jedem Molekül vor. Ein paar Beispiele sind:

• Chlorwasserstoff \text{HCl}HCl\text{HCl}
• Wasser \text{H} _{2} \text{O}H2O\text{H} _{2} \text{O}
• Glucose \text{C} _{6} \text{H} _{12} \text{O} _{6}C6H12O6\text{C} _{6} \text{H} _{12} \text{O} _{6}

Unpolare Atombindung

Unpolare Atombindungen treten fast nur dann auf, wenn das Molekül nur aus einem Element besteht. Solche Moleküle sind die Elementmoleküle:

• Sauerstoff \text{O} _{2}O2\text{O} _{2}
• Ozon \text{O} _{3}O3\text{O} _{3}
• Stickstoff \text{N} _{2}N2\text{N} _{2}

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