Atombindung I musstewissen Chemie

0:00 "Wenn alle teilen, haben alle was davon", das ist das Prinzip der Atombindung. Atome sind ja alleine schon spannend, aber richtig interessant wird es doch erst, wenn sich mehrere Atome zu Verbindungen zusammentun. Und das tun sie auf verschiedene Arten: Es gibt die Ionenbindung bei Salzen, das hatten wir schon mal in diesem Video hier. Dann gibt es noch die Metallbindung, die zeige ich euch ein anderes Mal. Und es gibt die Atombindung - und um die geht es jetzt. Bevor es losgeht: "musstewissen" für diese Folge sind diese Videos hier, verlinkt auch unten in der Infobox. Da könnt ihr euch alles noch mal anschauen, was ihr für das Verständnis dieser Folge braucht. Dann wisst ihr nämlich auch, dass die Atomhülle aus Elektronen besteht. Nach dem Schalenmodell stellen wir uns vor, dass sich die Elektronen auf verschiedenen Schalen befinden. Die Außenschale, also die äußerste Schale, die mit Elektronen besetzt ist, ist die, die uns interessiert. Denn die Elektronen in der Außenschale, die Außenelektronen, sind unter anderem dazu in der Lage, Bindungen zu bilden.

1:10 Zur Darstellung der Außenelektronen benutzt man übrigens in der Regel diese vereinfachte Darstellung. Man schreibt das Elementsymbol und malt pro Außenelektron einen Punkt dran. Das hier ist zum Beispiel Natrium, das hier ist Calcium und das ist Argon. Wie viele Außenelektronen ein Atom hat, können wir mit Hilfe des Periodensystems herausfinden. Bei den acht Hauptgruppen sagt uns die Gruppenzahl nämlich genau das. Natrium in Gruppe I hat ein Außenelektron. Calcium in Gruppe II hat zwei Außenelektronen. Und Argon in Gruppe VIII hat acht Außenelektronen. Nach der Oktett- oder Edelgasregel wären alle Elemente am liebsten so wie die Edelgase.

1:56 Zumindest was die Elektronen betrifft. Und die haben ab der zweiten Periode eben immer acht Außenelektronen. Das heißt, alle Hauptgruppenelemente wären gerne so wie die Edelgase Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Eine Ausnahme bildet die erste Periode: Sie besteht ja nur aus Wasserstoff und Helium. Diese beiden haben nur die K-Schale und damit nur Platz für zwei Elektronen. Wenn man möchte, dann ist die Oktettregel für die erste Periode also eine Duettregel. Oder eben: Wasserstoff wäre gerne so wie Helium. So viel zur ersten Periode, jetzt aber zu allen anderen Elementen. Nur die Edelgase haben acht Außenelektronen. Was machen also die ganzen anderen Elemente, die keine acht Außenelektronen haben, aber gerne welche hätten? Sie verbinden sich, gehen also Verbindungen ein. Bei einer Ionenbindung tun sich zwei Atome zusammen, von denen das eine zu viele und das andere zu wenige Elektronen hat. Das eine gibt Elektronen ab, das andere nimmt sie auf -

3:03 und zwar so, dass beide möglichst acht Außenelektronen bekommen. Es entstehen Ionen. Bei der Atombindung ist das anders: Hier haben wir kein Geben und Nehmen von Elektronen. Hier werden Elektronen einfach untereinander geteilt. Fangen wir mal mit dem Beispiel Wasser an: H2O. Wasser besteht aus zwei Wasserstoff- atomen und einem Sauerstoffatom. Aber warum eigentlich? Warum nicht nur ein Wasserstoffatom oder gleich drei? Weil die Kombination H2O perfekt ist, um die Oktettregel für alle Beteiligten zu erfüllen. Ein Sauerstoffatom hat sechs Außenelektronen. Es hätte aber gerne nach der Oktettregel acht. Ich fühle mich unvollständig. Ein Wasserstoffatom hat ein Außenelektron. Da es in Periode I des Periodensystems steht, hat es nur eine besetzte Elektronenschale. Da passen ja nur zwei Elektronen rein. Wasserstoff möchte nach der Oktettregel - ich sage immer Edelgasregel - so sein wie Helium. Wasserstoff möchte also zwei Elektronen in der K-Schale haben und nicht nur eins. Mein Elektron ist so einsam. Wenn sich jetzt zwei Wasserstoffatome und ein Sauerstoffatom zusammentun,

4:19 dann machen sie das so: Sauerstoff in der Mitte, Wasserstoff rechts und links davon. Jetzt stellen sich der Sauerstoff und die beiden Wasserstoffe ihre Elektronen gegenseitig zur Verfügung, sodass alle drei Atome jeweils eine volle L- bzw. K-Schale haben. Das heißt, Sauerstoff und Wasserstoff zu beiden Seiten teilen sich jeweils zwei Elektronen. Man spricht hier auch von Elektronenpaarung. Das Sauerstoffatom stellt zwei seiner sechs Außenelektronen dem Wasserstoffatom zur gemeinsamen Nutzung zur Verfügung. Mit jedem Wasserstoffatom teilt es jeweils ein Elektron. Jedes Wasserstoffatom teilt hingegen sein eines Außenelektron mit dem Sauerstoffatom. So wird auf jeder Seite ein gemeinsames Elektronenpaar geteilt. Durch das Teilen bekommt jedes Wasserstoffatom zwei Elektronen und das Sauerstoffatom acht - also genau das, was sie wollen. Win-win! Dadurch, dass sich die Atome diese Elektronenpaare teilen, werden sie zusammengebunden.

5:29 Jedes gemeinsame Elektronenpaar bildet eine Bindung, eine sogenannte Atombindung. Andere Namen für Atombindung sind Elektronenpaarbindung oder, für alle, die es ein bisschen komplizierter mögen, kovalente Bindung. Beim Wassermolekül ergeben sich also zwei Bindungen, genauer gesagt zwei Einfachbindungen zwischen dem Sauerstoffatom und den Wasserstoffatomen. Einfachbindung nennt man eine Atombindung mit einem Elektronenpaar. Das Sauerstoffatom hat jetzt übrigens von seinen sechs Außenelektronen noch vier Elektronen übrig, die nicht bei der Bindung mitmachen. Vier Elektronen, das sind zwei Elektronenpaare. Man sagt: Der Sauerstoff besitzt zwei freie Elektronenpaare. Und falls ihr euch jetzt fragt, warum die Bindungen in einem so komischen Winkel zwischen dem Sauerstoff- und den Wasserstoffatomen liegen: Das liegt eben genau an diesen beiden freien Elektronenpaaren vom Sauerstoff. Die brauchen nämlich auch Platz. Schauen wir uns doch noch ein anderes Beispiel für Atombindungen an,

6:33 und zwar das Molekül CO2 - Kohlendioxid. CO2 besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Ein Kohlenstoffatom hat vier Außenelektronen. Für die Erfüllung der Oktettregel hätte es gerne acht, also vier weitere. Sauerstoff hat, wie gesagt, sechs Außenelektronen und hätte gerne noch zwei weitere. Das Kohlenstoffatom teilt jetzt alle seine Außenelektronen, und zwar jeweils zwei Außenelektronen für jedes Sauerstoffatom. Jedes Sauerstoffatom teilt dafür zwei seiner sechs Außenelektronen mit dem Kohlenstoff. Dadurch ergeben sich insgesamt vier gemeinsame Elektronenpaare, und zwar auf jeder Seite zwei. Diese gemeinsamen Elektronenpaare können sowohl Kohlenstoff als auch Sauerstoff für sich beanspruchen und erfüllen damit die Oktettregel. Da Kohlenstoff und Sauerstoff jeweils durch zwei gemeinsame Elektronenpaare verbunden sind, spricht man jetzt von Doppelbindungen. Und auch hier bleiben bei jedem Sauerstoffatom zwei freie Elektronenpaare übrig.

7:44 Da sie aber hier an beiden Enden sitzen, haben sie da genug Platz. Deshalb ist das CO2-Molekül einfach gestreckt und nicht gewinkelt wie ein H2O-Molekül. Ein letztes Beispiel, denn aller guten Dinge sind drei: Sauerstoff, so wie wir ihn hier in unserer Luft haben, das sind nicht einfach einzelne Sauerstoffatome, sondern Sauerstoffmoleküle, die jeweils aus zwei Sauerstoffatomen bestehen. O2 sagt man als Chemiker. Im Sauerstoffmolekül teilen sich die zwei Sauerstoffatome zwei bindende Elektronenpaare. Dadurch, dass jedes Sauerstoffatom dem anderen zwei Elektronen von sich zur Mitbenutzung zur Verfügung stellt, kann sich jedes Sauerstoffatom mit acht Außenelektronen umgeben und die Oktettregel ist wieder erfüllt. Zwei bindende Elektronenpaare heißt auch hier wieder Doppelbindung.

8:37 Fassen wir zusammen:

9:23 Eine Einfachbindung besteht aus einem gemeinsamen Elektronenpaar, eine Doppelbindung besteht aus zwei gemeinsamen Elektronenpaaren. So viel zur Atombindung. Ich hoffe, das Video hat euch geholfen. Wenn ja, freue ich mich, wenn ihr mir einen Daumen nach oben dalasst. Wenn ihr noch Fragen habt, schreibt sie unten in die Kommentare und abonnieren nicht vergessen, damit wir uns nicht verpassen. UT im Auftrag des ZDF für funk, 2017 Mein Elektron ist so einsam. Gleich noch mal, aber das war gut. Vielleicht mit 'nem Schmollmund.