Interatomare Links: Eigenschaften und Typen

Die interatomare Bindung ist die chemische Bindung, die zwischen den Atomen gebildet wird, um die Moleküle herzustellen.

Obwohl sich die Wissenschaftler heute im Allgemeinen einig sind, dass sich Elektronen nicht um den Kern drehen, wurde im Laufe der Geschichte angenommen, dass jedes Elektron in einer separaten Schicht um den Kern eines Atoms kreist.

Wissenschaftler sind heute zu dem Schluss gekommen, dass Elektronen über bestimmten Bereichen des Atoms schweben und keine Umlaufbahnen bilden, die Valenzschale jedoch weiterhin zur Beschreibung der Verfügbarkeit von Elektronen verwendet wird.

Linus Pauling trug zum modernen Verständnis der chemischen Bindung bei, indem er das Buch "Die Natur der chemischen Bindung" schrieb, in dem er Ideen von Sir Isaac Newton, Étienne François Geoffroy, Edward Frankland und insbesondere Gilbert N. Lewis sammelte.

Dabei verband er die Physik der Quantenmechanik mit der chemischen Natur der elektronischen Wechselwirkungen, die bei der Herstellung chemischer Bindungen auftreten.

Paulings Arbeit konzentrierte sich auf die Feststellung, dass sich echte Ionenbindungen und kovalente Bindungen am Ende eines Bindungsspektrums befinden und dass die meisten chemischen Bindungen zwischen diesen Extremen klassifiziert werden.

Pauling entwickelte auch eine mobile Bindungsskala, die von der Elektronegativität der an der Bindung beteiligten Atome abhängt.

Paulings immense Beiträge zu unserem modernen Verständnis der chemischen Bindung führten dazu, dass er 1954 den Nobelpreis für "die Untersuchung der Natur der chemischen Bindung und ihre Anwendung zur Aufklärung der Struktur komplexer Substanzen" erhielt.

Lebewesen bestehen aus Atomen, aber in den meisten Fällen schweben diese Atome nicht einfach einzeln. Stattdessen interagieren sie normalerweise mit anderen Atomen (oder Atomgruppen).

Zum Beispiel können Atome durch starke Bindungen verbunden und zu Molekülen oder Kristallen organisiert werden. Oder sie können vorübergehend schwache Bindungen mit anderen Atomen eingehen, die mit ihnen kollidieren.

Sowohl die starken Bindungen, die die Moleküle binden, als auch die schwachen Bindungen, die temporäre Verbindungen herstellen, sind für die Chemie unseres Körpers und für die Existenz des Lebens selbst wesentlich.

Atome neigen dazu, sich in möglichst stabilen Mustern zu organisieren, was bedeutet, dass sie dazu neigen, ihre äußersten Elektronenbahnen auszufüllen oder auszufüllen.

Sie verbinden sich mit anderen Atomen, um genau das zu tun. Die Kraft, die Atome in Ansammlungen zusammenhält, die als Moleküle bekannt sind, wird als chemische Bindung bezeichnet.

Arten interatomarer chemischer Bindungen

Metallische Verbindung

Die Metallbindung ist die Kraft, die die Atome in einer rein metallischen Substanz zusammenhält. Ein solcher Feststoff besteht aus dicht gepackten Atomen.

In den meisten Fällen überlappt die äußerste Elektronenschicht jedes Metallatoms mit einer großen Anzahl benachbarter Atome.

Infolgedessen bewegen sich Valenzelektronen kontinuierlich von einem Atom zum anderen und sind keinem bestimmten Paar von Atomen zugeordnet (Encyclopædia Britannica, 2016).

Metalle haben verschiedene Eigenschaften, die einzigartig sind, wie z. B. die Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, niedrige Ionisierungsenergie und geringe Elektronegativität (so dass sie leicht Elektronen abgeben, das heißt, sie sind Kationen).

Seine physikalischen Eigenschaften umfassen ein glänzendes (helles) Aussehen und sind formbar und duktil. Die Metalle haben eine kristalline Struktur. Metalle sind jedoch auch formbar und duktil.

In den 1900er Jahren entwickelte Paul Drüde die Elektronentheorie, indem er Metalle als eine Mischung aus Atomkernen (Atomkerne = positive Kerne + innere Elektronenschicht) und Valenzelektronen modellierte.

In diesem Modell sind Valenzelektronen frei, delokalisiert, mobil und mit keinem bestimmten Atom assoziiert (Clark, 2017).

Ionenbindung

Ionenbindungen sind elektrostatischer Natur. Sie treten auf, wenn sich ein Element mit einer positiven Ladung aufgrund von Coulomb-Wechselwirkungen mit einem negativ geladenen Element verbindet.

Elemente mit niedriger Ionisierungsenergie neigen dazu, leicht Elektronen zu verlieren, während Elemente mit hoher elektronischer Affinität dazu neigen, Elektronen durch die Erzeugung von Kationen bzw. Anionen zu gewinnen, die die Ionenbindungen bilden.

Verbindungen, die Ionenbindungen aufweisen, bilden Ionenkristalle, in denen die Ionen positiver und negativer Ladungen nahe beieinander schwingen. Es besteht jedoch nicht immer eine direkte 1: 1-Korrelation zwischen positiven und negativen Ionen.

Ionenbindungen können typischerweise durch Hydrierung oder Zugabe von Wasser zu einer Verbindung (Wyzant, Inc., SF) aufgebrochen werden.

Substanzen, die durch Ionenbindungen zusammengehalten werden (wie z. B. Natriumchlorid), können üblicherweise in echte geladene Ionen getrennt werden, wenn eine äußere Kraft auf sie einwirkt, z. B. wenn sie sich in Wasser lösen.

Darüber hinaus werden die einzelnen Atome in fester Form nicht von einem einzelnen Nachbarn angezogen, sondern bilden riesige Netzwerke, die durch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen dem Kern jedes Atoms und den benachbarten Valenzelektronen voneinander angezogen werden.

Die Anziehungskraft zwischen den benachbarten Atomen verleiht den ionischen Festkörpern eine extrem geordnete Struktur, die als Ionengitter bezeichnet wird. Dabei richten sich die Teilchen mit entgegengesetzter Ladung zueinander aus, um eine starre, eng verbundene Struktur zu bilden (Anthony Capri, 2003).

Kovalente Bindung

Die kovalente Bindung entsteht, wenn die Elektronenpaare von den Atomen geteilt werden. Die Atome werden kovalent mit anderen Atomen verknüpft, um mehr Stabilität zu erreichen, was durch die Bildung einer vollständigen Elektronenhülle erreicht wird.

Indem sie ihre äußersten (Valenz-) Elektronen teilen, können Atome ihre äußere Elektronenschicht füllen und Stabilität gewinnen.

Obwohl gesagt wird, dass Atome Elektronen teilen, wenn sie kovalente Bindungen bilden, teilen sie Elektronen normalerweise nicht gleichermaßen. Nur wenn zwei Atome desselben Elements eine kovalente Bindung eingehen, teilen sich die Atome die Elektronen tatsächlich zu gleichen Teilen.

Wenn die Atome verschiedener Elemente Elektronen durch die kovalente Bindung teilen, wird das Elektron mehr in Richtung des Atoms gezogen, wobei die größere Elektronegativität zu einer polaren kovalenten Bindung führt.

Im Vergleich zu ionischen Verbindungen haben kovalente Verbindungen üblicherweise einen niedrigeren Schmelz- und Siedepunkt und neigen weniger dazu, sich in Wasser zu lösen.

Kovalente Verbindungen können gasförmig, flüssig oder fest sein und leiten Strom oder Wärme nicht gut (Camy Fung, 2015).

Wasserstoffbrücken

Wasserstoffbrücken oder Wasserstoffbrückenbindungen sind schwache Wechselwirkungen zwischen einem an ein elektronegatives Element gebundenen Wasserstoffatom und einem anderen elektronegativen Element.

In einer polaren kovalenten Bindung, die Wasserstoff enthält (z. B. eine OH-Bindung in einem Wassermolekül), ist der Wasserstoff leicht positiv geladen, da die Bindungselektronen stärker zum anderen Element gezogen werden.

Aufgrund dieser leichten positiven Ladung wird der Wasserstoff von einer benachbarten negativen Ladung (Khan, SF) angezogen.

Links von Van der Waals

Dies sind relativ schwache elektrische Kräfte, die neutrale Moleküle in Gasen, in verflüssigten und verfestigten Gasen sowie in fast allen organischen und festen Flüssigkeiten aneinander ziehen.

Die Kräfte sind nach dem niederländischen Physiker Johannes Diderik van der Waals benannt, der diese intermolekularen Kräfte 1873 erstmals postulierte, um eine Theorie zur Erklärung der Eigenschaften realer Gase zu entwickeln (Encyclopædia Britannica, 2016).

Van-der-Waals-Kräfte sind ein allgemeiner Begriff, mit dem die Anziehungskraft intermolekularer Kräfte zwischen Molekülen definiert wird.

Es gibt zwei Arten von Van-der-Waals-Kräften: die Londoner Dispersionskräfte, die schwache und stärkere Dipol-Dipol-Kräfte sind (Kathryn Rashe, 2017).