Chemische Bindungen

Fast alle Stoffe um dich herum bestehen nicht aus einzelnen Atomen, sondern aus Atomen, die aneinander gebunden sind. Der Grund liegt in der äußersten Elektronenschale. Ein Atom ist besonders stabil, wenn diese Außenschale vollständig besetzt ist, bei den meisten Hauptgruppenelementen also mit acht Elektronen. Man nennt das die Edelgasregel oder Oktettregel. Die Edelgase haben diesen Zustand von Natur aus, und genau deshalb reagieren sie praktisch nicht.

Alle anderen Atome erreichen diesen Zustand nur, indem sie Elektronen abgeben, aufnehmen oder mit einem Partner teilen. Welcher dieser drei Wege beschritten wird, hängt davon ab, wie stark die beteiligten Atome an Elektronen ziehen. Metalle halten ihre Außenelektronen locker und geben sie leicht ab. Nichtmetalle ziehen stark und nehmen Elektronen lieber auf. Aus dieser einfachen Unterscheidung folgen die drei Bindungsarten, die du in dieser Lektion kennenlernst.

Treffen Metall und Nichtmetall aufeinander, wandern Elektronen vollständig hinüber, es entstehen Ionen und damit eine Ionenbindung. Treffen zwei Nichtmetalle aufeinander, will keines abgeben, also teilen sie sich Elektronenpaare, das ist die Elektronenpaarbindung, auch Atombindung genannt. Zwischen Metallatomen entsteht die Metallbindung, bei der die Außenelektronen allen Atomen gemeinsam gehören und frei beweglich sind.

Ob eine Bindung eher ionisch oder eher als Elektronenpaarbindung beschrieben wird, lässt sich genauer mit der Elektronegativität (EN) bestimmen. Sie gibt an, wie stark ein Atom in einer Bindung an den gemeinsamen Elektronen zieht. Je größer der EN-Wert, desto stärker der Zug. Fluor hat mit 3,98 die höchste Elektronegativität aller Elemente, Metalle wie Natrium liegen mit Werten unter 1 am unteren Ende der Skala.

Für die Bindungsart zählt die Differenz der EN-Werte beider Partner. Ist die Differenz groß, reißt das elektronegativere Atom das Elektron praktisch komplett an sich, es entstehen Ionen. Ist die Differenz klein, teilen sich beide Atome die Elektronen fair oder fast fair, das ist eine Elektronenpaarbindung. Als grobe Faustregel gilt in der Schule: Ab einer Differenz von etwa 1,7 überwiegt der ionische Charakter, darunter überwiegt die Elektronenpaarbindung.

Diese Faustregel erklärt auch, warum manche Elektronenpaarbindungen ungleich verteilt sind. Bei HCl etwa zieht das Chloratom stärker an den Elektronen als Wasserstoff, die EN-Differenz beträgt etwa 0,96. Die Bindung bleibt eine Elektronenpaarbindung, ist aber polar: Am Chloratom liegt eine leicht negative, am Wasserstoffatom eine leicht positive Teilladung.

Der häufigste Fehler ist, die Bindung am Aussehen des Stoffs zu erraten. Hart und spröde heißt nicht automatisch Metall – Kochsalz ist hart und ein typisches Salz mit Ionenbindung. Umgekehrt sind nicht alle Metalle glänzend und fest, Quecksilber ist bei Raumtemperatur flüssig und trotzdem eine Metallbindung. Nur die beteiligten Elemente entscheiden über die Bindungsart, niemals das Aussehen.

Ein zweiter Fehler ist, die Begriffe Atombindung und Elektronenpaarbindung durcheinanderzubringen oder zu glauben, es würden ganze Atome geteilt. Geteilt werden ausschließlich Elektronenpaare aus der Außenschale, die Atomkerne bleiben getrennt und werden nur durch die gemeinsamen Elektronen zusammengehalten.

Ein dritter Fehler betrifft die Elektronegativität: Viele denken, ein hoher EN-Wert bedeutet automatisch eine Ionenbindung. Entscheidend ist aber immer die Differenz zwischen beiden Partnern, nicht der Einzelwert. Zwei Atome mit hoher Elektronegativität wie Sauerstoff und Fluor bilden trotzdem eine Elektronenpaarbindung, weil ihre Differenz klein ist.

Die drei Bindungsarten erklären, warum Alltagsstoffe sich so unterschiedlich verhalten. Kochsalz (NaCl) löst sich in Wasser, weil die Wassermoleküle die Ionen aus dem Gitter herauslösen können – ein reiner Effekt der Ionenbindung. Kupferdraht in jeder Steckdose leitet Strom, weil die frei beweglichen Elektronen der Metallbindung Ladung transportieren, ganz ohne dass sich Ionen bewegen müssen. Zucker dagegen, eine Elektronenpaarbindung mit Molekülen, leitet als reiner Stoff keinen Strom, obwohl er sich ebenfalls in Wasser löst.

Auch Kunststoffe wie Plastikfolie bestehen aus Molekülen mit Elektronenpaarbindungen zwischen Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen. Deshalb schmelzen viele Kunststoffe schon bei relativ niedrigen Temperaturen, während Metalle wie Eisen erst bei über 1000 Grad Celsius schmelzen. Der Unterschied liegt nicht am Zufall, sondern direkt an der Bindungsart und daran, wie stark die Teilchen zusammengehalten werden.