Chemie für Quereinsteiger/ 3.3 Räumlich gerichtete Bindekraft (Grenztyp)

3.3 Räumlich gerichtete Bindekraft (Grenztyp)Bearbeiten

Es sind eine Menge von Teilchen bekannt, bei denen die Kraftwirkungen nicht gleichmäßig um ein Teilchen verteilt sind. Die Erscheinung ist mit anderer Kraftqualität bei vielen Magneten bekannt. Ein Stabmagnet beispielsweise besitzt um sich herum nicht überall die gleiche Kraftwirkung. Man kann das durch Abtasten mit einem Nagel leicht experimentell nachprüfen. Beginnend an einem Pol ist die Kraftwirkung am stärksten, zur Mitte nimmt sie spürbar ab und weiter zum anderen Pol hin nimmt sie wieder zu. Wenn man die Stärke der Kraft durch die Länge eines Pfeils darstellt, erhält man ein Bild wie in Abbildung 3.2.


 
Abb. 3.2: Die Verteilung magnetischer Kräfte um einen Magneten als Modell für die gerichtete Bindekraft

Die Linie der verbundenen Spitzen würde dann den Abstand beschreiben, bei dem der Nagel jedesmal mit der gleichen Kraft angezogen wird.

Wir machen wieder ein Gedankenexperiment. Wir tasten ein Wasserstoff-Atom, das in einem aus zwei Wasserstoff-Atomen bestehenden Wasserstoff-Molekül gebunden vorliegt, ringsherum nach seinen Kraftwirkungen ab. Es zeigt sich, daß nahezu die gesamte Kraftwirkung nur von einer bestimmten Stelle der Oberfläche aus senkrecht nach außen gerichtet ist. Nur in dieser Richtung bindet sich das Wasserstoff-Atom kräftemäßig mit dem anderen Wasserstoff-Atom. Die restliche Oberfläche beherbergt nur einen minimalen Rest der Bindekraft.


 
Abb. 3.3: Modellzeichnungen für räumlich gerichtete Bindekräfte

Zeichnerisch können wir die Information über diesen Sachverhalt wie in Abbildung 3.3 darstellen. Der "Schnabel" in der Modellzeichnung soll die Richtung und die Kraft, die für die Bindung zur Verfügung gestellt wird, symbolisieren. Die Pünktchen um den größten Teil des Modellatoms symbolisieren eine minimale räumlich ungerichtete Restbindefähigkeit, mit der unter vielen Bedingungen nichts anzufangen ist, weil sie zu schwach ist. Da die ganze Bindungskraft in den Raum hinaus gebündelt, gerichtet ist, nennen wir sie "räumlich gerichtete Bindekraft".

Entscheidend für die Verknüpfung beispielsweise zweier Wasserstoff-Atome ist nun, daß die Kopplung von bestimmten Stellen beider Atome im Wasserstoff-Molekül ausgeht. Nach dieser Verknüpfung ist ein weiterer Ansatz zum Koppeln mit zusätzlichen Wasserstoff-Atomen nicht mehr vorhanden. Das ist die Konsequenz dieser räumlich gerichteten Bindefähigkeit. Zu solch einer bereits durch ein anderes Atom beanspruchten Bindefähigkeit sagt man auch: "die Bindung ist abgesättigt". Im Modell sind die Kraftwirkungen der räumlich gerichteten Bindefähigkeiten in einer symbolischen Länge gezeichnet. In Wirklichkeit sitzt natürlich Teilchen direkt an Teilchen. Die Berührungsstelle symbolisiert dann den Ort der räumlich gerichteten Bindefähigkeit (Abb. 3.3).

Die Durchsicht der Teilchensorten mit räumlich gerichteter Bindefähigkeit hat ergeben, daß nicht immer die gesamte Bindekraft eines Teilchens in eine Richtung gebündelt sein muß. Die Bindungskraft kann auch in mehreren Richtungen vom Teilchen in den Raum hinaus ragen. Einige Beispiele zeigen Modelle der Abbildung 3.4.


 
Abb. 3.4: Gerichtete Bindefähigkeiten der Atome

Wie sich die Teilchen im Einzelfall verhalten, soll späteren Kapiteln vorbehalten bleiben. Zur modellmäßigen Darstellung hat es sich bewährt, an den Modellkugeln in Richtung der Bindekraft Druckknöpfe oder ähnliches anzubringen. Auf diese Weise ist es möglich, im Modell gerichtete Bindekraft mit gerichteter Bindekraft zu koppeln. Wir werden diese Modellbauweise häufig verwenden, da sich viele Bauprinzipien von Substanzen auf diese Weise mit genügend großer Genauigkeit darstellen lassen.