Wikijunior Die Elemente/ Verbindung

Chemische Verbindungen

Atome sind in der Lage sich miteinander zu verbinden. So entstehen Moleküle und chemische Verbindungen. Aber was passiert, wenn Atome sich verbinden, und was hält sie zusammen? Der Schlüssel zu diesen Fragen liegt im Inneren der Atome – bei winzig kleinen Teilchen, die noch 1000-mal kleiner sind als das Atom – bei den Elektronen.

Die Schalen einer Zwiebel

Du musst dir ein Atom wie eine Zwiebel vorstellen – diese besteht aus mehreren Schalen – und ein Atom besitzt sogenannte Elektronenschalen. Auf jeder Schale haben unterschiedlich viele Elektronen Platz. Die äußerste Schale ist für das chemische Verhalten des Atoms ganz besonders wichtig. Diese Schale ist außer bei den Edelgasen bei keinem Element vollständig ausgefüllt, dort ist also noch Platz.

Hast du schon mal einen Blick auf das Periodensystem der Elemente geworfen? Ganz rechts findest du die Edelgase. Bei ihnen ist die äußerste Schale vollständig mit Elektronen gefüllt. Deshalb reagieren sie mit keinem anderen Element! Je weiter du in der Tabelle nach links gehst, um so weniger Elektronen findest du in der äußersten Schale, bis ganz links nur noch eins darin ist.

Diese Elektronen auf der äußersten Schale sind ganz besonders wichtig für alle chemischen Reaktionen eines Atoms, weil sie dabei von einem Atom zum anderen wandern. Wie stark der „Wille“ eines Atoms ist, fremde Elektronen an sich zu ziehen, heißt Elektronegativität.

Ionen-Bindung

Was passiert also, wenn sich Atome verbinden? Eine Möglichkeit ist, dass zwei Atome zu Ionen werden.

Ionen sind Atome, die eins oder mehrere ihrer Elektronen verloren oder neue Elektronen dazu gewonnen haben. Sie sind nun elektrisch geladen, weil die Zahl der Elektronen (–) und die Zahl der Protonen (+) jetzt unterschiedlich ist. Hat ein Atom Elektronen verloren, ist es positiv geladen. Wenn es Elektronen dazubekommen hat, ist es negativ geladen. Wir können uns ein Ion deshalb als eine Hälfte eines Magneten vorstellen.

Die kleinen Punkte sind Symbole für Elektronen

Also, ein Atom (sagen wir vom Element Natrium, Na) gibt ein Elektron ab. Was passiert mit dem verlorenen Elektron? Es wandert zum zweitem Atom (nehmen wir das Element Chlor, Cl), das sich an der Verbindung beteiligt. Diese Atom hat eine viel stärkere Anziehungskraft auf Elektronen als das erste. Das Chlor-Ion ist nun die zweite Hälfte unseres Magneten.

Wie die Plus- und die Minus-Pole von Magneten ziehen die Ionen sich nun gegenseitig an. Der entstandene Stoff heißt Natriumchlorid – auch bekannt als Kochsalz – das du sicher aus der Küche kennst.

So eine Bindung gehen Atome ein, die in ihrer Elektronegativität besonders weit auseinander liegen. Oder sagen wir, zwei Elemente, von denen das eine im Periodensystem der Elemente besonders weit links, und das andere besonders weit rechts liegt. (Aber nicht ganz rechts, das sind die Edelgase). Alle Salze und viele Mineralien werden durch diese Bindungs-Art gebildet. Übrigens ordnen sich die Atome meist in regelmäßigen Gittern an, so dass daraus Kristalle wachsen können.

Atombindung

Nicht immer ist die Anziehungskraft eines Atom so groß, dass es ein Elektron ganz fest an sich bindet. Oft ist es so, dass sich die Atome die äußeren Elektronen teilen. Diese fliegen dann in einem großen Bogen um beide Atomkerne herum. So eine Verbindung heißt Atombindung oder kovalente Bindung.

Zwei Wasserstoffatome teilen sich ihre Elektronen

Einfache kovalente Bindung

Wie gesagt, teilen sich die Atome ihre Elektronen. Einige Elemente habe eine große Anziehungskraft auf Elektronen, wie Sauerstoff, Stickstoff, Chlor oder Fluor. Bei anderen ist die Anziehungskraft nicht so stark, wie bei Kohlenstoff oder Wasserstoff und besonders bei Metallen. Eigentlich sind außer den Edelgasen alle Elemente in der Lage, eine Atom-Bindung einzugehen, ob sie es aber wirklich machen, hängt vom Reaktionspartner ab. Wenn die Anziehungskraft stark genug und ungefähr gleich groß ist, dann kommt es zu einer einfachen Atombindung.

Polarisierte kovalente Bindung

Wenn die Anziehungskräfte der beiden Atome zu sehr voneinander abweichen, sagen wir zwischen einem Element aus der Mitte des Periodensystems und einem von der rechten Seite, dann werden sich die Elektronen eher auf der Seite des Atoms mit der stärkeren Anziehungskraft aufhalten. Der Unterschied darf aber nicht so groß sein, dass Ionen-Verbindungen entstehen. Nach außen wirkt das Molekül wie ein Magnet.

Je dunkler das Blau, um so eher findet man da ein Elektron

Das rechte Atom zieht die Elektronen viel stärker zu sich heran

Metallische Bindung

Die metallische Bindung finden wir zwischen den Atomen eines metallischen Elements oder in Legierungen, wo verschiedene Metalle gemischt werden.

Metall-Atome haben allgemein keine hohe Anziehungskraft auf Elektronen, im Gegenteil: sie versuchen sie möglichst loszuwerden. Metalle können wie Salze zu Kristallen wachsen, denn ihre Atome ordnen sich in einem Gitter an. Dabei stoßen sie alle ihre äußeren Elektronen ab. Es entstehen freie Elektronen, die nicht mehr genau zu einem bestimmten Atom zugeordnet werden können.

Durch die freie Beweglichkeit der Elektron entstehen die typischen Eigenschaften der Metalle:

Sie können Strom und Wärme sehr gut leiten.
Sie glänzen und können spiegeln.

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