Arten von chemischen Bindungen
Atome benötigen chemische Bindungen zu anderen Atomen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Die Bedürfnisse an Bindungen variieren zwischen den Atomen; einige benötigen Bindungen, um Elektronen zu gewinnen, zu verlieren oder zu teilen, mit dem Ziel, ihre Valenzschale mit 8 Elektronen zu füllen. Zu den Arten chemischer Bindungen gehören:
Ionenbindungen
Ionenbindungen entstehen zwischen Elementen mit entgegengesetzten Ladungen. Ionen bilden sich, wenn ein Atom ein Elektron verliert oder gewinnt, was zu einer stabileren Konfiguration führt. Die positiven Ionen, die durch den Verlust von Elektronen entstehen, werden Kationen genannt, während die negativen Ionen, die durch den Erwerb von Elektronen entstehen, als Anionen bezeichnet werden.
Elektronentransfer
Die Bewegung von Elektronen wird als Elektronentransfer bezeichnet. Um eine Ionenbindung zu bilden, müssen Elektronen zwischen Atomen übertragen werden. Zum Beispiel hat das Element Natrium (Na) nur ein Elektron in seiner äußeren Schale und neigt daher dazu, dieses Elektron zu verlieren, anstatt 7 Elektronen zu gewinnen. Wenn es ein Elektron verliert, erhält es eine positive Ladung von (+1) und wird zu einem Natriumion. Auf der anderen Seite hat Chlor (Cl) 7 Elektronen in seiner äußeren Schale, was bedeutet, dass es dazu neigt, ein Elektron zu gewinnen, was es negativ lädt (-1) und in ein Chloridion verwandelt.
Beispiel für Ionenbindungen
Positive Natriumionen verbinden sich mit negativen Chloridionen durch den Verlust eines Elektrons von Natrium, das dann Chlor überlassen wird, um Natriumchlorid zu bilden, besser bekannt als Speisesalz.
Kovalente Bindungen
Kovalente Bindungen gehören zu den stärksten und am häufigsten vorkommenden chemischen Bindungen. Sie entstehen, wenn zwei Atome ein Elektron miteinander teilen. Diese Bindungen bilden sich auch zwischen Elementen im menschlichen Körper und sind stärker als Ionenbindungen. Sie brechen nicht in Wasser auseinander.
Beispiel für kovalente Bindungen
Die Bindung zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen ist das bekannteste Beispiel für kovalente Bindungen. Hierbei verbindet sich Wasserstoff mit Sauerstoff durch das Teilen eines Elektrons, um die äußere Schale des Sauerstoffatoms zu füllen, das zwei Elektronen von zwei Wasserstoffatomen benötigt. Daher besteht ein Wassermolekül aus einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Es gibt zwei Arten von kovalenten Bindungen: polar und unpolar, die im Folgenden erläutert werden:
Polare kovalente Bindungen
Polare kovalente Bindungen sind definiert durch die ungleiche Verteilung von Elektronen zwischen den Atomen. Dies ist auf die Anziehung der Elektronen zur Kernladung eines der Atome zurückzuführen, was als Elektronegativität bekannt ist. Atome mit hoher Elektronegativität ziehen Elektronen stärker an, was zu einer partiellen positiven oder negativen Ladung führt, was als Dipol bezeichnet wird. Wasser ist ein Beispiel für diese Art von Bindung, da Sauerstoff eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff hat und die Elektronen näher am Sauerstoffkern verbleiben.
Unpolare kovalente Bindungen
Unpolare kovalente Bindungen entstehen zwischen zwei Atomen desselben Elements oder zwischen verschiedenen Elementen mit nahezu gleicher Elektronegativität. Ein Beispiel hierfür ist Methan (CH₄), das unpolar ist, da die Elektronegativitäten von Kohlenstoff und Wasserstoff nahezu gleich sind, was zur Bildung unpolarer kovalenter Bindungen führt.
Wasserstoffbrückenbindungen
Wasserstoffbrückenbindungen entstehen zwischen Wassermolekülen, wobei das Wasserstoffatom eines Moleküls zum Sauerstoffatom eines benachbarten Moleküls hingezogen wird, was zu einer Bindung zwischen zwei Wasserstoffmolekülen führt. Diese Bindungen sind sehr schwach, jedoch stark genug, um Wasser zu bilden, und besitzen zahlreiche Eigenschaften wie hohe Oberflächenspannung, spezifische Wärme und Verdampfungstemperatur. Ihre Bedeutung zeigt sich auch in der Struktur und Verdopplung von DNA-Molekülen.
Van-der-Waals-Kräfte
Van-der-Waals-Kräfte sind ähnlich schwach wie Wasserstoffbrückenbindungen und entstehen zwischen polar gebundenen Atomen in verschiedenen Molekülen aufgrund temporärer molekularer Ladungen, die entstehen, wenn sich Elektronen um den Atomkern bewegen. Die Bindung zwischen den Molekülen wird stärker, wenn der Abstand zwischen ihnen geringer ist oder wenn sie einander näher sind. Diese Kräfte sind auch unabhängig von Temperatur. Materialien, die durch Van-der-Waals-Kräfte gebunden sind, weisen eine niedrige Siedetemperatur auf, während andere Materialien, die durch kovalente oder ionische Bindungen zusammengehalten werden, eine höhere Siedetemperatur haben.
Beispiele für Van-der-Waals-Kräfte
Die Bindungen, die zwischen Proteinmolekülen auftreten, sind ein häufiges Beispiel für Van-der-Waals-Kräfte. Diese Kräfte unterstützen die Bindung von Proteinmolekülen mit anderen Molekülen in Lösung oder an Zelloberflächen.