Bindungstypen

 

Um die Atome auf ihren vorgeschriebenen Abständen zu halten, sind sowohl anziehende als auch abstoßende Kräfte notwendig. Als abstoßende Kraft wirkt die Coulomb’sche Kraft zwischen den Elektronenhüllen, die der Bindungskraft entgegenwirkt. Das Bestreben bei einer Atombindung ist es, den energieärmsten Zustand anzunehmen.

Es wird zwischen verschiedenen Bindungsarten unterschieden.

Elektronenpaarbindung (kovalente Bindung)

Die Atome bilden zur Auffüllung ihrer äußersten Schale aus ihren Valenzelektronen gemeinsame Elektronenpaare, durch welche die positiven Atomrümpfe zusammengehalten werden.

Eigenschaften:

  • hoher elektr. Widerstand
  • hoher Schmelzpunkt
  • hohe Härte/Festigkeit
  • hohe Sprödigkeit

Ionenbindung

Bei der Ionenbindung gibt ein Atom ein oder mehrere Valenzelektronen an ein anderes Atom ab. Dadurch wird das abgebende Atom positiv, das aufnehmende Atom negativ geladen. Die Anziehung erfolgt dann durch die entgegengesetzte Ladung. Die Atome liegen als geladene Teilchen (Ionen) vor.

Anziehungsenergie:

U_{an} = -\frac{q^2}{4\pi \varepsilon_0 r} =-\frac{q^2}{A \cdot r}

Abstoßungsenergie:

U_{ab} = \frac{B}{r^n} \quad ; \quad n \geq 10

Solange die Gesamtkraft deutlich negativ ist, ist die Ionenbindung stabil!
Die Ableitung der Anziehungsenergie nach dem Weg ergibt die Kraft F, welche auf die Atome wirkt. Eine weitere Ableitung nach dem Weg ergibt die “Steifigkeit” S des Systems.

Anziehungskraft:

F = \frac{dU}{dr}

Systemsteifigkeit:

S = \frac{dF}{dr} = \frac{d^2U}{dr^2}

Eigenschaften:

  • hoher elektr. Widerstand
  • hoher Schmelzpunkt
  • Hart und Spröde

Metallbindung

Wie der Name vermuten lässt tritt die Metallbindung bei Metallen auf. Die Atome werden von einer gleichmäßig verteilten, frei beweglichen Elektronenwolke (Elektronengas) umgeben. Diese Wolke besteht aus abgegebenen Valenzelektronen, sie hält die positiven Metallionen zusammen.

Eigenschaften:

  • guter elektr. Leiter
  • mittl. Schmelzpunkt
  • mittl. Festigkeit
  • gute Verformbarkeit

Van der Waals’sche Bindung oder Restvalenzbindung

Treten bei einem Molekül oder Atom unterschiedliche Mittelpunkte der positiven und negativen Ladungen auf, spricht man von Polarisation; das Atom ist zum Dipol geworden, der einen anderen Dipol anziehen kann.

Eigenschaften:

  • niedriger Schmelzpunkt
  • geringe Festigkeit

Energieübersicht:

  • Kovalent: 6-12 eV/Atom
  • Ionische: 6-11 eV/Atom
  • Metallische: 1-5 eV/Atom
  • Van der Waals: 0,01-1 eV/Atom

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