Bindungsanalysen
Kategorie: Stoffgebiet
Die chemische Bindung
► Warum sind manche Stoffe fest und andere gasförmig oder flüssig?
► Weshalb zeigen manche Stoffe ein Farbigkeit, während andere farblos erscheinen?
► Warum reagieren bestimmte Stoffe miteinander und andere kann man zusammen lagern, ohne dass Interaktionen geschehen?
► Wasser ist ein gutes Lösungsmittel, aber nicht für alle Stoffe. Wieso?
Die Antworten auf diese Fragen kann man mit chemischen Bindung erklären, die den beteiligten Teilchen zu Grunde liegt! Sie bestimmt die Neigung zur Zusammenlagerung oder Abstoßung. Damit also auch das chemische Verhalten gegen andere Stoffe, die stofflichen Zustände und auch die äußere Erscheinung der Stoffe.
Chemische Bindungen – also der Zusammenhalt der kleinsten Teilchen in Stoffen – beruhen auf der Annäherung von Atomen. Die dabei gewonnene Nähe führt zur unmittelbaren Anziehung von unterschiedlichen Ladungen. Kerne ziehen Elektronen anderer Atome ebenso an, wie ihre eigenen Elektronen. Die Außenelektronen fremder Atome sind dabei am meisten beeinflussbar.
Annäherung – Durchdringung – Elektronenpaarbindung (Atombindung)
Nach der Annäherung kommt es zur Durchdringung der Atomhüllen und damit zur Ausbildung von gemeinsamen Bereichen. Dort gibt es keine Zugehörigkeit von Elektronen zu ihrem Kern mehr.
Die Elektronen mit diesem Abstand vom fremden Kern – immer zwei – werden nun gemeinschaftlich genutzt. Es bilden sich gemeinsam genutzte „Elektronenpaare“ aus. Teilchen, die so verbunden sind haben eine Elektronenpaarbindung oder Atombindung. (Beispiele: Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, und weitere Nichtmetalle)
Die polare Atombindung/Elektronenpaarbindung)
Nähern sich zwei Partner mit unterschiedlichen Anziehungskräften (unterschiedliche Elektronegativität EN -Werte im PSE ), so entsteht eine polare Atombindung. Hier werden die Elektronen des „schwächeren Partners“(kleinerer EN Wert) stärker vereinnahmt und es entstehen Moleküle mit nach außen wirkenden Ladungsbereichen. Dies hat auf Löslichkeiten der Stoffe und ihre Neigung zur Zusammenlagerung von Teilchen also beispielsweise beim Aggregatzustand große Auswirkungen.
Die ionische Bindung – Ionenbeziehung
Bei zu hoher Anziehungskraft eines Partners – Elektronegativität – können die Außenelektronen auch vollständig in die Hülle des stärkeren Atoms wechseln. Es entsteht dann Ionen. Diese Bindungsart nennt man Ionenbeziehung.
Unterscheiden sich zwei Atomarten in ihrer Elektronegativität (EN) um mehr als 1,7 , so ist die Ionenbildung und damit die Ionenbindung sehr wahrscheinlich. Bei Natrium (EN= 0,9) und Chlor (EN=3,0) beträgt der Unterschied 2,1.
Wir kennen die Verbindung von Natrium und Chlor als Natriumchlorid, dem Kochsalz. Sie ist eine kristalline Ionensubstanz, die aus positiv und negativ geladenen Ionen besteht, wie alle Salze.
weiterführender Artikel:
► Weitere Bindungsanalysen
Arbeitsblätter zum Thema:
Atome – Moleküle – chemische Bindung
Stickstoff -Hauptbestandteil der Luft
Stickstoff hatte schon viele Namen wie zum Beispiel „schlechte Luft“. Es hieß früher auch „Azot“, „Azotum“, „Stickgas“ oder „Zoogenium“. Das Symbol „N“ bezieht sich auf den lateinischen Namen „Nitrogenium“. Dies ist von „Herkunft des Laugensalzes“ abgeleitet.
Sein elementares Vorkommen in der Luft wurde 1771 von Carl Wilhelm Scheele nachgewiesen. Dort bildet es bei Raumtemperatur ein Gas aus zweiatomigen Molekülen \( (N_2) \). Aus diesem Gas besteht die Luft zu 78%.
Stickstoff kommt in der Natur in den Strukturen von Eiweißen und dem Salz Salpeter vor. Salpeter war bis in das beginnende 20. Jahrhundert die Hauptquelle zur Herstellung von Stickstoffverbindungen. Die stickstoffhaltigen Salze werden von den Menschen schon seit Jahrtausenden genutzt und hergestellt. Diese Nitrate und Ammoniumsalze finden sich in der Erdkruste, sind aber auch aus tierischen Exkrementen herstellbar. Schon im antiken Ägypten stellte man sie aus Kameldung oder dem Boden von Ställen her. In Südamerika erfolgt die Herstellung bis heute aus über Jahrhunderte abgelagerten Vogelkot (Guano).
So stehen uns die Stickstoffverbindungen über diese Salze und Naturstoffe zur Verfügung. Ammoniak, Salpetersäure und Stickstoff-Düngemittel sind die wichtigsten Produkte aus Stickstoff. Das 1913 erfundene Verfahren zur Ammoniakherstellung erlangte als Haber-Bosch-Verfahren Weltruhm.
Experimente mit Stickstoff
Anwendung : flüssiger Stickstoff hilft bei der Reparatur von Rohrleitungen – Rohrfrosten
Sauerstoff – Oxygenium
Nach dem Sauerstoff wurde lange Zeit in der Chemie gesucht und geforscht. Phlogiston hieß der Stoff, dem man zutraute, für die Brände, die immer wieder ausbrachen verantwortlich zu sein, zweifellos eine Substanz der Götter. Viele berühmte Wissenschaftler der der noch jungen Chemie suchten bis ins Jahr 1777 nach einer Erklärung für dieses bis dahin himmlischen Phänomen.
Carl Wilhelm Scheele , ein Apotheker aus Stralsund, suchte 1771 bis 1773 in verschiedenen Experimenten nach dem Stoff. Er publizierte in seinem Buch „Abhandlungen von der Luft und dem Feuer“ seine Erkenntnisse über „Feuerluft“ und „schlechte Luft“.
Er konnte durch Erhitzen von Braunstein – Manganoxid, wie wir heut wissen – ein Gas erzeugen, welches die Verbrennung verstärkt. Auch der Kristall Kaliumpermanganat (bekannt seit 1659, Johann Rudolph Glauber )zeigte dieses Verhalten.
Viele chemische Verbindungen…
enthalten Sauerstoff, der so durch chemische Reaktionen verfügbar wird. Im Chemieunterricht stellen wir Sauerstoff durch die Zerlegung von Wasserstoffperoxid \(H_2 O_2\) oder die thermische Zersetzung von Kaliumpermanganat \(KMnO_4\)her.
Da wir technisch den Sauerstoff jedoch in großen Mengen brauchen, nutzen wir das Verfahren der Luftverflüssigung nach Linde .
Herstellung und Nachweis:
Hier wird das violette Salz Kaliumpermanganat \(KMnO_4\) erwärmt. Dabei wird der Kristall instabil und Sauerstoffatome verlassen das Salz. Es wird zersetzt. Das sieht man auch an der Farbänderung des Salzes nach dem Experiment. Der entstehende freie Sauerstoff wird pneumatisch aufgefangen.
Die Glimmspanprobe ist die Nachweismethode für das brandfördernde Gas Sauerstoff. Dabei wird ein glimmender Holzspan in ein Gefäß (hier ein Reagenzglas) getaucht. Ist Sauerstoff enthalten, so flammt der Span auf. Aus dem Glimmen wird eine Flamme.
Andere Gase zeigen diesen Effekt bezüglich eines Glimmspans nicht.