CHEMIE KAPITEL 1 AUFBAU DER MATERIE. Timm Wilke. Georg-August-Universität Göttingen. Wintersemester 2014 / 2015

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1 CHEMIE KAPITEL 1 AUFBAU DER MATERIE Timm Wilke Georg-August-Universität Göttingen Wintersemester 2014 / 2015

2 Folie 2 Die chemische Bindung d

3 Folie 3 Die chemische Bindung Elektrostatische Wechselwirkungen zwischen Atomen Bindungen mit geeigneten Partnern günstiger, stabiler Erinnerung: Streben nach Edelgaskonfiguration. Elemente streben bei der Bildung chemischer Bindungen danach, in ihrer äußeren Schale eine Edelgaselektronenkonfiguration zu erreichen (Oktettregel). 4 Arten chemischer Bindungen (Kovalente Bindungen, Ionenbindungen, Metallische Bindungen, Schwache Bindungen)

4 Folie 4 Kovalente Bindung Atome teilen sich Valenzelektronen Orbitale überlappen, Valenzelektronen befinden sich zwischen den beiden Kernen Einzel-, Doppel-, Dreifachbindungen möglich abhängig von der Oktettregel

5 Folie 5 Kovalente Bindung Beispiel: Chlor besitzt 7 Valenzelektronen und benötigt ein weiteres für die Edelgaskonfiguration. Daher teilen sich zwei Chloratome ein Elektronenpaar. Beide Atome besitzen somit Edelgaskonfiguration.

6 Folie 6 Wer reagiert mit wem? Element-Gruppe Elektronenübertragung I Alkalimetalle Abgabe von 1 Elektron II Erdalkalimetalle Abgabe von 2 Elektronen III Aluminium-Gruppe Abgabe von 3 Elektron VI Sauerstoff-Schwefel-Gruppe Aufnahme von 2 Elektronen VII Halogene Aufnahme von 1 Elektron

7 Folie 7 Aufgaben Warum kommt Brom in Reinform nur molekular vor (als Br 2 d.h. als Molekül aus zwei Bromatomen)? Wasserstoff und Lithium besitzen beide ein Valenzelektron. Kommen sie ebenfalls molekular vor? Sauerstoff kommt ebenfalls molekular vor wie könnte das erklärt werden?

8 Folie 8 Zusammenfassung: Kovalente Bindung Atombindung (kovalente Bindung) entsteht durch Durchdringung der Valenzelektronenschalen Es findet keine Elektronenübertragung statt! Es entstehen gemeinsame Elektronenpaare (Bindungselektronen) Wechselwirkungsenergie (Bindungsenergie) entsteht durch Anziehung der Bindungselektronen durch beide Atomkerne Atome sind durch mindestens ein Elektronenpaar miteinander verknüpft. Neben den Einfachbindung gibt es auch Doppelbindungen, Dreifachbindungen und Vierfachbindungen.

9 Folie 9 Elektronegativität Bindungselektronen befinden sich bei identischen Atomen genau in der Mitte zwischen den Kernen Bei verschiedenen Atomen verschiebt sich das bindende Elektronenpaar und das Ladungszentrum

10 Folie 10 Elektronegativität

11 Folie 11 Elektronegativität Die Anziehungskraft der Kerne resultiert aus dem Verhältnis von Kernladung und Atomradius Elektronegativität ist die Fähigkeit eines Atoms, die bindenden Elektronenpaare an sich zu ziehen Je unterschiedlicher die Elektronegativität, desto näher befindet sich das bindende Elektronenpaar am elektronegativeren Kern

12 Folie 12 Elektronegativität Relativ hohe Kernladung und kleiner Atomradius Hohe Elektronegativität. Beispiel: Fluor. Zwei Schalen, 9 Protonen. Elektronegativität: 4,17 (Maximum) Relativ geringe Kernladung und großer Atomradius Geringe Elektronegativität. Beispiel: Natrium. Drei Schalen, 11 Protonen. Elektronegativität: 1,01

13 Folie 13 Elektronegativität Tabelle der Elektronegativitäten

14 Folie 14 Elektronegativität Elektronegativität nimmt innerhalb einer Periode zu (gleicher Atomradius, Kernladung nimmt zu) Elektronegativität nimmt innerhalb einer Hauptgruppe ab (größerer Einfluss des Atomradius)

15 Folie 15 Elektronegativität - Ladungsverteilung Verschiebung des bindenden Elektronenpaars sorgt für unterschiedliche Ladungsschwerpunkte. Diese werden Partialladungen genannt, sind jedoch keine Ionenladungen!

16 Folie 16 Aufgaben: Welches Element besitzen eine größere Elektronegativität und warum? Kohlenstoff (C) oder Silicium (Si) Stickstoff (N) oder Sauerstoff (O)? Warum haben Edelgase keinen Elektronegativitätswert?

17 Folie 17 Ionenbindungen Kovalente Bindungen zwischen Nichtmetallen Ionenbindungen oft zwischen Metallen und Nichtmetallen. Übergang zwischen kovalenter und Ionenbindung:

18 Folie 18 Ionenbindungen Elektronegativitätsdifferenz (=D EN) entscheidend: D EN: 0 0,4: kovalent (bindendes Elektronenpaar relativ mittig) D EN: 0,5 1,6: polar (bindendes Elektronenpaar stark zu einer Seite verschoben) D EN: ab 1,7: ionisch (Elektron komplett übertragen, Anziehung zweier Ionen im Gitter)

19 Folie 19 Typisches Beispiel: NaCl (Kochsalz) Wechselwirkungsenergie (Gitterenergie kommt durch elektrostatische Anziehungskräfte zustande Voraussetzung: Elektronenübertragung Ionenbindung

20 Folie 20 Ionenbindung Eigenschaften von Ionenverbindungen - sind bei Zimmertemperatur (in der Regel) Feststoffe - sie bilden dreidimensionale Ionengitter - in der Regel hohe Schmelztemperaturen (z.b. NaCl: 801 C) - sind stark polar und lösen sich in der Regel gut in polaren Lösungsmitteln wie Wasser - leiten in wässriger Lösung und im geschmolzenen Zustand den elektrischen Strom

21 Folie 21 Aufgaben: Welche Bindungstypen liegen vor? Natriumchlorid (NaCl) Schwefelwasserstoff (H 2 S) Fluorwasserstoff (HF) Kupfersulfid (CuS) Methan (CH 4 )

22 Folie 22 Nomenklatur

23 Folie 23 Aufgaben 1: Benennt folgende Verbindungen und ergänzt die Indizes: Ca F Al Cl Zn S K SO 4 Cs O Mg O 2) In der Anzahl welcher Elementarteilchen stimmen alle Ionen mit den Atomen überein, aus denen sie entstanden sind? 3) Welche Eigenschaft ist für die Unterteilung in Kationen und Anionen entscheidend?

24 Folie 24 Rechtliches Abbildungsnachweis: Folie 1: if Folie 7: /kap4_4/kap44_3.vscml.html Folie 11: Copyrightvermerk und Lizenzen: Alle Rechte an den Inhalten dieser elearning-materialien liegen beim Autor oder den jeweiligen Urheberrechtsinhabern. Sämtliche Bilder und Texte sind entweder vom Autor selbst fotografiert, verfasst oder sind gemeinfrei, es sei denn, es ist eine andere Quelle angegeben. Kein Teil dieses Materials darf ohne ausdrückliche schriftliche Genehmigung des Autors veröffentlicht, vervielfältigt oder für Internet-Seiten verwendet werden, auch nicht in abgeänderter Form. Die Daten oder Teile der Homepage dürfen nicht auf fremden Datenträgern, Kopien, Druckwerken, auf CD-ROM oder anderen Datenspeichermöglichkeiten erscheinen. Haftungsausschluss: Die Benutzung der hier vorliegenden Informationen geschieht auf vollkommen eigene Verantwortung. Haftung für Schäden oder Verluste, die beim Umgang mit den hier beschriebenen Stoffen oder bei der Durchführung von chemischen Versuchen entstehen, ist ausgeschlossen; ebenso wie Schadensersatzforderungen oder Gewährleistungsansprüche aufgrund falscher oder fehlender Angaben. Die Angaben zu den Stoffen und Experimentieranleitungen wurden jedoch sorgfältig und nach bestem Gewissen erstellt und sind in jedem Falle zu beachten,.