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Bindungsarten im Vergleich

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Team Digital
Bindungsarten im Vergleich
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Grundlagen zum Thema Bindungsarten im Vergleich

Was sind kovalente Bindungen?

Kovalente Bindungen (auch Atombindungen genannt) stellen eine Art der chemischen Bindung zwischen zwei oder mehreren Bindungspartnern dar. Bei der kovalenten Bindung teilen sich zwei Atome gleichermaßen ein gemeinsames Elektronenpaar. Dieses setzt sich aus den Valenzelektronen der beiden Bindungspartner zusammen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Bindungselektronen bzw. einem bindenden Elektronenpaar. Demnach werden kovalente Bindungen auch als Elektronenpaarbindungen bezeichnet. Eine Bedingung für das Zustandekommen einer kovalenten Bindung ist, dass die Differenz der Elektronegativitätswerte $\Delta EN$ der beiden Bindungspartner kleiner als $1,7$ sein muss $\left(\Delta EN\lt 1,7 \right)$.

Durch das Teilen gemeinsamer Bindungselektronen in der kovalenten Bindung erlangen die Bindungspartnern im Idealfall eine Edelgaskonfiguration und sind dadurch chemisch stabiler als vor der Bindung.

Beispiele für unpolare kovalente Bindungen

Haben die Atome der Bindungspartner denselben Elektronegativitätswert oder unterscheiden sich diese nur geringfügig ($\Delta EN \lt 0,5$), spricht man von einer unpolaren kovalenten Bindung (Atombindung). Solche Bindungen liegen vor allem in Elementmolekülen vor, bei denen die Bindungspartner ja dem gleichen Element zugehörig sind:

Beispiele für unpolare Atombindungen mit Elektronegativitätswerten

Im Wasserstoffmolekül $\left( \ce{H2} \right)$ haben beide Wasserstoffatome dieselben Elektronegativitätswerte. Sie ziehen die Elektronen daher gleichermaßen zu sich heran und teilen sich das bindende Elektronenpaar zu gleichen Anteilen. Auch beim Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ findet man eine unpolare kovalente Bindung, da beide Sauerstoffatome die gleiche Elektronegativität haben. Der einzige Unterschied ist hier, dass es sich um eine Doppelbindung handelt. Eine kovalente Dreifachbindung ist im Stickstoffmolekül $\left( \ce{N2} \right)$ zu finden.

Beispiel für eine polare kovalente Bindungen

Liegt der Betrag der Elektronegativitätsdifferenz im Bereich $0,5 \lt \Delta EN \lt 1,7$, spricht man von einer polaren Atombindung. Hier wird das gemeinsame Elektronenpaar stärker von dem Bindungspartner mit der größeren Elektronegativität angezogen. Es entstehen sogenannte Partialladungen, wie im Fall von Chlorwasserstoffs $\left( \ce{HCl} \right):$

Beispiel für polare Atombindung mit Elektronegativitätswerten

Die Differenz $\Delta EN$ beträgt in diesem Fall:
$\Delta EN=EN(\ce{Cl})-EN(\ce{H})=3,16-2,2=0,96$
Somit handelt es sich um eine polare kovalente Bindung (Atombindung), bei der die Elektronen näher an das Chloratom herangezogen werden und sich daher am Chloratom eine negative Partialladung $\left( {\delta}^{-} \right)$ ausbildet, während am Wasserstoffatom eine positive Partialladung $\left( {\delta}^{+} \right)$ entsteht.

Wann ist eine Bindung nicht mehr kovalent?

Ab einer Elektronegativitätsdifferenz von $\Delta EN \gt 1,7$ liegt eine ionische Bindung vor. Hier ist die Differenz der Elektronegativitätswerte der Bindungspartner so groß, dass der elektronegativere Partner die Bindungselektronen vollständig aufnimmt und damit seinem Partner entzieht. Der elektronegativere Partner erhält dadurch eine negative Ladung und wird zum Anion. Der elektropositivere Partner bekommt durch den Verlust des Elektrons eine positive Ladung und wird zum Kation. Die Anziehung in einer ionischen Bindung beruht auf der ionischen Wechselwirkung zwischen Anion und Kation, also der elektrostatischen Anziehung zwischen zwei gegensätzlichen elektrischen Ladungen. Die dabei wirkende Kraft ist die Coulombkraft.

Beispiel für eine ionische Bindungen

Die Verbindung Natriumchlorid $\left( \ce{NaCl} \right)$ ist ein typisches Beispiel für eine Ionenverbindung. Es handelt sich um nichts anderes als Kochsalz.

Beispiel für ionische Bindung mit Elektronegativitätswerten

Die Differenz der Elektronegativitäten ergibt sich wie folgt:
$\Delta EN=EN(Cl)-EN(Na)=3,16-0,93=2,23 \gt 1,7$

Hier liegt also eine Ionenbindung vor. Das bedeutet, die Anziehung dieser beiden Teilchen erfolgt durch die elektrostatische Anziehung zwischen Anion $\left( \ce{Cl-} \right)$ und Kation $\left( \ce{Na+} \right)$.

Zusammenfassung zu kovalenten und ionischen Bindungen

In der folgenden Tabelle sind die Schwellenwerte der Elektronegativitätsdifferenz $\Delta EN$ zusammengefasst, die eine Unterscheidung zwischen unpolarer und polarer kovalenter Bindung (Atombindung), sowie zwischen kovalenter Bindung und Ionenbindung ermöglichen.

$\begin{array}{l|l|l} \Delta EN&\text{Bindungsart}&\text{Bindungstyp} \\ \hline \lt 0,5&\text{kovalent}&\text{unpolar} \\ \hline 0,5-1,7&\text{kovalent}&\text{polar} \\ \hline \gt 1,7&\text{ionisch}&\text{ionisch} \end{array}$

Metalle und ihre Legierungen weisen hingegen weder kovalente noch ionische Bindungen auf. Sie bilden Metallbindungen aus.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Kovalente und ionische Bindungen

Welche Bindungen sind kovalent?
Wann liegt eine Ionenbindung und wann eine kovalente Bindung vor?
Welche Bindungen sind nicht kovalent?
Ist Wasser eine kovalente Bindung?
Ist CO2 eine kovalente Bindung?
Sind kovalente Bindungen die stärksten Bindungen?
Was ist eine polare kovalente Bindung?
Sind kovalente Bindungen immer unpolar?

Transkript Bindungsarten im Vergleich

Ein FLIEẞENDER Übergang vom Kind zum Erwachsenen, oder doch eher klar ABGEGRENZT, wie bei diesem Schmetterling? Wie sich das in der Chemie zwischen den Bindungsarten verhält, siehst du, wenn wir sie hier einmal im Vergleich betrachten. Du solltest bereits die Atombindung kennen (auch kovalente Bindung genannt), sowie die Ionenbindung, und die Metallbindung. Das sind die drei Bindungsarten, nach denen Atome chemische Bindungen miteinander eingehen. Aber sind die drei wirklich so klar voneinander abzugrenzen? Sehen wir uns die KOVALENTE Bindung mal genauer an. Hier gibt es nochmal eine Unterteilung:Bindungen zwischen zwei Atomen des GLEICHEN Elements, wie hier im Wasserstoffmolekül, nennen wir UNPOLAR. Atombindungen zwischen zwei UNTERSCHIEDLICHEN Bindungspartnern, sind hingegen POLAR. Denn weil zwei GLEICHE Atome die gleiche Elektronegativität haben (die wir aus dem Periodensystem herauslesen können), ist die Verteilung der Bindungselektronen hier SYMMETRISCH. Zwei Atome mit UNTERSCHIEDLICHEN Elektronegativitäten, wie hier Wasserstoff und CHLOR, bilden hingegen eine Bindung mit ASYMMETRISCHER Ladungsverteilung. So bilden sich ZWEI Pole: eine NEGATIVERE und eine POSITIVERE Seite. Also: polar. Aber eigentlich ist die Unterscheidung gar nicht so klar, wie sie auf den ersten Blick scheint. Im METHAN-Molekül beispielsweise haben wir AUCH unterschiedliche Bindungspartner. Trotzdem gelten die Bindungen zwischen Wasserstoff und Kohlenstoff als UNPOLAR. Denn die DIFFERENZ der Elektronegativitäten (Delta- abgekürzt) ist so GERING, dass keine wesentlichen Ladungsverschiebungen auftreten. Um dennoch eine klare Entscheidungsregel zu haben, wurde sich auf einen Schwellenwert geeinigt: Ist die Differenz zwischen größerer und kleinerer Elektronegativität KLEINER als 0,5 (so wie HIER), zählt die Bindung als UNPOLAR. Das ist bei Kohlenstoff und Wasserstoff der Fall, und natürlich ebenso bei zwei GLEICHEN Atomen. Ist Delta- hingegen GRÖẞER als 0,5 (wie bei Chlorwasserstoff), haben wir es mit einer POLAREN Bindung zu tun. Der Schwellenwert 0,5 ermöglicht eine klare Unterscheidung. Allerdings verschleiert er auch, dass der Übergang zwischen den unpolaren und polaren Eigenschaften der Stoffe eigentlich FLIEẞEND ist. GENAUSO verhält sich das auch im Vergleich mit der Ionenbindung. Bei der UNPOLAREN Atombindung werden Bindungselektronen gleichmäßig AUFGETEILT, während sie bei der Ionenbindung vollständig von einem zum anderen Partner ÜBERGEHEN (wodurch sich IONEN bilden). Die POLARE Atombindung stellt in dieser Hinsicht eine Zwischenstufe dar: Hier werden die Bindungselektronen von EINEM Partner zwar stärker angezogen, aber eben NICHT ganz aufgenommen. So gesehen haben wir auch hier einen FLIEẞENDEN Übergang. Trotzdem gibt es wieder ein Entscheidungskriterium: Ab einem Betrag von Delta- GRÖẞER als 1,7 gehen wir davon aus, dass eine Ionenbindung vorliegt. Eine kurze Rechung mit dem Beispiel Natriumchlorid zeigt: EINDEUTIG ionisch. Dieser Schwellenwert ist nützlich, er versagt allerdings in einigen Fällen: Bei FLUORwasserstoff kommen wir auf einen Wert von 1,78. Aus anderen Messungen wissen wir aber, dass es sich trotzdem um ein kovalent gebundenes MOLEKÜL handelt – und keineswegs um ein SALZ (was ja eine Ionenverbindung wäre). Andersherum ist hingegen Aluminiumchlorid ganz klar ein Salz, obwohl es mit einem Wert von 1,55 deutlich unter unserem Schwellenwert liegt. Da könnte man jetzt sagen: Okay, wenn ein METALL dabei ist, ist es eben ein Salz. Aber diese Regel trifft wiederum bei vielen Metall-OXIDEN nicht ganz zu. Calciumoxid gilt beispielsweise als SALZ mit ionischen Bindungen. Bei Oxiden mit Übergangsmetallen wie Kupfer oder EISEN ist das allerdings gar nicht so leicht zu sagen, weil deren Bindungen starke KOVALENTE Anteile aufweisen. Deshalb zählen einige Fachleute die Metalloxide generell NICHT zu den Salzen, egal ob ihr Delta--Wert über 1,7 liegt oder nicht. Für die Schule ist dieser Schwellenwert trotzdem ganz nützlich. Da hast du wenigstens was in der Hand und musst dir nicht über komplizierte Kristallstrukturen den Kopf zermartern. Dazu noch eine Faustregel zu den Bindungsarten: Je größer der Unterschied der Elektronegativitäten zweier Bindungspartner ist, desto GRÖẞER ist die BindungsENERGIE. Das heißt: Ionenbindungen sind in der Regel stärker und stabiler als polare Atombindungen, und diese wiederum stärker als unpolare. Schön. Aber was ist eigentlich mit der Metallbindung? Die tanzt ein bisschen aus der Reihe, denn hier werden ALLE Außenelektronen unter ALLEN Atomen eines Stoffes geteilt. Ein Metall oder eine Metall-Legierung müssten wir so gesehen als einziges, RIESIGES Molekül betrachten. Das ist dann doch zu viel fließender Übergang! Und auch zu viel für dieses Video. Fassen wir zusammen: Der Übergang von unpolaren und polaren Atombindungen hin zu Ionenbindungen verläuft mehr oder weniger FLIEẞEND. Mit der Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz Delta- können die Bindungsarten dennoch grob je nach Stoff unterschieden werden (wobei die Schwellenwerte lediglich als Richtwerte dienen und es Ausnahmen gibt). Okay, also wenn auf der Ebene der TEILCHEN schon alles so kompliziert und uneinheitlich ist, dann ist die große Vielfalt der Natur da draußen ja eigentlich nicht so verwunderlich. und echt schön, oder?

Bindungsarten im Vergleich Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Bindungsarten im Vergleich kannst du es wiederholen und üben.
  • Ordne die Bindungsarten zu.

    Tipps

    Atome, die sich ein oder mehrere Elektronen teilen, gehen eine Atombindung ein.

    Lösung

    Es gibt drei Bindungsarten, nach denen Atome chemische Bindungen miteinander eingehen: die Atombindung (kovalente Bindung), die Ionenbindung und die Metallbindung.

    Während das Zustandekommen der Atombindung und der Ionenbindung etwas mit der Elektronegativität eines Atoms zu tun hat, tanzt die Metallbindung etwas aus der Reihe. Eine Atombindung kann entweder polar oder unpolar sein. Auch das ist abhängig von der Elektronegativitätsdifferenz.

    Hier eine kurze Erklärung zu jeder Bindungsart:

    • Ionenbindung: Ein Atom gibt ein oder mehrere Außenelektronen an ein anderes Atom ab.
    • Atombindung: Ein oder mehrere Außenelektronen werden geteilt.
    • Metallbindung: Alle Außenelektronen werden unter allen Atomen eines Stoffes geteilt.

  • Benenne die Moleküle.

    Tipps

    „Hydrogenium“ ist der lateinische Name für Wasserstoff.

    Lösung

    Bei der Ionenbindung gibt ein Atom ein oder mehrere Außenelektronen ab, die ein anderes Atom aufnimmt. Es findet also eine Elektronenübertragung statt. Somit ist ein Bindungspartner positiv geladen, während der andere eine negative Ladung vorweist. Ein bekannter Vertreter der Ionenbindung ist Natriumchlorid.

    Die Atombindung oder kovalente Bindung können wir noch einmal unterteilen in polar und unpolar:

    • Bindungen zwischen zwei Atomen des gleichen Elements sind immer unpolar. Das ist bei den Molekülen Chlor und Wasserstoff der Fall.
    • Wenn die Bindungspartner eine hohe Elektronegativitätsdifferenz haben, aber keine Ionenbindung vorliegt, dann sprechen wir von einer polaren Atombindung. Ein typisches Beispiel dafür ist Chlorwasserstoff.

  • Vergleiche die Bindungsarten.

    Tipps

    In Ionenverbindungen geben Atome ein oder mehrere Außenelektronen an andere Atome ab, so wie hier im Bild das Natriumatom.

    Eine Ionenbindung ist deutlich stärker als eine unpolare Atombindung.

    Lösung

    Es gibt drei Bindungsarten, nach denen Atome chemische Bindungen miteinander eingehen: die Atombindung (kovalente Bindung), die Ionenbindung und die Metallbindung.

    Um zu wissen, welche Bindung ausgebildet wird, sollten wir die Merkmale der Bindungsarten kennen:

    • Es liegt eine Metallbindung vor, wenn alle Außenelektronen unter allen Atomen eines Stoffes geteilt werden.
    • Es handelt sich um eine Atombindung, wenn die Außenelektronen zwischen den Atomen eines Moleküls geteilt werden.
    • Es bildet sich eine Ionenbindung aus, wenn eine Elektronenübertragung im Molekül stattfindet.
    • Je größer die Elektronegativitätsdifferenz zweier Bindungspartner ist, desto größer ist die Bindungsenergie.

  • Charakterisiere die Moleküle.

    Tipps

    Wenn die Elektronegativitätsdifferenz größer als $\ce{0,\!5}$ ist, dann handelt es sich in der Regel um eine polare Atombindung.

    Bei der Ionenbindung gibt ein Atom ein oder mehrere Elektronen an ein anderes Atom ab.

    Lösung

    Wasserstoffmolekül $(\ce{H_2})$

    Da es sich bei der Verbindung um das gleiche Element handelt, gibt es keine Elektronegativitätsdifferenz $(\ce{\Delta EN = 0}$).
    Daher liegt auch eine unpolare Atombindung vor.
    Die Außenelektronen werden gleichmäßig aufgeteilt, sodass beide Wasserstoffatome die Edelgaskonfiguration erreichen.


    Chlorwasserstoff $(\ce{HCl})$

    Die berechnete Elektronegativitätsdifferenz von Chlor und Wasserstoff liegt bei $0,\!96$ $(\ce{\Delta EN= 0,\!96})$.
    Die Differenz der Elektronegativität der beiden Bindungspartner liegt über $0,\!5$. Deshalb handelt es sich um eine polare Atombindung.
    Da das Chloratom eine höhere Elektronegativität vorweist, zieht es die Außenelektronen stärker an sich. Die Ladungen verschieben sich, es gibt zwei Pole.


    Natriumchlorid $(\ce{NaCl})$

    Das Molekül weist eine Elektronegativitätsdifferenz von $2,\!23$ $(\ce{\Delta EN= 2,\!23})$ auf.
    Es handelt sich eindeutig um eine Ionenbindung, da der Schwellenwert von $1,\!7$ deutlich überschritten wird. Bei Ionenbindungen werden Elektronen übertragen. Das heißt, ein Atom gibt ein oder mehrere Außenelektronen an ein anderes Atom ab.

  • Arbeite die Merkmale des abgebildeten Moleküls heraus.

    Tipps

    Es gibt drei richtige Antworten.

    Lösung

    Aus der Abbildung können wir folgende Merkmale ableiten:

    $\to$ Zwei Wasserstoffatome verbinden sich zu einem Molekül.
    Dem Wasserstoffatom fehlt ein Außenelektron, um die Edelgaskonfiguration von Helium zu erreichen. Daher verbinden sich zwei Atome miteinander.
    $\to$ Die Elektronegativitätsdifferenz ist gleich $\boldsymbol{\ce{0}}$.
    Da es sich um das gleiche Element handelt, haben die beiden Bindungspartner die gleiche Elektronegativität.
    $\to$ Es liegt eine unpolare Atombindung vor.
    Der Schwellenwert von polarer zu unpolarer Atombindung liegt bei $\boldsymbol{\ce{0,\!5}}$.

  • Entscheide, um welche Bindungsart es sich handelt.

    Tipps

    Je größer die Elektronegativitätsdifferenz zweier Bindungspartner, desto stärker die Bindung.

    Lösung

    Es gibt drei Bindungsarten, nach denen Atome chemische Bindungen miteinander eingehen: die Atombindung (kovalente Bindung), die Ionenbindung und die Metallbindung.

    Jede Bindungsart hat ihre besonderen Merkmale:

    1. Diese Bindung kann entweder polar oder unpolar sein. $\to$ Atombindung
    2. Salze entstehen durch diese Bindung. $\to$ Ionenbindung
    3. Man nennt diese Bindung auch kovalente Bindung. $\to$ Atombindung
    4. Diese Bindung ist die stärkste, die zwischen Teilchen herrschen kann. $\to$ Ionenbindung
    5. Bei Legierungen beispielsweise liegt diese Bindung vor. $\to$ Metallbindung
    6. Wenn die EN-Differenz höher als $1,\!7$ ist, dann bildet sich in der Regel diese Bindung aus. $\to$ Ionenbindung