Überblick
Wenn sich zwei Atome Elektronen teilen, um ihre Valenzschalen zu vervollständigen, bilden sie eine kovalente Bindung. Die Elektronegativität eines Atoms – die Kraft, mit der gemeinsame Elektronen zu einem Atom gezogen werden – bestimmt, wie die Elektronen geteilt werden. Moleküle, die mit kovalenten Bindungen gebildet werden, können entweder polar oder unpolar sein. Atome mit ähnlichen Elektronegativitäten bilden unpolare kovalente Bindungen; Die Elektronen werden zu gleichen Teilen aufgeteilt. Atome mit unterschiedlichen Elektronegativitäten teilen sich die Elektronen ungleich, wodurch polare Bindungen entstehen.
Die Anzahl der kovalenten Bindungen, die ein Atom bilden kann, hängt davon ab, wie viele Valenzelektronen es hat. Sauerstoff zum Beispiel hat sechs von acht möglichen Valenzelektronen, was bedeutet, dass jedes Sauerstoffatom zwei Elektronen mehr benötigt, um stabil zu werden. Sauerstoff kann mit zwei anderen Atomen Einfachbindungen eingehen, so wie er es tut, wenn er mit zwei Wasserstoffatomen Wasser bildet (chemische Formel H2O). Sauerstoff kann auch eine Doppelbindung mit nur einem anderen Atom eingehen, das ebenfalls zwei Elektronen mehr benötigt, um sein Oktett zu vervollständigen (z. B. ein anderes Sauerstoffatom). Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen und kann vier kovalente Bindungen bilden, wie es bei Methan (CH4) der Fall ist.
Wenn eine kovalente Bindung hergestellt wird, teilen sich beide Atome ein Elektronenpaar in einem Hybridorbital, das sich in seiner Form von einem normalen Orbital unterscheidet. Die an der Bindung beteiligten Elektronen bahnen sich in einer modifizierten Bahn um die Kerne beider Atome. Kovalente Bindungen sind stark und können nicht durch physikalische Kräfte gebrochen werden, wenn sie einmal gebildet wurden.
Die Elektronegativität bestimmt, ob ein Molekül polar oder unpolar ist
Elektronegativität ist die Tendenz eines Atoms, Elektronen in einer Bindung anzuziehen. Das elektronegativste Atom ist Fluor. Beginnend mit Fluor in der oberen rechten Ecke des Periodensystems (ohne die Edelgase in der Spalte ganz rechts) neigt die Elektronegativität der Atome dazu, mit einer diagonalen Bewegung nach links nach unten im Periodensystem abzunehmen, so dass sich die Atome mit den geringsten Elektronegativitäten in der unteren linken Ecke befinden (z. B. Francium oder Fr). Wenn Atome signifikant unterschiedliche Elektronegativitäten aufweisen, bilden sie wahrscheinlich Ionen anstelle von kovalenten Bindungen. Bei Atomen, die kovalente Bindungen miteinander eingehen, bestimmen ihre Elektronegativitätswerte jedoch, ob die Bindung polar oder unpolar ist.
Eine unpolare Bindung ist eine Bindung, bei der die Elektronen gleichmäßig verteilt sind und keine Ladung über das Molekül vorhanden ist. Eine polare Bindung tritt dagegen auf, wenn ein Atom elektronegativer ist als ein anderes und die Elektronen zu sich zieht. Polare Bindungen haben auf der einen Seite eine teilweise negative Ladung und auf der anderen Seite eine teilweise positive Ladung, was wichtig ist, da sich polare Moleküle anders verhalten als unpolare.
Polare Moleküle sind hydrophil, weil sie durch ihre Teilladungen zu anderen geladenen Molekülen angezogen werden, was auch bedeutet, dass sie wasserlöslich sind. Unpolare Moleküle, die lange Strecken von Kohlenwasserstoffen enthalten, wie z. B. Fette, werden als hydrophob bezeichnet. Im Gegensatz zu polaren Molekülen lösen sich unpolare Moleküle nicht in Wasser auf. Zellen sind oft von Flüssigkeit umgeben und haben Zytoplasmen, die Wasser enthalten. Die Art und Weise, wie ein Molekül mit Wasser und anderen geladenen Molekülen interagiert, wirkt sich darauf aus, wie es transportiert und von Zellen verwendet wird.
Dieser Text wurde übernommen von Openstax, Chemie 2e, Abschnitt 7.1: Ionenbindung, Openstax, Abschnitt 7.2: Kovalente Bindung, Abschnitt 10.5: Der feste Zustand der Materie und Abschnitt 7.5. Bindungsstärke: kovalente Bindungen.
