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2.10: Kovalente Bindungen
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Kovalente Bindungen
 

PROTOKOLLE

2.10: Kovalente Bindungen

Überblick

Wenn sich zwei Atome Elektronen teilen, um ihre Valenzschalen zu komplettieren, gehen sie eine kovalente Bindung ein. Die Elektronegativität ist die Kraft, mit der die geteilten Elektronen zu einem Atom gezogen werden. Sie bestimmt, wie die Elektronen unter den Atomen aufgeteilt werden. Moleküle, die über kovalente Bindungen gebildet werden, sind entweder polar oder unpola. Atome mit ähnlichen Elektronegativitäten bilden unpolare kovalente Bindungen aus. Die Elektronen werden hier gleichmäßig aufgeteilt. Atome mit unterschiedlichen Elektronegativitäten teilen sich die Elektronen ungleichmäßig, wodurch polare Bindungen entstehen.

Eine kovalente Bindung wird durch zwei geteilte Elektronen geformt

Die Anzahl der möglichen kovalenten Bindungen, wird davon bestimmt, wie viele Valenzelektronen ein Atom hat. Sauerstoff trägt zum Beispiel sechs von acht möglichen Valenzelektronen. Jedes Sauerstoffatom benötigt also zwei weitere Elektronen, um einen stabilen Zustand zu erreichen. Sauerstoff kann mit zwei anderen Atomen Einfachbindungen eingehen. Das passiert auch bei der Bildung von Wasser mit zwei Wasserstoffatomen (chemische Formel H2O). Sauerstoff kann auch eine Doppelbindung mit nur einem anderen Atom eingehen, wenn dieses ebenfalls zwei weitere Elektronen zur Vervollständigung seines Oktetts benötigt (z.B. ein weiteres Sauerstoffatom). Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen und kann daher vier kovalente Bindungen bilden (CH4). Ein Beispiel hierfür wäre Methan.

Bei einer kovalenten Bindung teilen sich beide Atome ein Elektronenpaar in einem Hybridorbit. Dieser unterscheidet sich in seiner Form von einem normalen Orbital. Die an der Bindung beteiligten Elektronen umkreisen also auf einer modifizierten Bahn die Kerne beider Atome. Kovalente Bindungen sind stark und können nach ihrer Bildung nicht durch physikalische Kräfte aufgebrochen werden.

Die Elektronegativität bestimmt, ob ein Molekül polar oder unpolar ist

Die Elektronegativität ist die Neigung eines Atoms, Elektronen in einer Bindung anzuziehen. Das Atom mit der höchsten Elektronegativität ist Fluor. Ausgehend vom Fluor in der rechten oberen Ecke des Periodensystems (unter Auslassung der Edelgase in der rechten Spalte), nimmt die Elektronegativität der Atome bei diagonaler Bewegung nach links im Periodensystem ab. Die Atome mit der niedrigsten Elektronegativitäten befinden sich also in der linken unteren Ecke (z.B. Francium bzw. Fr). Wenn Atome extrem unterschiedliche Elektronegativitäten haben, werden sie wahrscheinlich Ionen anstelle von kovalenten Bindungen bilden. Bei Atomen, die kovalente Bindungen miteinander bilden, bestimmen die jeweiligen Werte der Elektronegativität jedoch, ob die Bindung polar oder unpolar ist.

Bei einer unpolaren Bindung sind die Elektronen gleichmäßig verteilt. Somit gibt es keine Ladung im Molekül. Eine polare Bindung hingegen entsteht, wenn ein Atom eine höhere Elektronennegativität als ein anderes aufweist und die Elektronen an sich zieht. Polare Bindungen haben auf der einen Seite eine teilweise negative und auf der anderen Seite eine teilweise positive Ladung. Das ist wichtig, denn dadurch verhalten sich polare Moleküle anders als unpolare.

Polare Moleküle sind hydrophil, weil sie durch ihre Teilladungen an andere geladene Moleküle angezogen werden. Das bedeutet, dass sie auch in Wasser löslich sind. Unpolaren Molekülen, also solchen, die lange Ketten von Kohlenwasserstoffen enthalten, wie z.B. Fetten, sind tendenziell hydrophob. Im Gegensatz zu polaren Molekülen lösen sich unpolare Moleküle nicht in Wasser auf. Entsprechende Zellen sind oft von Flüssigkeit umgeben und haben Zytoplasmen, die Wasser speichern. Die Art und Weise, wie ein Molekül mit Wasser und anderen geladenen Molekülen interagiert, hat also Einfluss darauf, wie es von den Zellen transportiert und genutzt wird.

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