Das Bindungsmodell der Chemie

Betrachtet man Verbindungen von Atomen, sogenannte Moleküle, so fällt auf, dass die Atome oft nur eine ganz bestimmte Anzahl von Bindungen eingehen. So bindet sich Wasserstoff H- meist nur an einem anderen Atom, während Sauerstoff -O- zwei Bindungen eingehen kann. Zwei Atome Wasserstoff H--H binden sich so an einem Sauerstoffatom -O- und bilden Wasser H-O-H. Es können aber auch zwei Sauerstoffatome eine Kette bilden und je ein Wasserstoffatom binden. Das nennt man dann Wasserstoffperoxid H-O-O-H. Ausserdem besteht der Sauerstoff, den wir atmen aus Molekülen aus je zwei Sauerstoffatomen, die sich mit beiden Bindungen aneinanderklammern O=O.

Erklären kann man das mit einem Blick auf die Valenzschale der Atome. Wasserstoff H- ist das leichteste Element überhaupt, es hat nur ein Elektron, das folglich auch nur in einer Schale sein kann. Diese erste Schale hat nur ein S-Orbital, das genau zwei Elektronen aufnehmen kann. Ein atomares System ist dann besonders Stabil, wenn es nur vollständig gefüllte Schalen hat. Um stabiler zu werden, muß Wasserstoff also ein Elektron aufnehmen (dann hat es eine volle Schale) oder ein Elektron abgeben (dann hat es gar keine Elektronenschale mehr).

-O- Sauerstoff ist ein Atom mit acht Elektronen. Zwei davon befinden sich in der ersten Schale, die damit gefüllt ist. Die zweite Schale besteht aus zwei unterschalen, von denen die erste ebenfalls zwei Elektronen aufnehmen kann. Von der zweiten Unterschale weiß man, dass sie sechs Elektronen aufnehmen kann. Rechnen wir nochmal nach: Zwei Elektronen in der ersten Schale und zwei in der ersten Unterschale der zweiten Schale. Das ergibt vier Elektronen in den inneren Schalen, von den acht Elektronen bleiben also noch vier für die äußerste Unterschale übrig. Da diese Schale sechs Elektronen aufnehmen kann, ist noch Platz für zwei weitere Elektronen. Um eine volle Schale zu bekommen muss Sauerstoff also zwei Elektronen aufnehmen.

H-0-H Wasser ist eine sehr stabile Verbindung. (Deshalb ist die Erde voll davon.) Wir sehen jetzt, warum das so ist: Die beiden Wasserstoffatome können ihr Elektron an das eine Sauerstoffatom abgeben, das damit seine dritte Elektronenschale füllen kann. Der Sauerstoff hat nun zwei überzählige Elektronenladungen, während den Wasserstoffatomen je eine negative Ladung fehlt. Der Atomkern von Wasserstoff besteht aus einem einzelnen Proton. Ein Wasserstoffatom, dem ein Elektron fehlt ist also ein Proton. Da die Protonen einfach positiv geladen sind, das Sauerstoffatom nun aber zwei negative Ladungen zuviel hat, werden die Protonen stark vom Sauerstoff angezogen und gehen eine feste Bindung ein.

 

Letzte Änderung: 22.10.2001