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 meist nur an einem anderen Atom, während Sauerstoff -O- zwei Bindungen eingehen kann. Zwei Atome Wasserstoff 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 . Das ist ein wirkungsvolles Bleichmittel, das zum aufhellen von Haaren eingesetzt werden kann. Der Sauerstoff, den wir atmen, besteht aus Molekülen aus je zwei Sauerstoffatomen, die sich mit beiden Bindungen aneinander klammern O=O .

Erklären kann man all das mit einem Blick auf die Valenzschale der Atome. Wasserstoff 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 auffüllt. Der Sauerstoff hat nun zwei überzählige Elektronenladungen, während den Wasserstoffatomen je eine negative Ladung fehlt. Da die Wasserstoffatome nun einfach positiv geladen sind, werden sie stark vom Sauerstoff angezogen und gehen eine feste Bindung ein.

Der Atomkern von Wasserstoff besteht aus einem einzelnen Proton. Ein Wasserstoffatom, dem ein Elektron fehlt ist also ein Proton. Diese Protonen sind im Vergleich zuanderen geladenen Atomen sehr klein und wendig. Das macht einen großen Teil der Besonderheiten von Wasser aus.

Nur eine Näherung!

Es ist wichtig, sich klar zu machen, dass das Valenzbindungs-Modell nur eine Näherung ist. So sagt dieses Modell für den Sauerstoff O=O eine Doppelbindung voraus. Für viele Zwecke reicht diese Erklärung aus, so dass ich sie auch oben verwendet habe. Sieht man sich aber die Struktur der Sauerstoff-Elektronen genauer an, so sieht man, dass nicht zwei sondern drei gefüllte Molekülorbitale an der Bindung beteiligt sind. Zusätzlich gibt es aber noch zwei halbgefüllte Molekülorbitale die die Atome nicht verbinden, sondern auseinander treiben (anti-bindende Orbitale) und so die Wirkung der drei bindenden Orbitale teilweise wieder aufheben.

Letzte Änderung: 13.12.2011