Was ist der Unterschied zwischen ionischen und kovalenten Bindungen
Jeder Teil der Materie um dich herum wird durch chemische Bindungen zusammengehalten. Manchmal werden chemische Bindungen gebrochen, z. B. bei einer chemischen Reaktion, nur damit sich die Atome wieder zu anderen Molekülen verbinden. Es wird immer Energie freigesetzt, um Bindungen zu erzeugen, und ebenso wird immer Energie benötigt, um Bindungen zu brechen.
Es gibt zwei Haupttypen chemischer Bindungen: ionische und kovalente Bindungen.
Was sind ionische und kovalente Bindungen?
Atome schließen sich zu Verbindungen zusammen, weil sie dabei niedrigere Energien erreichen, als sie als einzelne Atome besitzen, und dadurch stabiler werden. Nach dem Energieerhaltungssatz wird bei der Bildung einer neuen chemischen Bindung durch die chemische Reaktion eine Energiemenge (in der Regel in Form von Wärme) freigesetzt, die fast der Differenz der gespeicherten chemischen Energie zwischen den Produkten und den Reaktanden entspricht. Diese gespeicherte chemische Energie des Systems oder der Wärmeinhalt wird als seine Enthalpie bezeichnet.
Eine Ionenbindung entsteht, wenn zwei Ionen mit entgegengesetzten Ladungen Elektronen untereinander austauschen, wobei ein Ion ein Atom ist, das entweder ein Elektron verloren oder gewonnen hat. Ionen, die ein oder mehrere Elektronen verlieren, haben mehr Protonen als Elektronen, d. h. sie haben eine positive Ladung. Solche Ionen werden als Kationen (Metalle) bezeichnet. Nimmt das Ion hingegen Elektronen auf, erhält es eine negative Ladung. Chemiker bezeichnen solche Ionen als Anionen (Nichtmetalle).
Ionische Verbindungen sind normalerweise neutral. Daher verbinden sich Ionen auf eine Weise, die ihre Ladungen neutralisiert.
Ein Lehrbuchbeispiel für eine ionische Verbindung ist Natriumchlorid, auch bekannt als Kochsalz. Ein einzelnes Natriumatom hat 11 Protonen und 11 Elektronen, aber nur ein einziges Elektron in seiner äußeren Schale (oder Valenzschale). Chlor besteht aus 17 Protonen und 17 Elektronen und hat 7 Elektronen in seiner äußeren Schale. Wenn die beiden Atome reagieren, verliert Natrium (elektropositiv) sein Valenzelektron an Chlor (elektronegativ). In der resultierenden Kristallstruktur ist nun jedes Natrium-Ion von sechs Chlorid-Ionen und jedes Chlorid-Ion von sechs Natrium-Ionen umgeben. Außerdem hat jedes Ion eine vollständige Elektronenhülle, die dem nächstgelegenen Edelgas entspricht: Neon für ein Natrium-Ion, Argon für ein Chlorid-Ion
Kovalente Bindungen entstehen, wenn sich Atome oder Ionen Elektronen teilen, so dass ihre äußeren Schalen besetzt werden. Kovalente Bindungen, auch Molekülbindungen genannt, bilden sich nur zwischen Nichtmetallatomen mit gleichem oder relativ nahem Elektronegativitätswert. Die Elektronegativität, die mit dem Symbol χ bezeichnet wird, ist eine chemische Eigenschaft, die die Tendenz eines Atoms beschreibt, ein gemeinsames Elektronenpaar (oder die Elektronendichte) an sich zu ziehen.
Die Anzahl der kovalenten Bindungen, die ein Atom eingehen kann, wird als Valenz des Atoms bezeichnet. Diese Eigenschaft stellt die Elektronen eines Atoms dar, die an der Bildung chemischer Bindungen mit anderen Atomen teilnehmen können. Sie sind die am weitesten vom Kern entfernten Elektronen.
Ein Paradebeispiel für eine kovalente Bindung ist das Wasserstoffmolekül, das sich aus zwei Wasserstoffatomen mit jeweils einem Elektron in der äußeren Schale bildet. Bei der Bindungsbildung wird Wärme freigesetzt, sie ist also exotherm. Für das Wasserstoffmolekül beträgt die bei seiner Bildung freigesetzte Wärme, die auch als Standard-Enthalpieänderung (ΔH°) bezeichnet wird, -435 kJ pro Mol. Der umgekehrte Prozess, das Brechen der H-H-Bindung, erfordert 435 kJ pro Mol, eine Größe, die als Bindungsstärke bezeichnet wird.
Ein weiteres klassisches Beispiel für eine kovalente Bindung ist Chlorwasserstoff (HCl), der ein Halogenwasserstoff ist. Das Chloratom hat 7 Atome in seiner äußeren Schale, während der Wasserstoff 1 Elektron in seiner äußeren Schale hat. Beide verbinden sich perfekt, so dass jedes Atom seine Valenzschalen auffüllt und ein sehr stabiles Molekül bildet. Nun wird das HCl-Molekül nicht mehr mit anderen Chlor- oder Wasserstoffatomen reagieren.
Unterschiede zwischen ionischen und kovalenten Bindungen
- Kovalente Bindungen sind in der organischen Chemie viel häufiger als ionische Bindungen.
- Bei kovalenten Bindungen teilen sich die Atome Elektronen, während bei ionischen Bindungen die Atome Elektronen übertragen.
- Bei kovalenten Bindungen sind die Reaktionskomponenten elektrisch neutral, während sie bei ionischen Bindungen beide geladen sind. Das erklärt, warum Natriumchlorid (Salz) Elektrizität leitet, wenn es gelöst wird – seine Bestandteile sind geladen.
- Ionische Bindungen sind viel stärker als kovalente Bindungen.
- Kovalente Bindungen sind in der Natur viel häufiger als ionische Bindungen. Die meisten Moleküle in Lebewesen sind zum Beispiel kovalent gebunden.
- Kovalente Bindungen können sich zwischen Atomen der gleichen Elemente bilden (z. B. H2). Bei ionischen Bindungen ist dies nicht möglich.
- Kovalente Bindungen entstehen zwischen zwei Nichtmetallen, während ionische Bindungen zwischen einem Metall und einem Nichtmetall entstehen.
- Moleküle, die durch kovalente Bindungen entstehen, haben einen niedrigen Schmelzpunkt, während solche mit ionischen Bindungen einen hohen Schmelzpunkt haben. Die gleiche Beziehung besteht für den Siedepunkt.
- Bei Raumtemperatur sind kovalent gebundene Moleküle in den allermeisten Fällen flüssig oder gasförmig, während ionische Verbindungen fest sind.
Ähnlichkeiten zwischen ionischen und kovalenten Bindungen
- Beide Arten von Bindungen führen zur Bildung stabiler chemischer Verbindungen.
- Bei der Bildung von ionischen und kovalenten Bindungen sind exotherme (d.h. Wärme freisetzende) Reaktionen erforderlich.
- Bei beiden Bindungsarten sind Valenzelektronen beteiligt.
- Für die elektrische Ladung spielt es keine Rolle, ob ein Molekül durch eine ionische oder kovalente Bindung gebildet wird: das Ergebnis ist immer elektrisch neutral.