Lernziele
- Definieren Sie eine einzelne kovalente Bindung.
- Zeichnen Sie Lewis-Punkt-Strukturen von Molekülen, die einzelne kovalente Bindungen enthalten.
Was hält Moleküle zusammen?
In der einen oder anderen Form ist die Vorstellung, dass sich Atome zu größeren Stoffen verbinden, schon seit langem bekannt. Der griechische Philosoph Demokrit (460-370 v. Chr.) glaubte, dass Atome Haken haben, die es ihnen ermöglichen, sich miteinander zu verbinden.
Heute glauben wir, dass Atome durch Bindungen zusammengehalten werden, die entstehen, wenn sich zwei Atome einen Satz von Elektronen teilen, ein viel komplizierteres Bild als die einfachen Haken, die Demokrit bevorzugte.
Eine kovalente Bindung entsteht, wenn sich zwei Orbitale mit je einem Elektron überlappen. Für das Wasserstoffmolekül lässt sich dies wie folgt darstellen:
Bei der Bildung des H2-Moleküls müssen die gemeinsamen Elektronen einen entgegengesetzten Spin haben, weshalb sie mit entgegengesetztem Spin im atomaren 1s-Orbital dargestellt sind.
Die Halogene bilden in ihren zweiatomigen Molekülen ebenfalls einfache kovalente Bindungen. Ein Atom eines Halogens, wie z.B. Fluor, hat sieben Valenzelektronen. Sein ungepaartes Elektron befindet sich im 2p-Orbital.
Die einzelnen Elektronen im dritten 2p-Orbital verbinden sich zu einer kovalenten Bindung:
Abbildung 1. Links ist ein Fluoratom mit sieben Valenzelektronen abgebildet. Rechts ist das F2-Molekül zu sehen.
Das zweiatomige Fluormolekül (F2) enthält ein einziges gemeinsames Elektronenpaar. Jedes F-Atom hat außerdem drei Elektronenpaare, die nicht mit dem anderen Atom geteilt werden. Ein einsames Elektronenpaar ist ein Elektronenpaar in einer Lewis-Elektronenpunktstruktur, das nicht zwischen den Atomen geteilt wird. Das Sauerstoffatom in dem unten abgebildeten Wassermolekül hat zwei einsame Elektronenpaare. Jedes F-Atom hat drei einsame Elektronenpaare. Zusammen mit den zwei Elektronen in der kovalenten Bindung folgt jedes F-Atom der Oktettregel.
Beispielaufgabe: Lewis-Elektronenpunktstrukturen
Zeichne die Lewis-Elektronenpunktstruktur für Wasser.
Schritt 1: Listen Sie die bekannten Größen auf und planen Sie die Aufgabe
Bekannt
- Molekularformel von Wasser = H 2 O
- 1 O-Atom = 6 Valenzelektronen
- 2 H-Atome = 2 × 1 = 2 Valenzelektronen
- Gesamtzahl der Valenzelektronen = 8
Bestimmen Sie anhand des Periodensystems die Anzahl der Valenzelektronen für jedes Atom und die Gesamtzahl der Valenzelektronen. Ordne die Atome an und verteile die Elektronen so, dass jedes Atom der Oktettregel entspricht. Das Sauerstoffatom hat 8 Elektronen, die Wasserstoffatome jeweils 2.
Schritt 2: Lösen
Die Elektronenpunktdiagramme für jedes Atom lauten:
Jedes Wasserstoffatom mit seinem einzelnen Elektron bildet eine kovalente Bindung mit dem Sauerstoffatom, in dem es ein einzelnes Elektron hat. Die resultierende Lewis-Elektronenpunktstruktur ist:
Schritt 3: Überlege dir dein Ergebnis.
Das Sauerstoffatom folgt der Oktettregel mit zwei Paaren von Bindungselektronen und zwei einsamen Paaren. Jedes Wasserstoffatom folgt der Oktettregel mit einem Bindungselektronenpaar.
Zusammenfassung
- Kovalente Bindungen entstehen, wenn Elektronen in zwei Atomen überlappende Orbitale bilden.
- Lone pair electrons in an atom are not shared with another atom.
Practice
Read the article and practice drawing Lewis structures for some of the single covalent bond compounds listed at the end.
http://www2.fiu.edu/~landrumj/LewisStructures.pdf
Review
- How does a covalent bond form?
- What do the spins of the shared electrons need to be?
- Do lone pair electrons form covalent bonds?
Glossary
- lone pair: A pair of electrons in a Lewis electron-dot structure that is not shared between atoms.