EL-MO I Elemente, Schulbuch

992f54 KM-5: Modellbildung und Strukturen 37 37 Die chemische Bindung 2 2.1 Modelle der chemischen Bindung 38 2.2 Das Atombindungsmodell 39 2.3 Erweiterungen des Atombindungsmodells 40 2.4 Wichtige Moleküle und ihre Benennung 44 2.5 Der räumliche Aufbau von Molekülen 46 2.6 Polare und unpolare Moleküle 47 2.7 Kräfte zwischen Molekülen 48 2.8 Eigenschaften von molekularen Stoffen 49 2.9 Atomgitter 52 2.10 Ionenbindungsmodell – Bildung von Ionen und Salzen 54 2.11 Wichtige Salze 58 2.12 Eigenschaften von Ionenverbindungen 62 2.13 Das Metallbindungsmodell – Metalle 66 2.14 Stoffe – Rohstoffe – Produkte 68 2.15 Trennen und Anreichern 70 Die Philosophen des Altertums, allen voran Aristoteles, stell- ten diese beobachtbaren Eigenschaften in den Mittelpunkt ihrer Naturbetrachtungen. Die „Elemente“ des Aristoteles – Luft, Wasser, Erde und Feuer – haben mit unseren heutigen chemischen Elementen nichts zu tun. Sie standen vielmehr stellvertretend für die Aggregatzustände. Luft für den gasför- migen Zustand, Wasser für den flüssigen, Erde für den festen und Feuer für den Plasmazustand, den Zustand der Materie bei sehr hoher Temperatur. Vor Aristoteles war Demokrit der Meinung, dass nur Atome existieren, und die Eigenschaften der Stoffe irgendwie in diesen Atomen begründet sein müs- sen, wie, konnte er aber nicht erklären . Heute wissen wir, dass die Atome alleine keine Erklärung für die Erscheinungsformen der Materie liefern. Ein Atom alleine hat keine makroskopischen Eigenschaften. Könnte man ein Goldatom auf die Größe eines Tennisballs vergrö- ßern, so hätte man sicher keinen goldglänzenden Ball. Be- obachtbare Materieeigenschaften kommen erst durch eine riesige Anzahl von Teilchen zustande, und auch dabei sind es nicht die Atome, sondern die Art ihrer Wechselwirkung, die uns ein Modell für die Erklärung unserer Umwelt liefert. Bei sehr hohen Temperaturen werden die Bindungen durch die heftige Wärmebewegung der Teilchen zerstört, es ent- steht ein Gas aus Einzelatomen und abgespaltenen Valenz- elektronen, der Plasmazustand. Dies ist vielfach erst bei mehreren tausend Grad der Fall, wie zB in der Sonne, kann aber auch schon bei geringeren Temperaturen, wie in den Flammen brennender Gase, teilweise realisiert sein. Die Eigenschaften der uns umgebenden Stoffe sind sehr unterschiedlich: Das Gasgemisch Luft, die Flüssig- keiten Wasser und Öl, das wasserlösliche Salz, der harte Diamant. Seife als „Vermittler“ zwischen Wasser und Öl, die gebirgsbildenden Mineralien wie Kalk und Silicate, Metalle - vom edlen Gold bis hin zum leicht rostenden Eisen, die Metallerze, die meist den Gesteinen ähnlich sind, und aus denen die Metallgewinnung erst durch Entdeckungen der Menschen möglich wurde …. Chemische Verbindungen kennt man schon lange. Seit Dalton die Atomtheorie und damit der Begriff „Element” neu begründet hat, weiß man, dass in den meisten Stoffen mehrere Elemente chemisch miteinander verbunden sind. Diese chemische Bindung ist sehr unterschiedlich. Die Edelgase, die sich der Bindung weitgehend entziehen, haben unterei- nander nur schwache Wechselwirkungskräfte, und sind daher gasförmig. Auch wenn sich durch starke Kräfte zwischen Atomen Moleküle bilden, diese aber nur aus wenigen Atomen bestehen, können Gase entstehen. Sind die Kräfte zwi- schen Molekülen stärker – bei größeren Molekülen oder stärkeren Kräften – so ist der flüssige Zustand oder der feste Zustand realisiert. Feststoffe kommen auch häufig dadurch zustande, dass die Bindungskräfte ein großes Kollektiv von Atomen erfassen, es entstehen Gitterstrukturen mit oft hohen Schmelzpunkten. Dies findet man bei Salzen, bei Metallen aber auch bei vielen gesteinsbildenden Mineralien wie Quarz und Silicaten. Linus Pauling (1901 – 1994) Nobelpreis für die Aufklärung der Natur der chemischen Bindung Alle Atome bis auf die Edelgase haben die Tendenz, ein- ander anzuziehen und sich zu größeren Aggregaten zu verknüpfen. Die Art und Weise dieser Verknüpfung nennt man chemische Bindung. Sie entsteht durch elektromag- netische Kräfte zwischen den Atomen. Von den 4 Grund- kräften der modernen Physik fallen starke und schwache Wechselwirkung – nur Kern – und die Gravitation – zu geringe Masse – weg. Bleibt also die elektromagnetische Kraft. Chemische Bindungskräfte sind also immer elektro- magnetische Kräfte. Aristoteles Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv