Definition kovalenter Bindungen

Eine kovalente Bindung ist eine Art chemische Bindung, bei der zwei Atome desselben oder verschiedener Elemente ein oder mehrere Valenzelektronenpaare teilen, um ihre jeweiligen Oktetts zu vervollständigen. Diese Bindungsart kommt am häufigsten bei nichtmetallischen Elementen vor, teilweise aber auch bei einigen Übergangsmetallen und Halbmetallen.

Kovalente Bindungen sind die Art von Bindung oder chemischer Bindung, die alle Atome zusammenhält, aus denen Moleküle wie Wasser, Kohlendioxid und Glucose oder molekulare Feststoffe wie Graphit und Diamant bestehen , um nur einige zu nennen. Andererseits sind kovalente Bindungen die Bindungsart schlechthin, die in organischen Verbindungen vorhanden ist, die das Leben ermöglichen, insbesondere in Proteinen, Aminosäuren, Fetten und Triglyceriden, Kohlenhydraten usw.

Das Konzept der kovalenten Bindung ist leicht zu merken, wenn wir das Wort kovalent als aus den Wörtern „Anteil“ und „Valenz“ gebildet betrachten, was darauf hinweist, dass diese Art von Bindung fast ausschließlich die Elektronen umfasst, die sich in den Valenzschalenorbitalen der verknüpften Elemente befinden .

Die kovalente Bindung ist die entgegengesetzte Art der Bindung zur Ionenbindung, bei der eines der Atome die Elektronen vom anderen entfernt, anstatt Elektronen zu teilen, wobei das erste eine negative elektrische Ladung annimmt, während das zweite positiv geladen bleibt. Diese Spezies werden Ionen genannt (Anionen die ersteren und Kationen die letzteren) und werden durch die elektrostatische Anziehung zusammengehalten, die zwischen Ionen mit entgegengesetzten Ladungen auftritt.

Eigenschaften kovalenter Bindungen

Kovalente Bindungen haben mehrere Eigenschaften, die sie deutlich von ionischen und metallischen Bindungen unterscheiden. Einige davon sind:

• Sie bilden sich hauptsächlich zwischen nichtmetallischen Elementen oder zwischen Elementen mit relativ ähnlichen Elektronegativitäten. Eine Elektronegativitätsdifferenz gleich oder kleiner als 1,7 wurde willkürlich gewählt, um eine Bindung als kovalent zu definieren.
• Kovalente Bindungen sind im Durchschnitt schwächer als ionische Bindungen . Die Energie, die erforderlich ist, um ein Mol einer typischen kovalenten Bindung zu brechen, liegt normalerweise im Bereich von 150 bis 400 kJ/mol, während für ionische Bindungen typischerweise zwischen 600 und 4.000 kJ/mol sogar noch mehr benötigt werden.
• Sie führen zu molekularen Verbindungen , die im Allgemeinen viel niedrigere Schmelz- und Siedepunkte haben als ionische Verbindungen (mit Ausnahme von molekularen Festkörpern wie Graphit und Diamant, die sehr hohe Schmelzpunkte haben).
• Sie sind gerichtet , was bedeutet, dass in den Atomen, die mehrere kovalente Bindungen bilden, diese bevorzugt in bestimmte Richtungen orientiert sind, wodurch für jede molekulare Substanz charakteristische Molekülgeometrien entstehen. Beispielsweise sind im Fall von Ammoniak (NH ₃ ) die drei kovalenten Bindungen mit Wasserstoff entlang der Kanten einer trigonalen Pyramide ausgerichtet, während in Boran (BH 3 ₎ die drei Bindungen ein gleichseitiges Dreieck bilden, wodurch entsteht eine trigonale Ebenengeometrie.
• Kovalente Bindungen sind kürzer als ionische Bindungen . Während bei den meisten ionischen Verbindungen die Kerne zwischen 160 und 370 pm voneinander entfernt sind, liegt dieser Abstand bei kovalenten Verbindungen für die überwiegende Mehrheit der kovalenten Einfachbindungen zwischen etwa 80 und 200 pm, mit wenigen Ausnahmen, die nahe an 260 pm heranreichen .
• Die Bindungslänge nimmt mit der Bindungsordnung ab , was bedeutet, dass die Bindung für dasselbe Atompaar kürzer wird, wenn mehr Elektronen geteilt werden.

Arten von kovalenten Bindungen

Kovalente Bindungen sind weit verbreitet und auch sehr vielfältig, da sie nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden können. Im Folgenden werden die wichtigsten Kriterien zur Einteilung kovalenter Bindungen und die jeweils darin enthaltenen Bindungstypen vorgestellt.

Arten von kovalenten Bindungen nach dem Unterschied in der Elektronegativität

Die Elektronegativitätsdifferenz bestimmt, wie gleichmäßig Elektronen geteilt werden, wenn eine kovalente Bindung gebildet wird. Basierend auf diesem Kriterium können wir zwei Arten von kovalenten Bindungen unterscheiden:

polare kovalente Bindungen

Sie werden gebildet, wenn zwei Elemente verbunden werden, deren Elektronegativitätsunterschied zwischen 0,4 und 1,7 liegt (diese Bereiche sind etwas willkürlich). Bei dieser Art von Bindungen werden die Elektronen nicht gleichmäßig verteilt, da das elektronegativere Atom die Elektronenwolke länger um sich herum hält als das weniger elektronegative und eine negative Teilladung annimmt, während das weniger elektronegative eine positive Teilladung annimmt.

Diese Ladungstrennung wird als elektrischer Dipol bezeichnet und ist der Grund, warum diese Art von Bindung als polare Bindung bezeichnet wird. Die Ladungstrennung wird über das Dipolmoment der Bindung gemessen. Verbindungen, die polare Bindungen besitzen, können polare Moleküle sein oder nicht, je nachdem, ob die Vektorsummierung aller Dipolmomente ein resultierendes Nettodipolmoment ergibt.

unpolare kovalente Bindungen

Sie sind die kovalenten Bindungen, die zwischen Atomen gebildet werden, die einen Elektronegativitätsunterschied von weniger als 0,4 aufweisen. Bei diesem Bindungstyp wird angenommen, dass kein Dipol gebildet wird, die Bindung wird also als unpolar bezeichnet.

Einige Leute erkennen eine Unterklasse der unpolaren kovalenten Bindung, die sie eine reine kovalente Bindung nennen, die auftritt, wenn zwei genau die gleichen Atome des gleichen Elements kovalent gebunden sind (zusätzlich dazu, dass sie das gleiche Element sind, müssen beide Atome auch die gleiche Hybridisierung besitzen). . Dies ist die perfekte kovalente Bindung, bei der die Elektronen völlig gleichmäßig verteilt sind und wir mit Sicherheit sagen können, dass das Dipolmoment null ist.

Arten von kovalenten Bindungen nach der Überlappung von Atomorbitalen (Valenzbindungstheorie)

Die Valenzbindungstheorie legt fest, dass zur Bildung der kovalenten Bindung die Valenzatomorbitale der beiden gebundenen Atome überlappen müssen, da sie sonst keine Elektronen teilen können. Nach dieser Theorie gibt es zwei Möglichkeiten, wie sich diese Orbitale überlappen können, wodurch zwei Arten von kovalenten Bindungen entstehen:

σ (Sigma)-Bindungen

Die Sigma-Bindung wird durch die frontale Überlappung der Atomorbitalkeulen gebildet, weshalb diese Bindung entlang der Verbindungslinie der beiden Kerne gebildet wird. Zwei verbundene Atome können aufgrund von Einschränkungen in Bezug auf die Orientierung der Atomorbitale nur eine σ-Bindung zwischen sich bilden, da, wenn ein Orbital in eine Richtung zeigt, die anderen Orbitale in der Valenzschale zwangsläufig in eine andere Richtung zeigen müssen.

π (pi) Bindungen

Sie sind solche, die durch seitliche Überlappung von Atomorbitalen gebildet werden, im Allgemeinen reine Atomorbitale vom Typ pod. Diese Bindungen werden nur gebildet, wenn zwei Atome mehr als ein Elektronenpaar teilen und mehr als eine Pi-Bindung bilden können.

Die Elektronen, die in den Pi-Bindungen geteilt werden, befinden sich über und unter oder an den Seiten der Linie, die die beiden Kerne verbindet, aber sie passieren diese Linie nie.

Arten von kovalenten Bindungen nach Bindungsordnung oder Anzahl gemeinsamer Elektronenpaare

Wie bereits erwähnt, können sich in einer kovalenten Bindung zwei Atome ein oder mehrere Elektronenpaare teilen. Diese Anzahl gemeinsamer Elektronenpaare ist als Bindungsordnung bekannt. Basierend auf dieser Bindungsordnung können kovalente Bindungen klassifiziert werden als:

einfache kovalente Bindung

Es tritt auf, wenn zwei Atome nur ein Elektronenpaar teilen. Kovalente Einfachbindungen sind immer σ-Bindungen.

doppelte kovalente Bindung

Es ist die kovalente Bindung, bei der zwei Elektronenpaare geteilt werden. Eines der Elektronenpaare bildet eine σ-Bindung zwischen den beiden Kernen, während das zweite Paar eine π-Bindung bildet. Es ist wichtig zu verstehen, dass die Doppelbindung, obwohl sie als Doppelbindung bezeichnet wird und aus einer σ- und einer π-Bindung besteht, eigentlich eine Einfachbindung ist.

dreifach kovalente Bindung

Es entsteht, wenn sich zwei Atome drei Elektronenpaare teilen. In diesem Fall besteht die Bindung aus einer σ-Bindung und zwei π-Bindungen. Diese beiden π-Bindungen bilden jedoch einen Hohlzylinder, in dem sich die vier π-Elektronen treffen, während sich die beiden σ-Elektronen in der Mitte treffen.

Andere spezielle Arten von kovalenten Bindungen

Dative oder koordinative kovalente Bindungen

In den meisten kovalenten Bindungen tragen beide gebundenen Atome ein Elektron bei, um jedes Bindungselektronenpaar zu bilden. Es gibt jedoch eine bestimmte Art von kovalenter Bindung, die recht häufig vorkommt und als Folge einer Lewis-Säure-Base-Reaktion gebildet wird.

In diesen Fällen trägt nur eines der beiden Atome das Elektronenpaar zur Bildung der kovalenten Bindung bei. Diese spezielle Bindungsart wird als Dativbindung (aus offensichtlichen Gründen, da nur eines der Atome die notwendigen Elektronen für die Bindung abgibt oder beisteuert) oder Koordinate bezeichnet. Dies ist die Art der kovalenten Bindung, die Koordinationsverbindungen charakterisiert.

Kovalente Bindungen von drei Kernen oder drei Zentren

In einigen speziellen Molekülen können kovalente Bindungen gebildet werden, bei denen das gleiche Elektronenpaar von mehr als zwei Atomen geteilt wird. Dies ist der Fall bei Allylkationen, bei denen eine kovalente Doppelbindung mit einem vicinalen Carbokation konjugiert ist und eine π-Bindung bildet, die alle drei Atome umfasst, sodass sich die beiden π-Elektronen frei von einem Ende der Bindung zum anderen bewegen können. Das nennt man Umzug.

Beispiele für gemeinsame kovalente Bindungen

Einige Beispiele für kovalente Bindungen sind:

• CH
• C–C
• CN
• N–N
• N=N
• C=N
• CO
• C=O
• ODER = ODER
• OH
• Br–Br
• C–F
• C ≡ C
• N ≡ N
• C ≡ N

Verweise

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