Was bedeutet es wenn eine Bindung gerichtet bzw. ungerichtet ist ( letztere bei MEtallbindung)?
1 Antwort
Die Coulomb-Anziehung zwischen zwei Ionen ist ungerichtet, weil sie in jede Richtung gleich stark wirkt (F=−k/r²). Unregichtete Anziehung führt gerne zu hohen Koordinationszahlen (typischerweise 6 oder 8) und dichten Packungen, damit das r in der Gleichung schön klein und die Kraft schön groß sein kann.
Auch Metallbindung ist ungerichtet, da hast Du ja die positiven Atomrümpfe und das eher gleichförmige Elektronengas. Auch in Metallen beobachtet man dichte Packung und hohe Koordinationszahlen, bis zu 12.
Anders sieht es bei kovalenten Bindungen aus, denn die sind gerichtet, weil die Elektronenpaare nach den Regeln der Quantenmechanik bestimmte Raumbereiche bevorzugen. Kohlenstoff ist z.B. vierbindig und streckt seine „Arme“ in die Ecken eines Tetraeders aus. Moleküle sind ja immer durch kovalente Bindungen zusammengehalten und haben deshalb bestimmte, charakteristische Formen. Koordinationszahlen über 6 kommen bei ungeladenen Molekülen praktisch nie vor.
Die Kupferatome in einem Kupferblock sind aneinander gebunden — wenn das nicht so wäre, dann würde der Block ja spontan verdampfen. Da Kupfer wenig Neigung zum Verdampfen zeigt, müssen diese Bindungen recht stark sein.
Metallbindung ist eben auch eine Form der chemischen Bindung. Das erkennst Du auch daran, daß der jedes Kupferatom auf dieselbe Art und Weise von zwölf benachbarten Cu-Atomen koordiniert wird (fcc-Kristall).
Edelgasatome hafte dagegen sehr schlecht aneinander, weil sie kaum binden (nur über schwache London-Kräfte, die es immer zwischen allen Teilchen gibt). Man kann sie zwar mit Kälte und Druck verfestigen, aber die „Bindungen“ sind viel schwächer als zwischen echt gebundenen Atomen (man bezeichnet das auch als „intermolekulare Wechselwirkung“, um es von echten Bindungen abzugrenzen).
Auch Metalle kann man verdampfen, und in manchen Fällen bekommt man dabei auch einatomige Gase, wie bei den Edelgasen (z.B. Zink, Aluminium). Kupfer siedet bei 2595°C und bildet dann aber Cu₂-Moleküle.
vielen Dank, kann man also trotzdem sagen, dass die Metallbindung Cu einatomig ist? ist mit einatomig nicht gemeint, dass es nur eine Sorte von Atomen gibt? wieso sind dann nur edelgasatome einatomig?
Das Sauerstoff-Gas ist zweiatomig (O₂) mit paarweise aneinander gebundenen Sauerstoff-Atomen, trotzdem gibt es nur eine Sorte von Atomen. Im Kupfer-Metall hat jedes Cu-Atom 12 Nachbarn, geht also 12 Bindungen ein (wenn man so will).
Ich hab Dir ja gesagt, daß viele Metalle auch einatomige Gase bilden, aber eben nur bei hoher Temperatur (Quecksilber als das niedrigsiedendste bei 357°C). Bei zivilen Temperaturen bilden nur Edelgase einatomige Gase.
Alles klar, ich wollte noch etwas dazu fragen, was Du oben geschrieben hattest " .. damit das r in der Gleichung schön klein und die Kraft schön groß sein kann." wieso denn große Kraft? Die Bindungsenergie ist doch die minimale Energie? Und bei dem Abstand r0 hat man doch die minimale Energie? (siehe Potentialkurve)
Ja, aber de Energie ist dann am kleinsten, wenn die Kraft am größten ist. Allzu klein darf das r natürlich nicht werden, weil dann beim Durchdringen der Atome riesige Abstoßungen wirksam würden, die in der k/r²-Formel bequemerweise weggelassen sind; die Formel gilt nur, wenn die beiden einander anziehenden Ionen so weit voneinander entfernt sind, daß sie einander nicht berühren oder gar durchdringen.
"Ja, aber de Energie ist dann am kleinsten, wenn die Kraft am größten ist. " ah okay echt? ich dachte immer, je größer die Kraft desto größer die Energie ?
Aha, Verwirrung durch schludrige Formulierung meinerseits.
Du hast zwei Kugeln mit positiver bzw. negativer Ladung. Wenn sie einander nahe sind, dann ist die Kraft stärker und die Bindung stärker und die Gesamtenergie klein. Wenn Du sie von dieser Ausgangslage auf größere Entfernung zueinander bringen willst, dann mußt Du Arbeit investieren (Du kämpfst gegen die Anziehung, Kraft mal Weg), danach sind sie weiter voneinander entfernt, ziehen einander aber weniger ab und enthalten insgesamt mehr Energie: Die die sie vorher hatten plus die die Du reingesteckt hast.
.danke und noch eine kurze Frage , in meinem Skript steht, dass Edelgase als einzige einatomig sind, sind denn allg. metalle wie Kupfer auch nicht einatomig? Cu geht ja eine Metallbindung ein aber keine Bindung mit anderen Metalarten. Also man hat ja nur reines Kupfer?