1.2 Die polare Elektronenpaarbindung 11 Elektronegativität Zündet man ein Gemisch aus gleichen Volumenteilen Chlor und Wasserstoff durch Zufuhr von energiereichem Licht, so findet eine explosionsartige Reaktion statt, die Chlorknallgasreaktion (LV1). Dabei bildet sich Wasserstoffchlorid HCl(g). Die Reaktionsgleichung mit Valenzstrichformeln unter Einbeziehung der Reaktionsenergie lautet: H–H + Cl–Cl 2H–Cl ; ,Ei = –186 kJ. Warum reagieren Wasserstoffund Chlor-Atome so heftig miteinander? Die Atome im Wasserstoffchlorid-Molekül sind über ein gemeinsames Elektronenpaar verbunden. Der Chlor-Atomkern zieht aufgrund seiner höheren positiven Ladung das bindende Elektronenpaar stärker an als der Kern des Wasserstoff-Atoms. Die Eigenschaft eines Atoms, innerhalb eines Moleküls Bindungselektronen anzuziehen, wird Elektronegativität EN genannt. Je größer die Elektronegativität eines Atoms ist, desto stärker zieht es die Bindungselektronen an. Polare Elektronenpaarbindung Aufgrund des Unterschieds in den Elektronegativitätswerten entsteht ein negativer Ladungsschwerpunkt auf der Seite des Chlor-Atoms und ein positiver auf der Seite des Wasserstoff-Atoms (B3). Im Wasserstoffchlorid-Molekül liegt daher eine polare Elektronenpaarbindung vor, die Differenz der Elektronegativitätswerte beträgt 0,9 (vgl. Beispiel unten). Im Wasserstoffbzw. im Chlor-Molekül verbindet das gemeinsame Elektronenpaar jeweils zwei gleiche Atome, die das Elektronenpaar gleichermaßen anziehen; solche Elektronenpaarbindungen sind unpolar, die Differenz der Elektronegativitätswerte liegt unter 0,4. Bei polaren Elektronenpaarbindungen kennzeichnet man die Ladungsschwerpunkte in der Valenz strichformel mit den Zeichen d + und d – (sprich „delta plus“ und „delta minus“). Die Bindungswirkung der polaren Elektronenpaarbindung wird somit durch eine zusätzliche elektrische Anziehung zwischen den Teilladungen verstärkt. Aufgrund der unsymmetrischen Verteilung der Bindungselektronen im Molekül ist das Wasserstoffchlorid-Molekül ein Dipol (B3), der als Ganzes elektrisch ungeladen ist. Die Elektronegativitäten verschiedener Atomarten werden aus Messergebnissen berechnet und als Vergleichszahlen angegeben (B4). Die Differenz der Elektronegativitäten ,EN gibt Auskunft darüber, wie polar eine Elektronenpaarbindung ist: Sie ist umso polarer, je größer die Elektronegativitätsdifferenz ,EN ist. Ist der Wert der Elektronegativitätsdifferenz kleiner als 0,4, liegt eine unpolare Elektronenpaarbindung vor. B3 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung B4 Elektronegativitäten EN der Atome (Die Elektronegativitäten werden ohne Einheit angegeben.) Schlüsselbegriffe Elektronegativität, Elektronenpaarbindung, polare Elektronenpaarbindung, Dipol, Elektronegativitätsdifferenz H C unpolare Bindung H H polare Bindung Symbol eines Dipol-Moleküls l Schwerpunkte der positiven und negativen Ladung H He 2,1 – Li Be B C N O F Ne 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 – Na Mg Al Si P S Cl Ar 0,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,5 3,0 – K Ca Ga Ge As Se Br Kr 0,8 1,0 1,6 1,8 2,0 2,4 2,8 – Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 0,8 1,0 1,7 1,8 1,9 2,1 2,5 – Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 0,7 0,9 1,8 1,8 1,9 2,0 2,2 – Fr Ra 0,7 0,9 Ein Beispiel: Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz für das Wasserstoffchlorid-Molekül: ,EN = ENChlor – ENWasserstoff ,EN = 0,9 Die Elektronenpaarbindung im Wasserstoffchlorid-Molekül ist polar. N u r zu P rü fz w e c k e n E ig e tu m d s C .C . B u c h n e r V e rl a g s