Alphabet und Chemische Bindung: Unterschied zwischen den Seiten

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Ein '''Alphabet''' ([[lat.]] ''{{lang|la|alphabetum}}'', von {{ELSalt|ἀλφάβητος}} ''alphábētos'') umfasst sämtliche [[Buchstabe]]n einer oder mehrerer [[Sprache]]n in geordneter Reihenfolge. Die Bezeichnung leitet sich von den ersten beiden Buchstaben des [[Griechisches Alphabet|griechischen Alphabets]] - ([[Wikipedia:Alpha|Alpha]] – α, [[Wikipedia:Beta|Beta]] – β) - ab.
Die '''chemische Bindung''' verbindet [[Atom]]e oder [[Ion]]en zu [[Molekül]]en bzw. [[Chemische Verbindung|chemischen Verbindungen]], die [[Energie|energetisch]] stabiler sind als die getrennten Bestandteile. Sie beruht auf der [[Wechselwirkung]] der [[Elektron]]en aus der äußersten [[Elektronenschale]] der an der Bindung beteiligten Atome.


== Alphabet und Menschenweisheit ==
== Grundlagen ==


{{GZ|Wenn einer nur das Alphabet kann, nimmt er das Buch in
Atome bestehen nach heutiger [[naturwissenschaft]]licher Sicht aus einem elektrisch positiv geladenen [[Atomkern]] und einer Hülle aus negativ geladenen [[Elektron]]en. Als Teilchen mit halbzahligen [[Spin]] sind sie nach den Gesetzen der [[Quantentheorie]] sogenannte [[Fermionen]], die dem [[Pauli-Prinzip]] unterliegen, nach dem die Elektronen der Hülle nicht in allen Quantenzahlen übereinstimmen dürfen. Sie können sich daher nicht im untersten, energieärmsten Niveau zusammendrängen, sondern müssen sich auch auf höhere, ausgedehntere und energiereichere [[Elektronenschale]]n bzw. [[Atomorbital]]e verteilen. Sie bedingen dadurch die relativ große räumliche Ausdehnung der Elektronenhülle, die den Atomkern um das 20.000- bis 150.000-fache übertrifft. Die Elektronen der äußersten Schale, der sogenannten [[Valenzschale]], bestimmen die [[Chemie|chemische Eigenschaften]] eines Atoms und seine Stellung im [[Periodensystem der chemischen Elemente]].  
die Hand und sagt vielleicht: Mir ist alles klar, was in dem Buche
steht: da steht A, B, C, nur verschieden eingereiht; ich weiß alles,
was in dem Buche steht. - Aber alles, was da wirklich innerlich dem
Sinne nach drinnensteht, das kann er nicht lesen, das weiß er nicht.
Sie sehen, man muß lesen lernen mit dem, was die Buchstaben sind;
man muß wirklich in seinem Kopf und in seinem Geist die Buchstaben
so durcheinanderwürfeln können, daß Sinn daraus entsteht.
Und so haben die alten Juden lernen müssen die zehn Sephiroth; die
waren für sie Buchstaben. Sie werden sagen: Ja, das sind Worte. -
Früher aber wurden die Buchstaben auch mit Worten bezeichnet!
Das ist nur von den Menschen, als die Buchstaben nach Europa gekommen
sind, in Griechenland verloren worden.


Nicht wahr, als der Übergang von der griechischen zur römischen
[[Datei:H2O 2D labelled.svg|mini|150px|Bindungslängen und Bindungswinkel des Wassermoleküls (H<sub>2</sub>O)]]
Kultur war, da geschah etwas sehr Bedeutsames. Die Griechen
Die Valenzschale erreicht ihren energetisch stabilsten Zustand, wenn sie mit der maximal möglichen Zahl von Elektronen vollständig aufgefüllt ist. Das ist aber nur bei den [[Edelgase]]n der Fall, die entsprechend reaktionsträge sind, da sie ihren stabilsten Zustand bereits erreicht haben. Atome mit unvollständig aufgefüllter Valenzschale können sich dadurch stabilisieren, dass sie solange von ihren Bindungspartnern Elektronen aufnehmen oder an diese abgeben, bis sie eine vollkommen abgeschlossene Außenschale erreicht haben. Die so aneinander gebunden Atome erreichen damit gemeinsam ihren stabilsten, energieärmsten Zustand. Nach der von [[w:Gilbert Newton Lewis|Gilbert Newton Lewis]] und [[w:Walther Kossel|Walther Kossel]] 1916 formulierten '''Edelgasregel''' sind chemische Verbindungen besonders stabil, wenn die daran beteiligten Atome die im [[Periodensystem]] nächstgelegene '''Edelgaskonfiguration''' ausbilden können. Mit Ausnahme des [[Helium]]s haben die Edelgase 8 Außenelektronen. Nach der darauf basierenden '''Oktettregel''' sind Verbindungen besonders stabil, wenn die gebundenen Atome dadurch 8 Elektronen haben und dadurch der Edelgaskonfiguration entsprechen.
nannten ihr A nicht A, sondern Alpha, und Alpha heißt eigentlich:
der geistige Mensch; und sie nannten ihr B nicht B, sondern Beta,
das ist so etwas wie ein Haus. Und so hatte jeder Buchstabe einen
Namen. Und der Grieche hätte sich gar nicht vorstellen können,
daß der Buchstabe etwas anderes ist, als was man mit einem Namen
bezeichnet. Dann erst, als der Übergang von der griechischen Kultur
zu der römischen geschah, da sagte man nicht mehr Alpha, Beta,
Gamma, Delta und so weiter, da bezeichnete man die Buchstaben
nicht mehr mit ihren Namen, wo jeder Name darauf hinwies, was
ein solcher Buchstabe bedeutet, sondern da sagte man: A, B, C, D
und so weiter, da wurde das Ganze abstrakt. Gerade als das Griechentum
untergegangen ist, in das Römertum eingegangen ist, entstand
die große Kulturdiarrhöe in Europa. Da verlor man in einer
riesigen Diarrhöe das Geistige auf diesem Weg vom Griechentum
zum Römertum.


Und sehen Sie, da war aber insbesondere das Judentum dann
Um eine chemische Bindung wieder zu spalten, muss eine entsprechende '''Bindungsenergie''' aufgewendet werden, die man meist in [[Joule]] pro [[Mol]] angibt. Die '''Bindungslänge''' ergibt sich aus dem von [[Atomkern]] zu Atomkern gemessene Abstand der aneinander gebundenen Atome. Bei [[kristall]]inen [[Feststoff]]en kann sie experimentell durch [[Kristallstrukturanalyse]] ermittel werden und liegt bei kovalenten Bindungen je nach den beteiligten Atomsorten typischerweise zwischen etwa 75 und 250 [[Pikometer|pm]] (1&nbsp;pm = 10<sup>−12</sup>&nbsp;m). Auf diesem Weg lassen sich auch die '''Bindungswinkel''' zwischen den einzelnen Bindungen eines [[Molekül]]s ermitteln. Bindungslängen und Bindungswinkel bestimmen die [[Molekülgeometrie]], die sich durch entsprechende [[Strukturformel]]n veranschaulichen lässt.
groß. Wenn die ihr Aleph aufschrieben, ihren ersten Buchstaben, so
meinten sie damit den Menschen. Aleph ist das. Sie wußten: Überall,
wo sie diesen Buchstaben für die sinnliche Welt hinstellten, da muß
das, was sie durch diesen Buchstaben ausdrücken, auf den Menschen
passen. Und so hatte auch jeder Buchstabe, der für die Ausdrücke
der sinnlichen Welt war, einen Namen. Und die Namen jetzt:
Kether, Chokmah, Binah, Chesed, Geburah, Tiphereth, Netsah,
Hod, Jesod, Malkuth, das waren die Namen für die geistigen Buchstaben,
für das, was man lernen mußte, um in der geistigen Welt zu
lesen. Und so hatten die Juden ein Alphabet: Aleph, Beth, Gimel
und so weiter - ein Alphabet, mit dem sie die äußere Welt, die physische
Welt erfaßten. Aber sie hatten auch das andere Alphabet,
wo sie nur zehn Buchstaben, zehn Sephiroth hatten, und mit dem
erfaßten sie die geistige Welt.|353|219f}}


{{GGZ|Es ist schon so, daß es nur durch die Geisteswissenschaft heute
=== Elektronegativität ===
möglich ist, überhaupt einen Aufschluß über diese Dinge zu bekommen.
Denn kein Mensch sagt Ihnen heute, daß diese zehn Sephiroth
solche Buchstaben waren für die geistige Welt. Das können Sie sonst
nirgends hören, das weiß eigentlich heute kein Mensch! So daß man
sagen kann, die Sache liegt da so, daß die heutige Wissenschaft die
meisten Sachen, die man schon einmal gewußt hat in der Menschheit,
nicht mehr weiß, und sie müssen erst wiederum errungen
werden.


Nehmen Sie nur diesen Buchstaben, den ich Ihnen hier aufgemalt
Eine relatives Maß für die Fähigkeit von Atomen, Elektronen zur Auffüllung ihrer Valenzschale an sich zu ziehen, bietet das 1932 von [[w:Linus Pauling|Linus Pauling]] (1901-1994) eingeführte Konzept der '''Elektronegativität''' (kurz: '''EN'''; Formelzeichen <math>\chi</math>). Atome mit nahezu vollständig gesättigter Valenzschale, wie etwa die [[Halogene]], nehmen sehr leicht Elektronen auf und haben eine entsprechend hohe Elektronegativität. Atome mit nur wenigen Außenelektronen, wie etwa die [[Alkalimetalle]], geben diese leicht an ihre Bindungspartner ab und haben daher eine geringe Elektronegativität.
habe: Aleph {{He|א}}. Was bedeutet denn dieser Aleph für die Sinneswelt?
Nun, da steht der Mensch. So steht er, seine Kraft aussendend. Das
ist dieser Strich (Zeichnung). Er hebt die rechte Hand hinauf: das ist
dieser Strich; er streckt die andere Hand herunter: das ist dieser
Strich. So daß dieser erste Buchstabe Aleph ausdrückt den Menschen.
Und jeder Buchstabe drückte - auch noch im Griechischen -
irgend etwas aus, so wie der erste Buchstabe «den Menschen»
ausdrückt.


Sehen Sie, meine Herren, die Leute haben heute gar kein Gefühl
== Bindungsarten ==
mehr dafür, wie die Dinge zusammenhängen. Den ersten Buchstaben
für den Menschen nannte der Hebräer Aleph, die Griechen Alpha,
und sie meinten damit das, was sich im Menschen geistig bewegt,
was hinter dem physischen Menschen geistig ist. Nun haben
Sie aber auch noch ein altes deutsches Wort. Zunächst wird es dann
gebraucht, wenn der Mensch besondere Träume hat. Wenn ihn ein
geistiger Mensch drückt, dann nennt man dies den Alpdruck, den
Alp. Da sagt man, da komme über den Menschen etwas, was ihn besessen
macht. Aber dann ist aus Alp Elp entstanden, und dann Elf,
der Elf, die Elfe - diese geistigen Wesen, die Elfen; der Mensch ist
nur ein verdichteter Elf. Dieses Wort Elf, das auf Alp zurückführt,
das kann Sie noch erinnern an Alpha im Griechischen. Sie brauchen
nur das a wegzulassen, dann haben Sie: Alph - ph ist dasselbe wie
unser f -, ein Geistiges. Dadurch, daß das f dazugesetzt worden ist,
sagt man: der Aleph im Menschen, der Alp im Menschen. Wenn Sie
im Jüdischen, wie es üblich ist, überall die Selbstlaute weglassen, so
bekommen Sie direkt Alph <nowiki>=</nowiki> Elf für den ersten Buchstaben. Die
Menschen sprechen aus: Elf für diese geistige Wesenheit. Man redet
von Elfen. Natürlich sagt man heute: Das sind Wesenheiten, welche
die Alten erfunden haben aus ihrer Phantasie heraus. Wir glauben
nicht mehr daran. - Aber die Alten haben gesagt: Ihr braucht ja nur
auf den Menschen selber hinzuschauen, dann habt ihr den Alph, nur
daß da der Alph im Körper drinnensteckt und nicht ein feines ätherisches
Wesen ist, sondern ein dichtes körperliches Wesen ist im
Menschen. - Aber die Menschen haben ja längst verlernt, überhaupt
noch den Menschen aufzufassen.|353|223f}}


{{GGZ|Die
Auf rein [[physisch]]er Ebene entsprechen die drei Grundtypen der chemischen Bindung den [[Tria Principia]] des [[Paracelsus]]<ref>Gutmann/Hengge, S. 3</ref>:  
Griechen haben nicht ein A, ein Alpha, so gedacht, ohne an den
Menschen zu denken. Sie wurden gleich an den Menschen erinnert.
Und sie haben nicht ein Beta gehabt, ohne sich an ein Haus zu erinnern,
worin der Mensch wohnt. Das Alpha ist immer der Mensch.
Sie stellten sich etwas dem Menschen Ähnliches vor. Und bei Beta,
da stellten sie sich etwas, was um den Menschen herum ist, vor. Da
wurde dann das jüdische Beth und das griechische Beta das Umhüllende
um das Alpha, das noch drinnen ist als geistiges Wesen. So
würde auch der Körper das Beth, Beta sein, und das Alpha der Geist
darinnen. Und nun reden wir heute vom «Alphabet» - das heißt
aber für die Griechen: «der Mensch in seinem Haus», oder auch:
«der Mensch in seinem Körper», in seiner Umhüllung.


Nun, meine Herren, es ist eigentlich furchtbar lustig. Nehmen
* [[Sal]] entspricht der salzartigen [[#Ionische Bindung|ionischen Bindung]],
Sie heute ein Lexikon in die Hand, dann lesen Sie nach in dem Alphabet
* [[Mercurius]] der [[#Metallische Bindung|metallischen Bindung]],
die ganze Weisheit, die die Menschheit hat. Wenn einer - Sie
* [[Sulphur]] der [[#Kovalente Bindung|kovalenten Bindung]]
werden es nicht tun - beim A anfängt und beim Z aufhören würde,
dann würde er die ganze Weisheit in sich haben. Ja, aber nach was ist
denn diese Weisheit im Menschen anzuordnen? Nach dem Alphabet,
nach dem, was man vom Menschen wissen kann. Es ist sehr interessant:
Die Menschen haben es dazu gebracht, alle Weisheit zu
verbreiten, weil sie nicht mehr wußten, daß das eigentlich hindeutet
auf das, was aus dem Alphabet kommt. - Übersetzt man Alphabet,
so kommt heraus, wenn man es etwas anders ausdrückt: Menschenweisheit,
Menschenwissen - wiederum mit einem griechischen
Wort ausgedrückt: Anthroposophie, Menschenweisheit. Und so
sagt es denn jedes Lexikon. Eigentlich müßte in jedem Lexikon
Anthroposophie drinnenstehen, denn es ist nur nach dem Alphabet,
nach der Menschenweisheit, «der Mensch in seinem Körper» angeordnet.
Es ist also furchtbar lustig: Eigentlich stellt jedes Lexikon ein
Totengerippe dar, wo in der alphabetisch angeordneten Wissenschaft
die alte Weisheit verschwunden ist. Es ist alles Fleisch und
Blut weg, alle Muskeln und alle Nerven sind heruntergefallen. Jetzt
gehen Sie zum Lexikon; da ist nur noch das tote Gerippe von der
alten Wissenschaft drinnen. - Jetzt muß wieder eine neue Wissenschaft
entstehen, die nicht bloß das Totengerippe hat, wie das Lexikon,
sondern wirklich alles wieder hat vom Menschen, Fleisch und
Blut und so weiter: das ist die Anthroposophie! Daher möchte man
am liebsten - trotzdem man sie heute braucht - alle diese Lexika
zum Teufel schmeißen, weil sie das tote Gerippe sind von einer
alten Wissenschaft. Neue Wissenschaft muß begründet werden!|353|226f}}


{{GZ|Ich habe darauf hingewiesen, wie beim Übergange aus der
=== Ionische Bindung ===
griechischen in die römisch-lateinische Kultur, also im vierten nachatlantischen
[[Datei:NaCl polyhedra.png|mini|200px|Ausschnitt aus der kubischen Kristallstruktur des [[w:Natriumchlorid|Natriumchlorid]]s.]]
Kulturzeitraum, es deutlich bemerkbar wird, daß die einzelnen
Laute der Sprache nun nicht mehr Benennungen haben, sondern
eben einfach, so wie wir es heute gewohnt sind, als Laute bezeichnet
werden. Im Griechischen haben wir noch die Benennung für den ersten
Buchstaben des Alphabets; im Lateinischen nur noch A. Beim
Übergang vom Griechischen zum Lateinischen wird ein in der Sprache
Lebendes, im eminentesten Sinne Konkretes, in ein Abstraktes verwandelt.|209|107}}


{{GGZ|Ich habe auch schon darauf aufmerksam gemacht, wie ein wirkliches
Die '''ionische Bindung''' (auch: '''Ionenbindung''') entsteht zwischen [[Chemische Elemente|chemischen Elementen]], deren Atome sich stark in ihrer [[#Elektronegativität|Elektronegativität]] unterscheiden. Das Atom mit der geringeren Elektronegativität gibt dadurch sehr leicht seine Außenelektronen an das elektronegativere Atom ab und wird dadurch wegen der nun überwiegenden Kernladung zu einem ein- oder mehrfach positiv geladenen [[Kation]]. Im Gegenzug erhält das elektronegativere Atom eine negative Überschussladung und wird dadurch in gleichem Maß zu einem negativ geladenen [[Anion]]. Die gegensätzlich geladenen [[Ion]]en werden durch die [[Elektrostatik|elektrostatische Anziehung]] fest aneinander gebunden und fügen sich in ein regelmäßig geordnetes [[Kristallgitter]] ein. Dadurch entstehen [[Salze|salzartige]], meist schwer schmelzbarer '''Ionenkristalle''', die die Grundlage der [[Mineralwelt]] bilden. Ein typisches Beispiel ist das aus [[Natrium]] und [[Chlor]] gebildete [[Natriumchlorid]] (NaCl), das als [[Kochsalz]] wohlbekannt ist. Jedes Na<sup>+</sup>-Ion (grau) ist von 6 [[Oktaeder|oktaedrisch]] angeordneten Cl<sup>-</sup>-Ionen (grün) umgeben, von denen jedes wiederum von 6 Na<sup>+</sup>-Ionen umgeben ist. Die Anzahl der nächsten Nachbarn im Kristallgitter, die hier für beiden Ionensorten 6 beträgt, wird als '''Koordinationszahl''' (KZ) bezeichnet. Das '''Koordinationspolyeder''' ist jeweils ein [[Oktaeder]] (siehe Zeichnung).
Verständnis des Alpha - Aleph im Hebräischen - dazu führt, zu erkennen,
daß man, indem man diesen Buchstaben so benannte, ausdrucken
wollte: er ist das Sinnbild für den Menschen. Alpha ist eigentlich,
wenn man es annähernd mit einem heutigen Worte ausdrücken will,
«der sein Atmen Empfindende». In dieser Benennung liegt direkt die
Hindeutung auf das Wort des Alten Testamentes: der Erdenmensch
wurde dadurch geschaffen, daß ihm der lebendige Odem eingehaucht
wurde. - Das also, was da getan wurde mit dem Atmen, um den Menschen
zum Erdenmenschen zu machen, das Wesen, das dadurch dem
Menschen aufgedrückt worden ist, daß er der die Atmung Erlebende,
Empfindende geworden ist, der die Atmung in sein Bewußtsein Hereinnehmende,
das sollte mit dem ersten Buchstaben des Alphabets zum
Ausdrucke kommen.


Und das Beta, wenn man es unbefangen betrachtet, gerade auch, wenn
=== Kovalente Bindung ===
man das Entsprechende im Hebräischen in Betracht zieht, es stellt sich
dar als so etwas wie die Umwandung, die Umhüllung, das Haus. So
daß, wenn man in der heutigen Sprache ausdrücken wollte, was einmal
empfunden worden ist, als man anfing, Alpha, Beta zu sagen, man
es etwa ausdrücken würde durch die Worte: Der Mensch in seinem
Haus. - Und so könnte man das ganze Alphabet durchgehen und
würde einen Begriff, einen Sinn, eine Wahrheit über den Menschen
aussprechen, indem man einfach die Benennungen für das Alphabet
hintereinander sagt. Es würde gewissermaßen ein umfassender Satz
ausgesprochen, der das Menschengeheimnis zum Ausdrucke bringt. Es
beginnt dieser Satz also damit, daß man hinweist darauf: der Mensch
in seinem Haus, in seinem Tempel. Die folgenden Teile des Satzes
würden dann zum Ausdrucke bringen, wie der Mensch sich darinnen
verhält, wie sein Verhältnis zum Weltenall ist. Kurz, es würde, was
man so hintereinander als die Namen des Alphabets aussprechen würde,
nicht das Abstrakte sein, wie wenn wir heute A, B, C sagen und uns
dabei eigentlich gar nichts denken können, sondern es würde der Ausdruck
für das Menschengeheimnis, für die Wurzelung des Menschen
in der Welt sein.|209|108f}}


{{GGZ|Worin besteht nun eigentlich das neuere Leben? Wenn wir von diesem
Die '''kovalente Bindung''' (veraltet auch '''Atombindung''', '''Elektronenpaarbindung''' oder '''homöopolare Bindung'''), wie sie vor allem für [[organische Verbindung]]en typisch ist, entsteht zwischen Atomen mit gleicher oder vergleichbarer Elektronegativität. Eine Ionenbindung kann in diesem Fall nicht entstehen, statt dessen teilen die beteiligten Atome ein oder mehrere bindende Elektronenpaare und bilden durch Überlagerung der an der Bindung beteiligten zwei [[Atomorbital]]e ein gemeinsames bindendes und ein antibindendes '''Molekülorbital''' ('''MO''') aus, wobei aber nur das energetisch tiefer liegende bindende Molekülorbital von den beiden bindenden Elektronen besetzt wird. Die Atome werden dadurch zu einem [[Molekül]] verbunden. So verwandelt sich etwa der hochreaktive atomare [[Wasserstoff]] (H), der z.B. durch die Reaktion unedeler [[Metalle]] mit [[Säuren]] entsteht, praktisch augenblicklich in das wesentlich stabilere Wasserstoffmolekül (H<sub>2</sub>) um. Auch [[Stickstoff]] (N) und [[Sauerstoff]] (O) kommen in der [[Luft]] niemals in atomarer, sondern stets nur in molekularer Form vor, d.h. als N<sub>2</sub> bzw. O<sub>2</sub>. Schon [[w:Amadeo Avogadro|Amadeo Avogadro]] (1776-1856) unterschied zwischen Atomen (''molécules élémentaires'') und Molekülen (''molécules intégrantes'') und vermutete, dass die [[Chemische Elemente|chemischen Elemente]] in der Gasphase nicht als einzelne Atome, sondern als zweiatomige Moleküle vorliegen. Seine Ansichten gerieten aber für längere Zeit in Vergessenheit. Erst seinem Schüler [[Wikipedia:Stanislao Cannizzaro|Stanislao Cannizzaro]] (1826-1910) gelang der Nachweis, dass [[Wasserstoff]] im Gaszustand als H<sub>2</sub>-Molekül vorliegt.
neueren Leben zurückblicken auf das alte Leben der Menschheit in
Urzeiten, so finden wir, daß in dem instinktiven Bewußtsein dieser
Urzeiten noch das Erleben des Weltzusammenhanges des Menschen
vorhanden war. Man kann es im Konkreten an dem Alphabet erleben.
Wenn der Mensch die ganze Fülle des Göttlichen in einem Ursatze aussprechen
wollte, so sprach er das Alphabet aus. Wenn er sein eigenes
Geheimnis, wie er es in den Mysterien lernen konnte, aussprach, dann
sprach er aus, wie er heruntergestiegen ist durch Saturn oder Jupiter in
ihrer Konstellation zu Löwe oder Jungfrau, das heißt, wie er heruntergestiegen
ist durch das A oder das I in ihrer Konstellation zu dem M
oder zu dem L. Er sprach aus, was er da erlebt hat von der Sphärenmusik,
und das war sein kosmischer Name. Und man war sich in älteren
Zeiten durchaus instinktiv bewußt, daß der Mensch sich einen Namen
mitbrachte durch seinen Herabstieg aus dem Kosmos auf die Erde.|209|116f}}


{{GGZ|Was war also, von diesem Gesichtspunkte betrachtet, das Alphabet?
<center><gallery widths="150px" heigths="150px" caption="Die Molekülorbitale des Wasserstoffmoleküls H<sub>2</sub>">
Es war das, was die Himmel offenbarten durch ihre Fixsterne und die
Wave functions binding.svg|Additive Überlagerung der Wellenfunktionen (bindend)
über diese Fixsterne sich hinüberbewegenden Planeten. Sprach man das
Dihydrogen-HOMO-phase-3D-balls.svg|Bindendes Molekülorbital
Alphabet aus in der ursprünglichen instinktiven Weisheit der Menschen,
Wave functions anti-binding.svg|Subtraktive Überlagerung der Wellenfunktion (antibindend)
dann sprach man eine Astronomie aus. Alphabet-Aussprechen und
Dihydrogen-LUMO-phase-3D-balls.png|Antibindendes Molekülorbital
Astronomielehre war für diese alten Zeiten ein und dasselbe.|206|117}}
Wasserstoff-Orbitale.svg|Besetzungsschema der Molekülorbitale
</gallery></center>


== Alphabet und Ätherleib ==
[[Quantenmechanik|Quantenmechanisch]] lassen sich Atombindungen näherungsweise durch die [[1927]] von [[w:Walter Heitler|Walter Heitler]] und [[w:Fritz London|Fritz London]] entwickelte [[w:Valenzstrukturtheorie|Valenzstrukturtheorie]] (VB-Theorie) oder durch die wenig später von [[w:Friedrich Hund|Friedrich Hund]] und [[w:Robert S. Mulliken|Robert S. Mulliken]] aufgestellte [[w:Molekülorbitaltheorie|Molekülorbitaltheorie]] (MO-Theorie)berechnen.


{{GZ|Wir sprechen nicht
[[Datei:Ch4 hybridization.svg|mini|Die 4 bindenden sp<sup>3</sup>-[[Hybridorbitale]] von [[w:Methan|Methan]] (CH<sub>4</sub>), durch die 4 Wasserstoffatome kovalent an das zentrale Kohlenstoffatom gebunden sind.]]
auf einmal alles dasjenige, was der Sprache zugrunde liegt. Wann
würden wir es denn sprechen, alles dasjenige, was der Sprache zugrunde liegt? Wir würden es sprechen - so paradox das klingt, es ist
so -, wenn wir einmal von a b c bis z alle möglichen Laute hintereinander
ertönen ließen. Stellen Sie sich das einmal vor. Stellen Sie sich
vor, ein Mensch würde beginnen mit dem a, b und so fort hintereinander,
ohne abzusetzen natürlich, nur mit dem entsprechenden Atemholen,
bis zum z, ein Mensch würde das hintereinander lautlich erklingen
lassen. Alles dasjenige, was wir aussprechen, zeichnet in die
Luft hinein eine gewisse Form, die man nur nicht sieht, die man aber
durchaus als vorhanden voraussetzen muß, von der man sich sogar
denken könnte, daß sie durch wissenschaftliche Mittel ohne die
menschliche Zeichnung fixiert würde.


Wenn wir ein Wort aussprechen: Baum, Sonne - immer führen wir
Um die [[Molekülgeometrie|geometrischen Verhältnisse]] bei Atombindungen wirklichkeitsgetreuer zu beschreiben, führte [[w:Linus Pauling|Linus Pauling]] um 1931 das Konzept der [[Hybridorbitale]] ein. Er nützte dabei die Tatsache aus, dass alle Linearkombinationen der [[Wellenfunktion]]en, die sich als Lösungen der [[Schrödingergleichung]] ergeben, gültige Lösungen derselben sind.
eine ganz bestimmte Luftform aus. Wenn wir das aussprechen von
a bis z, würden wir eine sehr komplizierte Luftform bilden. Fragen
wir uns einmal, wenn wirklich ein Mensch das zustande brächte, was
da entstünde. Es müßte in einer gewissen Zeit geschehen - wir werden
schon im Laufe der Vorträge noch hören, warum -, so daß, wenn
wir beim z angekommen sind, nicht schon das erste vollständig wiederum
auseinandergeflossen ist, daß also das a in seiner Form plastisch
noch bleibt, wenn wir beim z angekommen sind. Wenn wir
tatsächlich vom a bis zum z gehen könnten in der Lautformulierung,
wenn wir dies so zuwege brächten, daß das a stehenbleiben würde bis
zum z, und das Ganze würde sich in der Luft abbilden, was wäre
denn das? Was wäre das für eine Form?


Das wäre die Form des menschlichen ätherischen Leibes. Der
Ein Beispiel möge dies verdeutlichen: Ein [[Kohlenstoff]]atom (C) verbindet sich mit vier [[Wasserstoff]]atomen (H) zu dem [[Kohlenwasserstoff]] [[w:Methan|Methan]] (CH<sub>4</sub>). Wasserstoff verfügt nur über ein einziges Elektron, das sich im Grundzustand im 1s-Orbital aufhält. Kohlenstoff hat insgesamt 6 Elektronen, von denen sich zwei in der inneren 1s-Schale befinden, die an der Bindung unbeteiligt ist. Die restlichen 4 Elektronen befinden sich in der 2. Schale und verteilen sich auf das kugelsymmetrische 2s-Orbital und die drei hantelförmigen 2p-Orbitale, d.h. auf 2p<sub>x</sub>, 2p<sub>y</sub> und 2p<sub>z</sub>, die rechtwinkelig zueinander stehen. Da die [[kovalente Bindung]] der 4 Wasserstoffatome an den Kohlenstoff durch Überlagerung der äußeren Atomorbitale erfolgt, müssten theoretisch unterschiedliche Bindungen entstehen je nach dem, ob sich das 1s-Orbital des Wasserstoffs mit dem 2s-Orbital oder einem der drei 2p-Orbitale des Kohlenstoffs überlagert. Empirisch zeigt sich allerdings, dass alle 4 Bindungen völlig gleichwertig und nach den Ecken eines [[Tetraeder]]s ausgerichtet sind. Das Problem lässt sich lösen, wenn man das 2s-Orbital und die drei 2p-Orbitale durch Linearkombination zu vier gleichwertigen sp<sup>3</sup>-Hybridorbitalen umwandelt, die tetraedrisch ausgerichtet und mit je einem Elektron besetzt sind.
menschliche ätherische Leib würde auf diese Weise zustande kommen.
Der menschliche ätherische Leib stünde vor Ihnen, wenn Sie
einmal das ganze Alphabet - man müßte es erst richtigstellen, heute
ist es nicht ganz richtig so, wie es gewöhnlich aufgestellt wird, aber
es kommt ja auf das Prinzip jetzt an -, wenn Sie einmal lautlich das
Alphabet von a angefangen bis zum z hinstellen würden, der Mensch
stünde vor Ihnen.


Was ist da eigentlich geschehen? Der Mensch als Ätherleib ist ja
Unterscheiden sich die Elektronegativitäten der Bindungspartner voneinander, entsteht eine '''polare Atombindung''', bei der sich die miteinander verbunden Atome zwar nicht zu [[Ion]]en verwandeln, aber doch positive und negative Partialladungen tragen.
immer da. Sie tragen ihn immer in sich. Was tun Sie also, indem Sie
sprechen, das Alphabet aussprechen? Sie versenken sich gewissermaßen in die Form Ihres Ätherleibes und teilen sie der Luft mit. Sie
bilden in der Luft ein Abbild Ihres Ätherleibes. Wenn wir ein einzelnes
Wort sprechen, das nicht alle Laute hat selbstverständlich, was
geschieht dann? Stellen wir uns vor, der Mensch steht vor uns. Da
steht er als physischer Leib, als Ätherleib, Astralleib, Ich. Er spricht
irgendein Wort. Man sieht, er versenkt sich mit dem Bewußtsein in
seinen Ätherleib. Ein Stück dieses Ätherleibes bildet er in der Luft
ab, so wie wenn Sie sich vor den physischen Leib stellen würden und
meinetwillen eine Hand abbilden würden, so daß die Hand in der Luft
zu sehen wäre. Nun, der Ätherleib hat nicht diese Formen, die der
physische Leib hat, aber die Formen des Ätherleibes bilden sich in
der Luft ab. Wir schauen, wenn wir dies richtig verstehen, gerade in
die wunderbarste Metamorphose der menschlichen Gestalt, der Entwickelung
hinein. Denn, was ist dieser Ätherleib? Er ist dasjenige,
was die Kräfte des Wachstums, die Kräfte, die in Betracht kommen,
um die Ernährung zu besorgen, aber auch die Kräfte, die in Betracht
kommen, um das Gedächtnis in die Wege zu leiten, was das alles enthält.
Das alles teilen wir der Luftgestaltung mit, indem wir sprechen.
Das Innere des Menschen, also insofern sich dieses Innere des Menschen
im Ätherleib auslebt, das prägen wir der Luft ein, indem wir
sprechen. Wenn wir Laute zusammenstellen, entstehen Worte. Wenn
wir das zusammenstellen vom Anfang des Alphabets bis zum Schluß,
entsteht ein sehr kompliziertes Wort. Aber dieses Wort enthält alle
Wortmöglichkeiten. Dieses Wort enthält aber zu gleicher Zeit den
Menschen in seiner ätherischen Wesenheit. Bevor aber ein physischer
Mensch auf der Erde war, war der ätherische Mensch da. Denn der
ätherische Mensch liegt dem physischen Menschen zugrunde. Was ist
denn aber der ätherische Mensch? Der ätherische Mensch ist das
Wort, das das ganze Alphabet umfaßt.|279|46ff}}


== Ich bin das Alpha und das Omega ==
==== Koordinative Bindung ====


{{GZ|Den Satz «Ich bin das Alpha und das Omega» (Apk. 1, 8)
Die '''koordinative Bindung''' (auch '''Donator-Akzeptor-Bindung''' oder veraltet '''dative Bindung''') ist eine besondere Form der Elektronenpaarbindung, bei der das bindende Elektronenpaar allein von einem der beiden Bindungspartner (dem ''Donator'') bereitgestellt wird. Sie bildet die Grundlage der '''Komplexchemie'''. Die koordinativ an das '''Zentralatom''' gebundenen Atome, Ionen oder Moleküle werden als '''Liganden''' (von [[lat.]] ''ligare'' „binden“) bezeichnet. Als Zentralatome kommen vor allem [[Metalle]] infrage, die über freie [[d-Orbital]]e verfügen, wie etwa [[Kupfer|Cu<sup>2+</sup>]], [[Magnesium|Mg<sup>2+</sup>]], [[Eisen|Fe<sup>2+</sup>]], [[Eisen|Fe<sup>3+</sup>]], [[Eisen|Fe<sup>0</sup>]], [[Chrom|Cr<sup>0</sup>]], [[Nickel|Ni<sup>2+</sup>]] und [[Nickel|Ni<sup>0</sup>]].
versteht man nur, wenn man weiß, daß der Laut A - Alpha - in
alten Zeiten nicht jener abstrakte, gesonderte, nichtsbedeutende
Bestandteil des Wortes war, als den wir ihn heute empfinden,
sondern der Laut war wirklich wert, eine Benennung zu tragen.|346|46}}


{{GGZ|Sie wissen, Anthroposophie geht zurück bei der Darstellung
So sind etwa die vier [[w:Ammoniak|Ammoniak]]-Moleküle (NH<sub>3</sub>) in dem tiefblauen [[w:Tetraamminkupfersulfat|Tetraamminkupfer(II)-sulfat]] [Cu(NH<sub>3</sub>)<sub>4</sub>]SO<sub>4</sub> koordinativ über das einsame Elektronenpaar des [[Stickstoff]]s an das zentrale Kupferatom gebunden.
der Evolution des Irdischen zu den vorirdischen planetarischen
Daseinsstufen Mond, Sonne, bis zum Saturnzustand, und es wird
versucht, dasjenige heraufzuholen innerhalb der Betrachtung der
Weltentwickelung, was mit der Evolution des Menschen zusammenhängt.
Denn auf dem alten Saturn finden wir den ersten kosmischen
Menschenkeim, der dann, nach den mannigfaltigsten
Transformationen durch die Daseinsstufen von Sonne, Mond und
Erde, der heutige physische Menschenleib geworden ist. Der
Mensch ist schon auf dem alten Saturn in seiner ersten Keimanlage
vorhanden.|346|46f}}


{{GGZ|Das erste, was der Mensch
{| align="center" |
während der alten Saturnentwickelung erhalten hat, war die Empfindung,
|-
daß er Wärmekörper war, daß er den Umfang dieses
| [[Datei:Tetraamminkupfer Kation.svg|120px|]][[Datei:Sulfat-Ion2.svg|90px]]
Wärmekörpers wahrnahm. So daß wir sagen können, schematisch:
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Der Mensch empfand sich auf dem alten Saturn als Wärme, aber
er empfand nach und nach, nachdem er sich zuerst als eine Art
Wärmemolluske gefühlt hatte, etwas wie eine Ansammlung von
Wärme, dann etwas wie eine äußere Haut, eine Wärmehaut, eine
etwas kältere Umhüllung, als die Wärme in ihm war. Das Innere
fühlte er etwas wärmer, in mannigfaltiger Differenzierung, außen
die Wärme von der geringsten Intensität als Wärmehaut.
Wir sprechen das in unserer Sprache heute aus, aber unsere
Sprache hat etwas Abstraktes, unsere Sprache zaubert nicht das
Großartige einer solchen Vorstellung vor unsere Seele, wenn wir
hineinsehen in die vergangenen Zeitenläufe bis zum alten Saturn
zurück. Aber diejenigen, die nur ein wenig von dieser Anschauung
berührt werden, werden wiederum berührt von der heiligen
Scheu, in der diese Dinge angesehen wurden in den alten Mysterien.
Noch in den altgriechischen chthonischen Mysterien sprach
man von diesen Dingen so, daß man in einer gewissen Weise den
Saturnmenschen kannte, der noch nicht die Wärmehaut hatte, und
man wußte von diesem Saturnmenschen, daß er als erstes von der
umgebenden Welt die Wärmehaut angenommen hat, die in ihrer
Konfiguration die Welt nachahmte. Das war das erste, was der
Mensch von der Welt angenommen hat.
Wie schaute damals seelisch-subjektiv das aus, was der Mensch,
als er noch ein Wärmemensch war, in sich erlebte? Er erlebte in
sich reine Verwunderung über die Welt. Wenn es ausgedrückt
werden soll, was er erlebte, so war es reine Verwunderung. Denn
man kann die Wärme nicht anders begreifen denn als reine Verwunderung.
Äußerlich ist es Wärme, innerlich wird es empfunden
als reine Verwunderung. Bloß weil die Menschen so unendlich
tolpatschig geworden sind mit ihren Begriffen, sprechen sie von
der Unerklärbarkeit des «Dinges an sich» wie der alte Kant. Das
«Ding an sich» der Wärme ist Verwunderung; und der Mensch
war als Saturnmensch ebensogut Verwunderung, wie er Wärme
war. Er lebte in Verwunderung, in Staunen über sein eigenes
Dasein, denn er kam nun erst in dieses Dasein. Das ist Alpha: Der
in Verwunderung lebende Wärmemensch, der Saturnmensch.
Und das erste, was der Mensch als Welt, als das Gehäuse der Welt
empfand, die Haut, das ist Beta, das Haus, dieses Haus des Menschen. Der Mensch in seinem Haus, in seinem Tempel. Und das
Haus war das erste, was der Mensch von der Welt bekommen hat;
die Haut - Beta.


Und gehen wir so durch das Alphabet, so gehen wir damit
[[Datei:Nuvola di elettroni.svg|mini|Ein Metallgitter aus positiv geladenen Atomrümpfen, die von frei beweglichen Elektronen umgeben sind.]]
durch die Welt. Indem der Mensch alles, was Welt ist, nach und
Auf ähnliche Weise ist auch das [[Kristallwasser]] in dem blauen [[w:Kupfersulfat|Kupfersulfat-Pentahydrat]] Cu[SO<sub>4</sub>]·5H<sub>2</sub>O und ähnlichen [[Salze]]n koordinativ  gebunden. Treibt man das Kristallwasser durch Erhitzen aus, bleibt das kristallwasserfrei farblos weißliche Kupfersulfat CuSO<sub>4</sub> zurück.
nach aufnimmt und mit seinem ganzen Wesen vereint, bis er dereinst
 
auf dem Vulkan den ganzen Umfang der Welt, dieses ganze
=== Metallische Bindung ===
große All, zu dem er gehört, mit sich vereinigt haben wird, da
 
wird er derjenige sein, der er war im Beginn der Saturnentwickelung
[[Metalle]] haben nur relativ wenige Außenelektronen und geben diese auch ohne Reaktionspartner leicht ab. Dadurch entstehen leicht bewegliche freie Elektronen, die den Metallen ihre hohe [[Elektrische Leitfähigkeit|elektrische]] und [[Wärmeleitung|thermische Leitfähigkeit]] verleiht.
und die ganze Welt. Er wird sein Alpha und Omega, der
Mensch, und in ihm alles vereinigt, was Welt ist. Mit dem «Ich bin
das Alpha und das Omega» der Apokalypse des Johannes haben
wir das bezeichnet, was der Mensch sein wird am Ende der Vulkanzeit.
Am Ende der Vulkanentwickelung wird auch der Mensch
sagen dürfen: Ich bin das Alpha und das Omega.|346|48ff}}


== Siehe auch ==
== Siehe auch ==


* {{WikipediaDE|Alphabet}}
* {{WikipediaDE|Chemische Bindung}}
* {{WikipediaDE|Ionische Bindung}}
* {{WikipediaDE|Kovalente Bindung}}
* {{WikipediaDE|Metallische Bindung}}
* {{WikipediaDE|Van-der-Waals-Kräfte}}
* {{WikipediaDE|Wasserstoffbrückenbindung}}


== Literatur ==
== Literatur ==
#Rudolf Steiner: ''Nordische und mitteleuropäische Geistimpulse'', [[GA 209]] (1982), ISBN 3-7274-2090-1 {{Vorträge|209}}
#Rudolf Steiner: ''Eurythmie als sichtbare Sprache '', [[GA 279]] (1990), ISBN 3-7274-2790-6 {{Vorträge|279}}
#Rudolf Steiner: ''Vorträge und Kurse über christlich-religiöses Wirken, V (Apokalypse und Priesterwirken)'', [[GA 346]] (2001), ISBN 3-7274-3460-0 {{Vorträge|346}}
#Rudolf Steiner: ''Die Geschichte der Menschheit und die Weltanschauungen der Kulturvölker'', [[GA 353]] (1988), ISBN 3-7274-3532-1 {{Vorträge|353}}


{{GA}}
* [[Viktor Gutmann]], Edwin Hengge: ''Allgemeine und anorganische Chemie'', 5. Auflage, Verlag Chemie, Weinheim 1990, ISBN 978-3527281596
* A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: ''Lehrbuch der Anorganischen Chemie'', 102. Auflage, de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1
* K. P. C. Vollhardt, Neil E. Schore, Holger Butenschön (Hrsg.): ''Organische Chemie'', 5. Auflage, Wiley-VCH 2011, ISBN 978-3527327546
* Paula Y. Bruice: ''Organische Chemie: Studieren kompakt'', 5. Auflage, Pearson Studium 2011, ISBN 978-3868941029, eBook {{ASIN|B00QV6QM0O}}
 
== Einzelnachweise ==
 
<references />


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[[Kategorie:Chemie]]

Version vom 1. Januar 2019, 15:53 Uhr

Die chemische Bindung verbindet Atome oder Ionen zu Molekülen bzw. chemischen Verbindungen, die energetisch stabiler sind als die getrennten Bestandteile. Sie beruht auf der Wechselwirkung der Elektronen aus der äußersten Elektronenschale der an der Bindung beteiligten Atome.

Grundlagen

Atome bestehen nach heutiger naturwissenschaftlicher Sicht aus einem elektrisch positiv geladenen Atomkern und einer Hülle aus negativ geladenen Elektronen. Als Teilchen mit halbzahligen Spin sind sie nach den Gesetzen der Quantentheorie sogenannte Fermionen, die dem Pauli-Prinzip unterliegen, nach dem die Elektronen der Hülle nicht in allen Quantenzahlen übereinstimmen dürfen. Sie können sich daher nicht im untersten, energieärmsten Niveau zusammendrängen, sondern müssen sich auch auf höhere, ausgedehntere und energiereichere Elektronenschalen bzw. Atomorbitale verteilen. Sie bedingen dadurch die relativ große räumliche Ausdehnung der Elektronenhülle, die den Atomkern um das 20.000- bis 150.000-fache übertrifft. Die Elektronen der äußersten Schale, der sogenannten Valenzschale, bestimmen die chemische Eigenschaften eines Atoms und seine Stellung im Periodensystem der chemischen Elemente.

Bindungslängen und Bindungswinkel des Wassermoleküls (H2O)

Die Valenzschale erreicht ihren energetisch stabilsten Zustand, wenn sie mit der maximal möglichen Zahl von Elektronen vollständig aufgefüllt ist. Das ist aber nur bei den Edelgasen der Fall, die entsprechend reaktionsträge sind, da sie ihren stabilsten Zustand bereits erreicht haben. Atome mit unvollständig aufgefüllter Valenzschale können sich dadurch stabilisieren, dass sie solange von ihren Bindungspartnern Elektronen aufnehmen oder an diese abgeben, bis sie eine vollkommen abgeschlossene Außenschale erreicht haben. Die so aneinander gebunden Atome erreichen damit gemeinsam ihren stabilsten, energieärmsten Zustand. Nach der von Gilbert Newton Lewis und Walther Kossel 1916 formulierten Edelgasregel sind chemische Verbindungen besonders stabil, wenn die daran beteiligten Atome die im Periodensystem nächstgelegene Edelgaskonfiguration ausbilden können. Mit Ausnahme des Heliums haben die Edelgase 8 Außenelektronen. Nach der darauf basierenden Oktettregel sind Verbindungen besonders stabil, wenn die gebundenen Atome dadurch 8 Elektronen haben und dadurch der Edelgaskonfiguration entsprechen.

Um eine chemische Bindung wieder zu spalten, muss eine entsprechende Bindungsenergie aufgewendet werden, die man meist in Joule pro Mol angibt. Die Bindungslänge ergibt sich aus dem von Atomkern zu Atomkern gemessene Abstand der aneinander gebundenen Atome. Bei kristallinen Feststoffen kann sie experimentell durch Kristallstrukturanalyse ermittel werden und liegt bei kovalenten Bindungen je nach den beteiligten Atomsorten typischerweise zwischen etwa 75 und 250 pm (1 pm = 10−12 m). Auf diesem Weg lassen sich auch die Bindungswinkel zwischen den einzelnen Bindungen eines Moleküls ermitteln. Bindungslängen und Bindungswinkel bestimmen die Molekülgeometrie, die sich durch entsprechende Strukturformeln veranschaulichen lässt.

Elektronegativität

Eine relatives Maß für die Fähigkeit von Atomen, Elektronen zur Auffüllung ihrer Valenzschale an sich zu ziehen, bietet das 1932 von Linus Pauling (1901-1994) eingeführte Konzept der Elektronegativität (kurz: EN; Formelzeichen ). Atome mit nahezu vollständig gesättigter Valenzschale, wie etwa die Halogene, nehmen sehr leicht Elektronen auf und haben eine entsprechend hohe Elektronegativität. Atome mit nur wenigen Außenelektronen, wie etwa die Alkalimetalle, geben diese leicht an ihre Bindungspartner ab und haben daher eine geringe Elektronegativität.

Bindungsarten

Auf rein physischer Ebene entsprechen die drei Grundtypen der chemischen Bindung den Tria Principia des Paracelsus[1]:

Ionische Bindung

Ausschnitt aus der kubischen Kristallstruktur des Natriumchlorids.

Die ionische Bindung (auch: Ionenbindung) entsteht zwischen chemischen Elementen, deren Atome sich stark in ihrer Elektronegativität unterscheiden. Das Atom mit der geringeren Elektronegativität gibt dadurch sehr leicht seine Außenelektronen an das elektronegativere Atom ab und wird dadurch wegen der nun überwiegenden Kernladung zu einem ein- oder mehrfach positiv geladenen Kation. Im Gegenzug erhält das elektronegativere Atom eine negative Überschussladung und wird dadurch in gleichem Maß zu einem negativ geladenen Anion. Die gegensätzlich geladenen Ionen werden durch die elektrostatische Anziehung fest aneinander gebunden und fügen sich in ein regelmäßig geordnetes Kristallgitter ein. Dadurch entstehen salzartige, meist schwer schmelzbarer Ionenkristalle, die die Grundlage der Mineralwelt bilden. Ein typisches Beispiel ist das aus Natrium und Chlor gebildete Natriumchlorid (NaCl), das als Kochsalz wohlbekannt ist. Jedes Na+-Ion (grau) ist von 6 oktaedrisch angeordneten Cl--Ionen (grün) umgeben, von denen jedes wiederum von 6 Na+-Ionen umgeben ist. Die Anzahl der nächsten Nachbarn im Kristallgitter, die hier für beiden Ionensorten 6 beträgt, wird als Koordinationszahl (KZ) bezeichnet. Das Koordinationspolyeder ist jeweils ein Oktaeder (siehe Zeichnung).

Kovalente Bindung

Die kovalente Bindung (veraltet auch Atombindung, Elektronenpaarbindung oder homöopolare Bindung), wie sie vor allem für organische Verbindungen typisch ist, entsteht zwischen Atomen mit gleicher oder vergleichbarer Elektronegativität. Eine Ionenbindung kann in diesem Fall nicht entstehen, statt dessen teilen die beteiligten Atome ein oder mehrere bindende Elektronenpaare und bilden durch Überlagerung der an der Bindung beteiligten zwei Atomorbitale ein gemeinsames bindendes und ein antibindendes Molekülorbital (MO) aus, wobei aber nur das energetisch tiefer liegende bindende Molekülorbital von den beiden bindenden Elektronen besetzt wird. Die Atome werden dadurch zu einem Molekül verbunden. So verwandelt sich etwa der hochreaktive atomare Wasserstoff (H), der z.B. durch die Reaktion unedeler Metalle mit Säuren entsteht, praktisch augenblicklich in das wesentlich stabilere Wasserstoffmolekül (H2) um. Auch Stickstoff (N) und Sauerstoff (O) kommen in der Luft niemals in atomarer, sondern stets nur in molekularer Form vor, d.h. als N2 bzw. O2. Schon Amadeo Avogadro (1776-1856) unterschied zwischen Atomen (molécules élémentaires) und Molekülen (molécules intégrantes) und vermutete, dass die chemischen Elemente in der Gasphase nicht als einzelne Atome, sondern als zweiatomige Moleküle vorliegen. Seine Ansichten gerieten aber für längere Zeit in Vergessenheit. Erst seinem Schüler Stanislao Cannizzaro (1826-1910) gelang der Nachweis, dass Wasserstoff im Gaszustand als H2-Molekül vorliegt.

  • Die Molekülorbitale des Wasserstoffmoleküls H<sub
  • Additive Überlagerung der Wellenfunktionen (bindend)

    Additive Überlagerung der Wellenfunktionen (bindend)

  • Bindendes Molekülorbital

    Bindendes Molekülorbital

  • Subtraktive Überlagerung der Wellenfunktion (antibindend)

    Subtraktive Überlagerung der Wellenfunktion (antibindend)

  • Antibindendes Molekülorbital

    Antibindendes Molekülorbital

  • Besetzungsschema der Molekülorbitale

    Besetzungsschema der Molekülorbitale

Quantenmechanisch lassen sich Atombindungen näherungsweise durch die 1927 von Walter Heitler und Fritz London entwickelte Valenzstrukturtheorie (VB-Theorie) oder durch die wenig später von Friedrich Hund und Robert S. Mulliken aufgestellte Molekülorbitaltheorie (MO-Theorie)berechnen.

Die 4 bindenden sp3-Hybridorbitale von Methan (CH4), durch die 4 Wasserstoffatome kovalent an das zentrale Kohlenstoffatom gebunden sind.

Um die geometrischen Verhältnisse bei Atombindungen wirklichkeitsgetreuer zu beschreiben, führte Linus Pauling um 1931 das Konzept der Hybridorbitale ein. Er nützte dabei die Tatsache aus, dass alle Linearkombinationen der Wellenfunktionen, die sich als Lösungen der Schrödingergleichung ergeben, gültige Lösungen derselben sind.

Ein Beispiel möge dies verdeutlichen: Ein Kohlenstoffatom (C) verbindet sich mit vier Wasserstoffatomen (H) zu dem Kohlenwasserstoff Methan (CH4). Wasserstoff verfügt nur über ein einziges Elektron, das sich im Grundzustand im 1s-Orbital aufhält. Kohlenstoff hat insgesamt 6 Elektronen, von denen sich zwei in der inneren 1s-Schale befinden, die an der Bindung unbeteiligt ist. Die restlichen 4 Elektronen befinden sich in der 2. Schale und verteilen sich auf das kugelsymmetrische 2s-Orbital und die drei hantelförmigen 2p-Orbitale, d.h. auf 2px, 2py und 2pz, die rechtwinkelig zueinander stehen. Da die kovalente Bindung der 4 Wasserstoffatome an den Kohlenstoff durch Überlagerung der äußeren Atomorbitale erfolgt, müssten theoretisch unterschiedliche Bindungen entstehen je nach dem, ob sich das 1s-Orbital des Wasserstoffs mit dem 2s-Orbital oder einem der drei 2p-Orbitale des Kohlenstoffs überlagert. Empirisch zeigt sich allerdings, dass alle 4 Bindungen völlig gleichwertig und nach den Ecken eines Tetraeders ausgerichtet sind. Das Problem lässt sich lösen, wenn man das 2s-Orbital und die drei 2p-Orbitale durch Linearkombination zu vier gleichwertigen sp3-Hybridorbitalen umwandelt, die tetraedrisch ausgerichtet und mit je einem Elektron besetzt sind.

Unterscheiden sich die Elektronegativitäten der Bindungspartner voneinander, entsteht eine polare Atombindung, bei der sich die miteinander verbunden Atome zwar nicht zu Ionen verwandeln, aber doch positive und negative Partialladungen tragen.

Koordinative Bindung

Die koordinative Bindung (auch Donator-Akzeptor-Bindung oder veraltet dative Bindung) ist eine besondere Form der Elektronenpaarbindung, bei der das bindende Elektronenpaar allein von einem der beiden Bindungspartner (dem Donator) bereitgestellt wird. Sie bildet die Grundlage der Komplexchemie. Die koordinativ an das Zentralatom gebundenen Atome, Ionen oder Moleküle werden als Liganden (von lat. ligare „binden“) bezeichnet. Als Zentralatome kommen vor allem Metalle infrage, die über freie d-Orbitale verfügen, wie etwa Cu2+, Mg2+, Fe2+, Fe3+, Fe0, Cr0, Ni2+ und Ni0.

So sind etwa die vier Ammoniak-Moleküle (NH3) in dem tiefblauen Tetraamminkupfer(II)-sulfat [Cu(NH3)4]SO4 koordinativ über das einsame Elektronenpaar des Stickstoffs an das zentrale Kupferatom gebunden.

Ein Metallgitter aus positiv geladenen Atomrümpfen, die von frei beweglichen Elektronen umgeben sind.

Auf ähnliche Weise ist auch das Kristallwasser in dem blauen Kupfersulfat-Pentahydrat Cu[SO4]·5H2O und ähnlichen Salzen koordinativ gebunden. Treibt man das Kristallwasser durch Erhitzen aus, bleibt das kristallwasserfrei farblos weißliche Kupfersulfat CuSO4 zurück.

Metallische Bindung

Metalle haben nur relativ wenige Außenelektronen und geben diese auch ohne Reaktionspartner leicht ab. Dadurch entstehen leicht bewegliche freie Elektronen, die den Metallen ihre hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit verleiht.

Siehe auch

Literatur

Einzelnachweise

  1. ↑ Gutmann/Hengge, S. 3
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