Aufbau der Stoffgruppen
In der Natur existiert eine sehr große Vielfalt an Elementen und Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften. Verbindungen entstehen durch chemische Reaktionen der Elemente im Periodensystem. In Abhängigkeit der kleinsten Teilchen von Elementen und Verbindungen werden die Stoffgruppen – Molekular gebaute Stoffe, Salze und Metalle unterschieden. Reagieren Metalle mit Nichtmetallen entstehen Salze mit Metallionen und Nichtmetallionen als kleinste Teilchen. Findet eine chemische Reaktion zwischen Nichtmetallen statt, dann kommt es zur Bildung eines Molekular gebauten Stoffes in dem Moleküle als kleinste Teilchen existieren. Kommt es zu elektrostatischen Anziehungskräften zwischen Metallatomen – entstehen Metalle oder Legierungen.
Bindungsdreieck
© Belinda Flemming: Bindungsdreieck zur Entstehung der Stoffgruppen, CC BY-SA
In der Abbildung oben ist das Bindungsdreieck abgebildet, dem man die Stoffgruppen der chemischen Verbindungen in Abhängigkeit von ihrer Teilchenart entnehmen kann. Nach Entstehung der jeweiligen Stoffgruppen, basiert deren Stabilität auf den jeweils enthaltenen Bindungsarten – Metallbindung in Metallen – Ionenbindung in Salzen – und – Elektronenpaarbindungen in Molekular gebauten Stoffen.
Elektronegativität und Übergänge zwischen Stoffgruppen
© Belinda Flemming: Differenz der Elektronegativität der Elemente zur Vorhersage der entstehenden Stoffgruppe, CC BY-SA
Um vorher sagen zu können, welche Stoffgruppe aus der Reaktion zweier Elemente entsteht, zieht man den Elektronegativitätswert eines Elementes im Periodensystem heran. Man betrachtet die Differenz der Elektronegativitätswerte.
Elektronegativität (EN) = Maß für die Fähigkeit der Atome, die Bindungselektronen in einer chemischen Bindung ans sich zu ziehen
Die Elektronegativitätswerte im Periodensystem nehmen innerhalb der Periode von links nach rechts zu und innerhalb der Hauptgruppe von oben nach unten ab. Dementsprechend befindet sich der elektronegativste Wert oben rechts im Periodensystem und gehört zum Element Fluor (F). Das elektropositivste Element liegt unten links, es ist Cäsium (Cs).
© Belinda Flemming: Übersicht der Elektronegativität der Elemente im PSE, CC BY-SA
Bildung von Molekular gebauten Stoffe: bei Reaktion von Nichtmetallen
Differenz der EN < 0,5 ⇒ unpolare Atombindung
Differenz der EN > 0,5 – 1,7 ⇒ polare Atombindung
Die Elektronegativitätswerte sind gerade so unterschiedlich, dass das Bindungselektronenpaar zwischen den Bindungspartner bestehen bleibt und zur Außenschale der jeweiligen Atomhülle gleichermaßen gehört. Es entstehen Molekül als kleinste Teilchen der Stoffgruppe.
Bildung von Salzen: bei Reaktion von Metallen mit Nichtmetallen
Differenz der EN > 1,7 ⇒ Ionenbindung
Die Differenz der Elektronegativitätswerte muss so hoch sein, dass das Bindungselektronenpaar vollständig von einem Bindungspartner übernommen wird. Das heißt es muss ein Elektronenübergang vom Metallatom hin zum Nichtmetallatom stattfinden, wodurch Ionen entstehen.
Der Grund für die Bildung von Bindungselektronen in Molekular gebauten Stoffe und für Elektronenübergänge zur Bildung von Salzen ist das Streben der Atome nach der Edelgaskonfiguration (8 Valenzelektronen, Elektronen auf der Außenschale) als besonders stabilen und energiearmen Zustand. Bei der Entstehung von Molekular gebauten Stoffen und Salzen wird also Energie frei. Die Reaktivität der entstehenden Teilchen nimmt ab.
Kleinste Teilchen der Stoffgruppen und Änderung der Eigenschaften
© Belinda Flemming: Schalenmodell Natrium-Atom, CC BY-SA
© Belinda Flemming: Schalenmodell Chlor-Molekül, CC BY-SA
© Belinda Flemming: Schalenmodelle Natrium-Ion und Chlorid-Ion, CC BY-SA
Übersicht über die kleinsten Teilchen der Stoffgruppen am Beispiel der Elemente Natrium (Metall) und Chlor (Nichtmetall) – von links nach rechts: Das Metallatom Natrium besitzt 1 Valenzelektron, es liegt keine Edelgaskonfiguration vor. Im Molekül von Chlor teilen sich zwei Chlor-Atome 1 Elektronenpaar um Edelgaskonfiguration zu erhalten. Die Ionen von Natrium und Chlor sind durch Elektronenübergang von 1 Elektron entstanden, wodurch beide 8 Elektronen auf der Außenschale besitzen.
© Belinda Flemming: Eigenschaften der Stoffe Natrium, Chlor und Natriumchlorid im Vergleich, CC BY-SA
Übersicht der Stoffgruppen, Bindungsarten und kleinsten Teilchen
In der nachfolgenden Übersicht sind alle notwendigen Information zur Entstehung und zum Aufbau der drei Stoffgruppen – Molekular gebaute Stoffe, Salze und Metalle – enthalten. Genauere Erläuterungen zur Bindungsbildung, zum Aufbau und den daraus resultierenden Eigenschafen finden Sie in den Folgeseiten.
© Belinda Flemming: Übersicht der Stoffgruppen – Entstehung, Bindungsarten und kleinste Teilchen im Vergleich, CC BY-SA