Kovalente Bindung

Eine kovalente Bindung ist eine chemische Bindung, bei der Atome ein oder mehrere Elektronenpaare gemeinsam nutzen. In der Einführung in die Chemie passiert das meist zwischen Nichtmetall-Atomen und erklärt viele häufige Moleküle wie $\text{H}_2$, $\text{O}_2$, $\text{H}_2\text{O}$ und $\text{CO}_2$.

Wenn du dir nur eine Idee merken willst, dann diese: Bei der kovalenten Bindung geht es um das Teilen von Elektronen, nicht darum, sie vollständig von einem Atom auf ein anderes zu übertragen.

Warum kovalente Bindungen entstehen

Atome gehen oft Bindungen ein, weil eine gebundene Anordnung energieärmer ist als dieselben Atome im getrennten Zustand. In vielen einfachen Fällen ermöglicht das Teilen von Elektronen, dass jedes Atom seine Außenschale vollständiger auffüllt.

Für viele Hauptgruppenatome wird das mit der Oktettregel beschrieben. Diese Regel ist nützlich, aber sie ist ein Muster und kein Gesetz. Wasserstoff ist eine häufige Ausnahme, weil er mit $2$ Elektronen meist stabil ist und nicht mit $8$.

Was das Teilen von Elektronen bedeutet

Bei einer kovalenten Bindung werden die Elektronen von beiden Atomkernen angezogen. Diese gemeinsame Anziehung hält die Atome zusammen.

Das Teilen muss nicht gleichmäßig sein. Wenn ein Atom die gemeinsamen Elektronen stärker anzieht, ist die Bindung immer noch kovalent, aber es handelt sich um eine polare kovalente Bindung statt um eine unpolare.

Durchgerechnetes Beispiel: Wie $\text{H}_2$ entsteht

Zwei Wasserstoffatome können $\text{H}_2$ bilden. Jedes Wasserstoffatom startet mit einem Elektron und ist mit $2$ Elektronen in seiner ersten Schale am stabilsten.

Wenn die beiden Atome ein Elektronenpaar teilen, zählt jedes Wasserstoffatom dieses gemeinsame Paar effektiv zu seiner Außenschale. Dadurch erhält jedes Atom das stabile Duett, das es braucht.

Das wird oft so dargestellt:

$$\text{H} \cdot + \cdot \text{H} \rightarrow \text{H}:\text{H}$$

Die zwei Punkte in der Endstruktur stehen für ein gemeinsames Elektronenpaar, also für eine einzelne kovalente Bindung.

Dies ist das einfachste Beispiel für eine kovalente Bindung, weil Wasserstoff kein Oktett braucht. Er braucht nur ein Duett, daher reicht ein gemeinsames Paar aus.

Einfache, doppelte und dreifache kovalente Bindungen

Eine Einfachbindung hat ein gemeinsames Elektronenpaar. Eine Doppelbindung hat zwei gemeinsame Elektronenpaare. Eine Dreifachbindung hat drei gemeinsame Elektronenpaare.

Mehr gemeinsame Paare bedeuten meist eine kürzere und stärkere Bindung, wenn du dieselben zwei Atome in vergleichbaren Molekülen vergleichst. Dieser Vergleich sollte sorgfältig gemacht werden, weil die Bindungsstärke auch davon abhängt, welche Atome beteiligt sind.

Häufige Fehler bei kovalenten Bindungen

Teilen mit gleichmäßigem Teilen verwechseln

Nicht jede kovalente Bindung teilt Elektronen gleichmäßig. Gleichmäßiges Teilen entspricht eher dem unpolaren Fall. Ungleichmäßiges Teilen führt zu Partialladungen und Bindungspolarität.

Die Oktettregel als universell ansehen

Die Oktettregel ist für viele Moleküle ein gutes Einsteigermodell, aber nicht für alle. Wasserstoff folgt einer Duettregel, und manche Atome können stabile Moleküle bilden, die nicht in ein einfaches Oktettbild passen.

Kovalente und ionische Bindung verwechseln

Bei der ionischen Bindung werden Elektronen so weit übertragen, dass entgegengesetzt geladene Ionen entstehen. Bei der kovalenten Bindung steht dagegen die gemeinsame Elektronendichte zwischen den Atomen im Mittelpunkt.

Wo kovalente Bindungen vorkommen

Kovalente Bindungen sind die grundlegenden Verknüpfungen in vielen bekannten Stoffen, darunter Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid, Zucker, Proteine, Kunststoffe und DNA. Sie sind besonders wichtig in der organischen Chemie, weil Kohlenstoff mit vielen Elementen kovalente Bindungen eingehen und stabile Ketten und Ringe bilden kann.

Wenn du die Molekülform, Polarität oder Reaktivität vorhersagen willst, ist das Verständnis kovalenter Bindungen meist der erste Schritt.

Probiere ein ähnliches Beispiel

Versuche deine eigene Version mit $\text{Cl}_2$ oder $\text{O}_2$ und stelle zuerst eine Frage: Wie viele Elektronen braucht jedes Atom für eine stabilere Außenschale? Zähle dann, wie viele Paare geteilt werden müssen. Wenn du noch weitergehen willst, schau dir als Nächstes Lewis-Strukturen an, denn sie machen kovalente Bindungen viel leichter anschaulich.