Elektronenpaarbindung

Das Gas Sauerstoff ist immer aus zweiatomigen Molekülen aufgebaut. Dieses Phänomen tritt auch bei anderen Gasen auf, so auch beim Stickstoff oder beim Wasserstoff. Die Ursache ist im Aufbau der Atome zu suchen: Beträgt die Differenz der Elektronegativität zwischen zwei Nichtmetall-Atomen weniger als 1,7, gehen sie gerne eine Elektronenpaarbindung ein. Die Bindung wird auch Atombindung oder kovalente Bindung genannt. Bei einer höheren Differenz wird die Ionenbindung bevorzugt. Der Differenzwert 1,7 ist allerdings nur ein grober Richtwert, es hängt auch noch von anderen Faktoren ab. Bei einer Elektronenpaarbindung werden die Valenzelektronen gemeinsam benutzt. Beispiel: Zwei Wasserstoff-Atome bilden ein Molekül, indem sie ihr einzelnes Valenzelektron gemeinsam benutzen. So erreichen sie beide für sich gesehen die Edelgaskonfiguration des Heliums, also zwei Elektronen in einer "gefüllten" Schale:

Das gemeinsam benutzte Elektronenpaar wird in der Lewis-Schreibweise durch einen Strich oder durch zwei Punkte dargestellt. Die Strukturformel H-H zeigt im Gegensatz zur Summenformel H₂ die Art und Weise wie die Wasserstoff-Atome in einem Molekül miteinander verknüpft sind. Zweiatomige Moleküle bilden beispielsweise Wasserstoff und Stickstoff, sowie die Chalkogene und die Halogene. Zwei Bindungspartner können wie beim Sauerstoff-Molekül auch durch zwei Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden sein. Es handelt sich in dann um eine Doppelbindung. Bei Dreifachbindungen sind Atome durch drei Elektronenpaarbindungen miteinander verbunden.

Ist die Differenz der Elektronegativität zwischen den beiden Reaktionspartnern zwar kleiner als 1,7, aber immer noch relativ hoch, dann zieht der elektronegativere Partner die gemeinsam benutzten Elektronen näher zu sich. So entsteht eine polare Elektronenpaarbindung beim Wasser-Molekül.

Dieser Effekt wird auch als induktiver Effekt bezeichnet. Das Sauerstoff-Atom erhält eine negative Ladung, während die Wasserstoff-Atome eine positive Ladung erhalten. Das Wasser-Molekül ist dadurch polar, was eine Erhöhung der Siedetemperatur bewirkt, wenn man ein ähnliches Molekül wie das H₂S-Molekül zum Vergleich heranzieht: Schwefelwasserstoff ist bei Zimmertemperatur gasförmig. Für den Chemiker ist die Polarität, die Ladungsverschiebung in Atomgruppen oder Molekülen, von Bedeutung, wenn er zwei polare Lösungsmittel wie Wasser und Ethanol miteinander vermischen will.