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Das Periodensystem ist ein Katalog aller bekannten Elemente, und man kann mit Sicherheit sagen, dass dieses Universum nicht existieren würde, wenn diese Elemente nicht kombiniert würden. Jedes Element ist durch ein Atom mit einer bestimmten Anzahl von Protonen und Neutronen in seinem Kern und einer bestimmten Anzahl von sie umgebenden Elektronen gekennzeichnet. Wenn sich Atome verbinden, teilen sie ihre äußersten Elektronen, um nachhaltigere Energiezustände zu erzeugen. Diese gemeinsame Nutzung bindet die Atome in eine ionische Struktur oder ein Molekül.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Atome können sich zu ionischen Gitterstrukturen oder zu kovalenten Molekülen verbinden. Wenn verschiedene Arten von Atomen kombiniert werden, spricht man von einer Verbindung.
Wie sich Atome verbinden
Die Neigung eines Atoms, sich zu verbinden, hängt von der Anzahl der Elektronen ab, die es in seiner äußeren Hülle hat. Jede Schale hat acht Felder für Elektronen, mit Ausnahme der ersten, die nur zwei Felder hat. Wenn einige der Räume nicht besetzt sind, versucht ein Atom, Elektronen zu sammeln oder zu teilen, um eine stabile Außenhülle mit acht Elektronen zu erhalten. Andererseits ist es für ein Atom mit nur wenigen zusätzlichen Elektronen einfacher, sie loszuwerden, um Stabilität zu erreichen. Die Edelgase, zu denen Helium, Argon und Neon gehören, haben bereits stabile, mit Elektronen gefüllte Außenhüllen, so dass diese Elemente keine Kombinationen untereinander oder mit anderen Atomen bilden.
Ionische Verbindung: Ein Atom mit nur einem Elektron in seiner äußeren Hülle versucht, das Elektron an ein anderes Atom abzugeben, während ein Atom mit einem einzelnen Raum es ohne weiteres akzeptiert. Das Atom, das dieses Elektron abgibt, wird dadurch positiv geladen, und das Atom, das es annimmt, wird negativ geladen. Die elektrostatische Anziehung bindet dann die Atome zu einer Gitterstruktur. Dies ist kein Molekül, weil die Atompaare nicht unabhängig sind, sondern eine Verbindung, weil sie aus zwei verschiedenen Elementen besteht. Kochsalz, Natriumchlorid (NaCl), ist das klassische Beispiel für eine ionische Verbindung.
Kovalente Bindung: Ein Atom mit einem, zwei, drei oder vier zusätzlichen Elektronen in seiner Außenhülle oder einem, dem ein, zwei oder drei Elektronen fehlen, versucht, Elektronen auszutauschen, um Stabilität zu erreichen. Wenn diese Verteilung paarweise erfolgt, wird die Bindung als kovalente Bindung bezeichnet und kann sehr stark sein. Ein Beispiel ist das Wassermolekül, das entsteht, wenn ein Sauerstoffmolekül seine Außenhüllen mit Elektronen aus zwei Wasserstoffatomen füllt. Atome können ein, zwei oder drei Elektronenpaare teilen und die Verbindungen, die sie bilden, neigen dazu, niedrigere Schmelz- und Siedepunkte als ionische Verbindungen zu haben.
Alle Elemente außer Metallen bilden kovalente Bindungen. Ein Teil dessen, was ein Metall zu dem macht, was es ist, ist seine Neigung, die Elektronen in seiner äußeren Hülle zu verlieren und ein Ion zu werden, das ein geladenes Teilchen ist. Ionen verschmelzen bevorzugt zu festen Gitterstrukturen. Kovalente Moleküle bilden dagegen häufiger Flüssigkeiten oder Gase.
Wann ist ein Molekül eine Verbindung?
Atome können sich zu einfachen Molekülen wie Wasser verbinden oder zu komplexen Molekülen wie Saccharose (C12H22O11). Da Kohlenstoff vier Elektronen in seiner Außenhülle hat, spendet und nimmt er Elektronen gleichermaßen gut auf und ist der Baustein aller organischen Moleküle, von denen das Leben abhängt. Alle anorganischen und organischen Moleküle, die aus mehr als einem Element bestehen, sind Verbindungen. Beispiele sind Chlorwasserstoff (HCl), Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Saccharose.
Es ist auch üblich, dass Atome desselben Elements Elektronen teilen, um Stabilität zu erreichen. Die beiden am häufigsten vorkommenden Gase in der Atmosphäre, Stickstoff (N2) und Sauerstoff (O2) bestehen aus Molekülen, die aus einem einzigen Element bestehen. Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle sind keine Verbindungen, da sie nicht aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt sind. Sogar Ozon (O3), eine weniger stabile und reaktivere Kombination von Sauerstoffmolekülen, kann nicht als Verbindung eingestuft werden, da sie nur aus einem einzigen Element besteht.