Reddit – askscience – Laut Chemie sind ionische Bindungen am stärksten, aber in der Biologie sind es kovalente Bindungen. Wie kann das sein?

Es ist eine Frage der Stabilität gegenüber was?

Ionische und kovalente Bindungen sind in der MO-Theorie recht gut erklärt.

Sieh dir dieses Bild an. Wenn zwei Atome mit halb besetzten Orbitalen aufeinander treffen, bilden die Orbitale ein bindendes (unteres) und ein antibindendes Orbital. Die beiden Elektronen aus den halbbesetzten Orbitalen besetzen anschließend das Bindungsorbital.

Der Unterschied zwischen kovalenter und ionischer Bindung ist die Energiedifferenz der Ausgangsorbitale. Eine kleine Differenz führt zu kovalenten Bindungen (Bild links), eine große Differenz führt zu polarisierten Bindungen/ ionischen Bindungen (Bild rechts). Interessant ist nun: Die Energiedifferenz zwischen dem unteren Ausgangsorbital und dem Bindungsorbital (Delta E kovalent im Bild) wird umso kleiner, je größer die Ausgangsenergiedifferenz wird.

Wenn Chemiker also eine Bindung aufbrechen, geben sie jedem Initalorbital ein Elektron zurück. Für kovalente Bindungen bedeutet dies 2*Delta E kovalent, für ionische Bindungen Delta E kovalent + (Delta E kovalent + Delta E inital).

Obwohl Delta E kovalent kleiner ist, ist der Gesamtenergieterm für ionische Bindungen größer.

Wenn Biologen eine Bindung brechen, nehmen sie einfach die kleinste Energiedifferenz, also 2*Delta E kovalent sowohl für ionische als auch für kovalente Bindungen. Und für ionische Bindungen ist Delta E kovalent kleiner.

Warum nehmen Chemiker nicht auch die kleinste Energiedifferenz?

Weil es etwas gibt, was das obige Bild nicht zeigt. Wenn man beide Elektronen an ein Atom anlegt, erhält man zwei Ionen. (Ein Atom hat ein Elektron mehr als ursprünglich, eines hat ein Elektron weniger.) Um diese beiden Elektronen zu trennen, ist eine zusätzliche Energie nötig, um die Couloumb-Anziehung zu überwinden.

Biologen betrachten eine Bindung als gebrochen, wenn sie in einer wässrigen Lösung getrennt sind. So profitieren die Ionen von all den ionenstabilisierenden Effekten des Wassers und sind auch nicht sehr weit voneinander entfernt. Chemiker betrachten eine Bindung als gebrochen (genauer gesagt ist die Bindungsbruch-Enthalpie gegen zwei nicht interagierende Teilchen definiert). Für Ionen bedeutet dies, dass sie unendlich weit voneinander entfernt sind und mit nichts anderem interagieren, also in der Gasphase.

Für jedes Molekül im Grundzustand (auch CsF) in der Gasphase ist diese Couloumb-Energie einfach zu groß. Irgendwann schnappt das Elektron zurück und bildet zwei Radikale.

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