Warum gehört Stickstoff zu zweiatomigen Molekülen aber Arsen nicht?
2 Antworten
Stickstoff besteht aus N₂-Molekülen, und zwar in allen Aggregatzuständen bei einigermaßen normalem Druck, lediglich bei sehr hohen Drücken gibt es auch Festkörper-Strukturen, die ein bißchen an die Diamant-Struktur erinnern (die also nicht aus Molekülen bestehen). Abgesehen von so extremen Bedingungen gewinnt also die N≡N-Dreifachbindung immer den Preis als die bei weitem stabilste Stickstoff-Form.
Bei den höheren Homologen (Phosphor, Antimon) ist das anders, weil diese Atome nur schlecht Mehrfachbindungen zueinander eingehen können. Phosphor kommt als P₄ (weiß) und in einem Haufen polymerer Formen (rot, violett, schwarz, …) vor. Beim Verdampfen von Phosphor erhält man Dampf von P₄-Molekülen, die ab 800 °C zunehmend in P₂-Molküle und ab 2000 °C dann zu P-Atomen zerfallen. Durch Abschrecken des Dampfes läßt sich auch eine wenig stabile feste Form mit P₂-Molekülen gewinnen („brauner Phosphor“). Die P≡P-Dreifachbindung ist also durchaus möglich, aber bei weitem nicht so stabil wie beim N; sie gewinnt nur bei vergleichsweise hoher Temperatur im Dampf.
Bei As ist es ähnlich wie beim P; es gibt einen Haufen verschiedener Festkörper-Formen, darunter auch eine mit As₄-Molekülen („gelbes Arsen“), die aber deutlich instabiler als beim Phosphor ist. Im Dampf hat man zunächst As₄-Moleküle, die oberhalb von 800 °C teilweise zu As₂ zerfallen, oberhalb von 1700 °C dann zu As--Atomen. Festes As₂ ist unbekannt, aber das Molekül läßt sich in der Gasphase gut vermessen (As≡As-Bindungsabstand 2.10 Å, demgegenüber 2.43 Å im As₄). Du siehst also, daß As₂ noch weniger stabil als P₂ ist (es zerfällt leichter in die Atome, und läßt sich nicht in fester Form gewinnen).
Das bestätigt die Faustregel, daß die Elemente der höheren Perioden ungerne Doppel- oder gar Dreifachbindungen miteinander eingehen. Wenn aber die Dreifachbindung schwach ist, dann suchen sich die Elemente andere Formen als X₂-Moleküle, und das sind bei P und As dreidimensionale Strukturen, bei denen jedes Atom drei Einfachbindungen zu seinen Nachbarn eingeht.
Das ist schwer zu erklären und zu verstehen, deswegen macht man eine Regel daraus, die Doppelbindungsregel: Elemente ab der dritten Periode bilden untereinander ungern Doppelbinden (oder gar Dreifachbindungen) aus.
So sind Sauerstoff und Stickstoff molekular, mit Doppel-- bzw. Dreifachbindung, Schwefel bildet Ringe oder Ketten, Phosphor Tetraeder oder gewellte Schichten, alles mit Einfachbindungen.
Doppelbindungen sind aber möglich zwischen Elementen der 2. und der 3. Periode, z.B. im Kohlenstoffdisulfid CS₂.
Eine oberflächliche Erklärung gibt's natürlich trotzdem: Doppelbindungen und Dreifachbindungen sind kürzer als Einfachbindungen, daher kommen sich die Elektronen der inneren Schalen ins Gehege.