Warum kann Sauerstoff nur 2 Bindungen eingehen?
Sauerstoff hat doch sechs Valenzelektronen wieso kann es dann nur zwei Bindungen eingehen. Streng genommen könnte ich doch Sauerstoff mit sechs Wasserstoffatomen verbinden aber dann wären es ja 6 bindungen anstatt zwei.
4 Antworten
In H30+ (Oxonium-Ion) hat er 3 Bindungen, davon ist eine "koordinativ" (beide Bindungselektronen werden von einem der Atome, in diesem Fall Sauerstoff, bereitgestellt).
In Wasser ist er an zwei Wasserstoffatome kovalent gebunden und an zwei Wasserstoffatome anderer Wassermoleküle per "Wasserstoffbrückenbindung". Insgesamt also vier Bindungen.
Für mehr als 4 Bindungen ist an Atomen der 2. Periode kein Platz.
-----
Vermutlich geht es aber um die Faustregel, dass Elemente der 1. bis 4. Hauptgruppe so viele Bindungen eingehen können wie die Gruppennummer angibt und der 4. bis 7. Hauptgruppe 8 - Gruppennummer. Für die 1. bis 4. Hauptgruppe liegt das daran, dass das Atom für mehr Bindungen ionisiert werden muss, um ein zusätzliches Bindungselektron aufzunehmen, für die 5. bis 7. Hauptgruppe daran, dass alle an der Bindung beteiligten Elektronen je einen Platz in jeder der "Valenzschalen" beider gebundener Atome benötigen - und z. B. beim Sauerstoff sind 6 von 8 Plätzen schon belegt.
Über diese Faustregel hinaus lernt man in der Schule nichts Prinzipielles - hier muss man auswendig lernen, dass z. B. Eisen sowohl zweiwertig als auch dreiwertig auftreten kann. Auch im ersten Semester Chemie kriegt man kaum etwas davon mit. Ich habe erst im Hauptstudium Berechnungsverfahren für Molekülorbitale gelernt - das ist etwas, was man mit Schulmathematik ungefähr so gut begreift wie ein Kleinkind, das gerade laufen gelernt hat, lateinamerikanische Standardtänze beherrschen lernen kann.
Sauerstoff hat sechs Außenelektronen, braucht also noch zwei, und geht daher gewöhnlich zwei kovalente Bindungen ein. Das ist zu erwarten und wird auch sehr häufig gefunden: H₂O, H₂O₂, F₂O, B(OH)₃ etc. In vielen Fällen entsteht eine Doppelbindung, dann hat er nur einen Nachbarn (=die Koordinationszahl ist 1), z.B. CH₂O oder SO₃.
Darüber hinaus ist Koordinationszahl 3 auch nicht selten, z.B. H₃O⁺. Für die Koordinationszahl 4 fällt mir kein stabiles Beispiel ein, wenn sie existiert, dann nur als exotische Kuriosität. Noch höhere Koordinationszahlen werden bei Elementen der ersten Achterperiode nie beobachtet, weil die Atome dazu zu klein sind (Schwefel kann es, z.B. SF₆).
In Metalloxiden (Ionenbindung) kann der Sauerstoff aber durchaus auch vier Nachbarn haben (BeO, ZnO, CeO₂), und machmal sogar sechs (MgO) oder gar acht (Li₂O), das geht natürlich umso besser, je kleiner die Metallkationen sind.
Stimmt. Sauerstoff könnte 6 Bindungen eingehen. Eine einfache Beobachtung zeigt aber, dass dies entweder gar nicht oder unmessbar selten geschieht.
Man kann für kleine Moleküle die Elektronen-Orbitale näherungsweise berechnen und so abschätzen, welche Konfigurationen energetisch günstig sind. Ein strenger "Beweis" ist das aber nicht, denn erst die Messung zeigt, ob die numerischen Berechnungen auch der Realität entsprechen.
Es gibt übrigens auch Ozon, in dem Sauerstoff weniger als 2 Bindungen eingeht. Unter exotischen Bedingungen, also extrem hohem Druck, wird Sauerstoff metallisch, weil es alle Elektronen mit den Nachbarn teilt. Vielleicht könnte man tatsächlich auch H6O herstellen, wenn man denn alle 6 Wasserstoffatome gleichzeitig auf ein Sauerstoffatom schießen könnte. Stattdessen werden aber zunächst 1, dann 2 H mit dem O reagieren. Dann hat man bereits eine volle 8er-Schale und es wäre mit großem Energieaufwand verbunden, auch nur ein weiteres Wasserstoffatom mit einzubauen - bei 4 weiteren wird das immer aufwändiger und damit unwahrscheinlicher. Sowie man aber alle 6 Außenelektronen mit den Wasserstoffelektronen gepaart hätte, hätten der Sauerstoff nur noch seine 2er Schale im 1s Orbital. Ausgerechnet habe ich es nicht, aber wahrscheinlich ist die 8er Schale dann doch energetisch günstiger. Die Volumenverhältnisse bei der Wasserelektrolyse legen das zumindest nahe.
Sauerstoff ist ein Element der VI. Hauptgruppe. Das Element Sauerstoff wurde 1771 von C. W. SCHEELE entdeckt. Das Sauerstoffatom besitzt 8 Protonen und meist 8 Neutronen im Atomkern sowie 8 Elektronen in der Atomhülle. Auf der ersten Elektronenschale befinden sich zwei und auf der zweiten Elektronenschale sechs Elektronen, sodass Sauerstoff über sechs Außenelektronenelektronen verfügt.
Um eine stabile Elektronenanordnung, die Achterschale des Neons zu erreichen, muss ein Sauerstoffatom zwei Elektronen von Bindungspartnern aufnehmen. Mit elektropositiven Bindungspartnern wie Metallen bildet Sauerstoff ionische Verbindungen, die Sauerstoff-Anionen, O2-, enthalten. Mit den elektronegativeren Nichtmetallen wie Kohlenstoff oder Schwefel wird das Elektronenoktett durch die Ausbildung polarer Atombindungen erreicht.
Das kann man beobachten. Die Chemie ist eine Wissenschaft. Man kann zwar quantenmechanische Berechnungen durchführen, die die Molekülorbital-Modelle bis zu einem gewissen Grad annähern. Aber dass die in der Natur auch wirklich so umgesetzt wird, erschließt sich erst durch Beobachtung. Dass es keines oder zumindest unmessbar wenige H6O-Molekühle gibt, kann man per Experiment ergründen.
Ja, und woher weiß man eben, wie viele Bindungen ein Atom einnehmen muss?