Chemische Verbindung

Als chemische Verbindung bezeichnet man einen Reinstoff, der aus Atomen von zwei oder mehreren chemischen Elementen besteht, wobei, im Gegensatz zu Gemischen, die Atomarten zueinander in einem festen stöchiometrischen Verhältnis stehen. Das zahlenmäßige Verhältnis der Atome zueinander wird durch chemische Bindungen zwischen den Atomen bestimmt, und das Verhältnis lässt sich in einer Summenformel darstellen. Eine Summenformel ist jedoch oft nicht eindeutig, da isomere Verbindungen dieselbe Summenformel haben, aber unterschiedliche Verbindungen sind. Charakteristisch für jede chemische Verbindung ist ihre eindeutige chemische Struktur.

Arten von chemischen Verbindungen

Bei den mehr als 150 Mio. bekannten chemischen Verbindungen unterscheidet man grob ionische oder salzartige Verbindungen sowie Komplexe, metallische und molekulare Verbindungen. Auch die Unterteilung anorganisch oder organisch ist grundlegend, wobei als „organisch“ – mit wenigen Ausnahmen – die Kohlenstoff-Verbindungen bezeichnet werden. Es gibt deutlich mehr organische Verbindungen als anorganische Verbindungen.

Grundsätzlich gibt es also im Hinblick auf die Art der Bindung zwischen den beteiligten Elementen vier Arten von chemischen Verbindungen:

• Molekulare Verbindungen (in der Regel aus einem nichtmetallischen Element und einem oder mehreren weiteren Nichtmetallen)
• ionische Verbindungen bzw. Salze (in der Regel aus einem Metall und einem oder mehreren Nichtmetallen)
• metallische Verbindungen (aus Metallen)
• Komplexe Verbindungen (aus Metall-Kationen und Ionen oder Molekülen)

Eine genauere Unterscheidung von Verbindungen und deren Zuordnung zu einem dieser vier Typen kann mit Hilfe der Elektronegativitätsdifferenz der an der Bindung beteiligten Elemente vorgenommen werden. Zudem gibt es Übergangsformen zwischen den vier o.g. Idealtypen.

Molekulare Verbindungen

Molekulare Verbindungen entstehen typischerweise aus Nichtmetall und Nichtmetall – sie sind Nichtleiter (Isolatoren) mit zumeist relativ niedrigem Siedepunkt (diamantartige oder kunststoffartige Verbindungen mit Riesenmolekülen ausgenommen).

Die kleinsten Teilchen molekularer Verbindungen sind neutrale Atomverbände (Moleküle). Diese bestehen aus zwei Atomen (zum Beispiel im Kohlenmonoxid, CO), aus drei Atomen (zum Beispiel im Kohlendioxid) oder auch aus einigen Tausend oder Zehntausend Atomen (Riesenmoleküle, Polymere, zum Beispiel im Kunststoff Polyethylen oder im Erbgut-Molekül Desoxyribonukleinsäure DNA). Die Atome in den Molekülen sind über kovalente Bindungen verknüpft, das heißt, dass die miteinander verbundenen Atome Paare von Außenelektronen gemeinsam nutzen (Elektronenpaarbindung).

Beispiele für molekulare Verbindungen sind neben Wasser auch Methangas, Zucker, Kohlendioxid, Polyethylen usw.

Ionische Verbindungen

Ionische Verbindungen (Salze) bestehen aus Kationen und Anionen. Sie sind oft salzartig:

• spröde,
• kristallförmig,
• von hohem Schmelz- und Siedepunkt und
• elektrisch leitfähig nur in Schmelze oder Lösung.

Die Ionen entstehen bei der Reaktion von Metall- und Nichtmetallatomen dadurch, dass die Metallatome Elektronen abgeben (Oxidation), die dann von den Nichtmetallatomen aufgenommen werden (Reduktion). Die so gebildeten Metall-Kationen und Nichtmetall-Anionen vereinigen sich auf Grund der elektrischen Anziehungskräfte zu Ionenkristallen. Nach den Nichtmetallen unterscheidet man bei ionischen Verbindungen zum Beispiel Oxide (Sauerstoff als Anion), Sulfide (mit Schwefel), Fluoride, Chloride, Bromide, Iodide, Nitride (mit Stickstoff), Carbide (mit Kohlenstoff), Hydride (mit Wasserstoff) usw. Oft kommt Sauerstoff als drittes Element hinzu; man spricht dann von Sulfaten, Chloraten, Nitraten, Carbonaten usw.

Beispiele für Ionenverbindungen sind Eisen(III)-oxid (dem Rost ähnlich), Pyrit (Eisensulfid), Natriumchlorid (Kochsalz) und Calciumsulfat (Gips).

Intermetallische Verbindung

Intermetallische Verbindung (umgangssprachlich oft auch als Legierungen bezeichnet) entstehen aus Metall und Metall – sie sind:

• elektrisch leitfähig,
• gut verformbar,
• glänzend,
• gute Wärmeleiter und
• bei Zimmertemperatur meistens fest.

Die Vereinigung von unterschiedlichen Metallen zu Legierungen kann – insbesondere beim Zusammengießen von Metallschmelzen – in beliebigen Mengenverhältnissen erfolgen.

Wenn sich jedoch „intermetallische Verbindungen“ bilden, so sind in ihnen die beteiligten Elemente nur in ganz bestimmten Mengenverhältnissen enthalten („intermetallische Phase“, „stöchiometrische Zusammensetzung“).

Beispiele für Legierungen sind Bronze (aus Kupfer und Zinn), Messing (Kupfer mit Zink) und Kupfernickel (als Münzmetall). Beispiele für intermetallische Verbindungen sind die zwischen Magnesium und Germanium (Formel: Mg₂Ge), das Al₂Cu, das Magnesiumsilicid Mg₂Si, die Bronze Cu₄Sn sowie das Zementit Fe₃C (aus Eisen und Kohlenstoff, wobei dieser sich wie ein Metall verhält) und WC (Wolframcarbid).