Die Oktettregel

Bereits die Chemiker vergangener Jahrhunderte haben festgestellt, dass sich Edelgase völlig anders verhalten als andere chemische Elemente. Sie reagieren überhaupt nicht, selbst nicht mit konzentrierten Säuren oder beim starken Erhitzen mit reinem Sauerstoff. Auf Grund dieser Reaktionsträgheit hat man die Gase Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon dann auch als "Edelgase" bezeichnet, in Analogie zu den "Edelmetallen" Silber, Gold und Platin, die ja auch sehr reaktionsträge sind. Im Vergleich zu den Edelgasen sind die Edelmetalle aber recht reaktionsfreudig. Vom Silber gibt es einige Verbindungen, selbst Gold und Platin können unter bestimmten Umständen mit anderen Stoffen reagieren. Die Edelgase dagegen reagieren bis auf ganz wenige Ausnahmen überhaupt nicht. Eine Übersicht der wenigen Edelgasverbindungen findet man auf der Wikipedia-Seite "Edelgasverbindungen".

Mit dem Daltonschen Kugelteilchenmodell, dem Thomsonschen Rosinenkuchenmodell oder dem Rutherfordschen Kern-Hülle-Modell konnte man das interessante Verhalten der Edelgase nicht erklären. Erst mit dem Aufkommen des Bohrschen Schalenmodells war das möglich.

Nach dem Schalenmodell von Bohr haben alle Edelgase eine voll mit Elektronen besetzte Außenschale.

Das Helium besitzt zwei Elektronen auf der K-Schale, die damit voll besetzt ist. Das zweite Edelgas, das Neon, besitzt acht Elektronen auf der L-Schale, die ebenfalls voll besetzt ist. Auch das dritte Edelgas Argon besitzt acht Elektronen auf der M-Schale, die ebenfalls voll besetzt ist.

Aber warum sind die Edelgase so reaktionsträge? Die Antwort auf diese Frage formuliert sich fast von selbst: Offensichtlich ist der Edelgaszustand, also der Besitz einer voll besetzten Außenschale, etwas, was die Edelgase "zufriedenstellt". Mit ihrer voll besetzten Außenschale haben sie überhaupt kein Verlangen mehr, Elektronen aufzunehmen oder abzugeben. Sie haben den optimalen (energetisch günstigsten) Zustand erreicht.

Was ist nun mit den anderen Elementen, Natrium und Chlor beispielsweise?

Chlor hat sieben Elektronen auf seiner Außenschale. Hätte es ein Elektron mehr, so hätte es genau so viele Außenelektronen wie das Edelgas Argon. Ach, was wäre das toll! Ein einziges Elektron mehr, und man wäre ein Edelgas! Oder zumindest edelgasähnlich. Und genau aus diesem Grund hat Chlor das Bestreben, ein Elektron aufzunehmen. Es "möchte" den Edelgaszustand des Argons erreichen. Natürlich kann man kein Elektron aufnehmen, wenn man untätig herumsitzt. Man muss schon ein wenig aktiv werden. Chlor wird ziemlich aktiv, das Element geht alle möglichen chemischen Reaktionen ein, um seine Außenschale aufzufüllen.

Und damit wären wir auch schon bei der Oktettregel, die nämlich genau das besagt, was ich eben mit etwas lockeren Worten beschrieben habe:

Wenden wir diese Oktettregel jetzt mal auf das Element Natrium an. Natrium hat ein Elektron auf seiner Außenschale. Also müsste das Natrium-Atom sieben Elektronen aufnehmen, um in den Edelgaszustand zu gelangen.

Aber nein doch, das geht viel einfacher.

Denken Sie sich jetzt mal die vier äußeren Kugelwolken des Natrium-Atoms weg, die ja mit nur einem Elektron besetzt sind. Was kommt darunter zum Vorschein? Richtig, die zweitäußere Schale, deren vier Kugelwolken volständigl mit Elektronen besetzt sind. Also ist es für das Natrium und die anderen Alkalimetalle doch der einfachste Weg zum Edelgaszustand, wenn sie ihr Außenelektron abgeben. Dann fällt die äußere Schale weg, und die zweitäußere Schale mit acht Elektronen (bzw. beim Lithium dann mit zwei Elektronen) wird zur neuen Außenschale. Fertig - der Edelgaszustand ist erreicht.

Das Problem ist jetzt nur Folgendes: Das Natrium "möchte" ein Elektron abgeben, muss dazu aber einen Partner finden, der ihm das Elektron abnimmt. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es drei Wege.

Viele Natrium-Atome tun sich zusammen und geben ihre Außenelektronen an ein "Elektronengas" ab, das sich zwischen den Natrium-Atomrümpfen befindet. Ein solches Vorgehen führt zu der metallischen Bindung (siehe dort).

Ein Natrium-Atom verbindet sich mit einem anderen Atom, das ebenfalls eine einfach besetzte Kugelwolke besitzt. Die beiden einfach besetzten Kugelwolken überlappen sich, und es bildet sich eine gemeinsame, mit zwei Elektronen besetzte Kugelwolke. Dieses Vorgehen führt zu der kovalenten Bindung (Elektronenpaarbindung; siehe dort). Allerdings gibt es kaum kovalente Verbindungen des Natriums, weil der erste Weg und der dritte Weg viel günstiger sind.

Ein Natrium- und ein Chlor-Atom tun sich zusammen. Das Natrium-Atom gibt sein Elektron ab, das Chlor-Atom nimmt das Elektron auf, und beide sind "glücklich". Das Natrium-Atom wird zum positiven Natrium-Kation mit Neon-Konfiguration, das Chlor-Atom wird zum negativen Chlorid-Anion mit Argon-Konfiguration. Beide Elemente haben so den Edelgaszustand erreicht. Die positiven und negativen Ionen ziehen sich an - und schon haben wir die Ionenbindung (siehe dort).

Auf den folgenden Seiten finden Sie Einzelheiten zu diesen drei Bindungsarten. Auf zwischenmolekulare Bindungen (van der Waals-, Dipol-Dipol- und Wasserstoffbrücken-Bindungen) werde ich an dieser Stelle nicht eingehen.