Moin,
du musst hier verschiedene Dinge unterscheiden.
Auf der einen Seite hast du die Polarität der Atombindung (= Elektronenpaarbindung = kovalente Bindung). Die Atombindung zwischen zwei Atomen kommt zustande, weil (meist) beide Bindungspartner Außenelektronen bereit stellen und dann gemeinsam nutzen (du drückst das so aus: sie teilen sich ihre Außenelektronen; du solltest aber besser sagen, dass sie sich bindende Elektronenpaare teilen...).
Es entstehen auf diese Weise also bindende Elektronenpaare.
Nun kommt es aber vor, dass die beiden Bindungspartner ungleich stark das bindende Elektronenpaar zu sich heran ziehen.
Um zu schauen, welcher Bindungspartner wie stark an einem bindenden Elektronenpaar zieht, gibt es die Elektronegativität.
Die Elektronegativität ist ein relatives Maß für die Stärke, mit der ein Atomrumpf ein bindendes Elektronenpaar zu sich heran zieht.
Du bildest die Differenz zwischen dem stärker ziehenden Bindungspartner und dem schwächer ziehenden (erkennbar an den jeweiligen Elektronegativitätswerten aus dem Periodensystem der Elemente, PSE).
Liegt die Differenz zwischen 0,0 und 0,4, dann handelt es sich um eine (nahezu) unpolare Atombindung.
Liegt die Differenz zwischen 0,5 und 1,7, dann handelt es sich um eine (zunehmend stärker werdende) polare Atombindung.
Differenzen zwischen 1,8 und mehr sind eher Ionenbindungen...
Wenn nun also ein Bindungspartner wie Sauerstoff (EN: 3,5) mit zum Beispiel Wasserstoff (EN: 2,2) eine Atombindung ausbildet, dann ergibt sich als Differenz
3,5 – 2,2 = 1,3
also eine ziemlich polare Atombindung.
Das Sauerstoffatom zieht also deutlich stärker das bindende Elektronenpaar zu sich heran und dadurch vom Wasserstoffatom weg.
Elektronen sind aber negativ geladene Teilchen. Das bedeutet, dass das Sauerstoffatom zwei negative Ladungsträger näher zu sich heran zieht. Dadurch ist das bindende Elektronenpaar also eher zum Sauerstoffatom hin verschoben. Und deshalb erhält das Sauerstoffatom eine negative Teilladung (= Partialladung). Die Teilladung ist keine echte Ladung (wie die von Ionen), weil das Sauerstoffatom das bindende Elektronenpaar ja nicht ganz zu sich ziehen kann. Es ist eben „nur” eine Teilladung. Aber immerhin.
Umgekehrt werden die Bindungselektronen aber vom Wasserstoffatom weg gezogen. Die Elektronendichte um das Wasserstoffatom wird also kleiner. Dadurch erhält das Wasserstoffatom eine positive Teilladung.
Und genau solch einen Zustand bezeichnet man als polare Atombindung (ein Bindungspartner ist negativ teilgeladen, der andere positiv).
Die Polarität einer Bindung ist das eine.
Das andere ist eine Verbindung mit zwei entgegengesetzt teilgeladenen Polen (ein Dipol-Molekül; di = zwei, Pol = äußerer Rand des Moleküls). Ist eine solche Ungleichverteilung der Elektronendichte in einem Molekül immer vorhanden (und nicht nur zeitweilig), dann spricht man von einem permanenten Dipol.
Um ein permanenter Dipol sein zu können, braucht es zunächst einmal polare Atombindungen. Polare Atombindungen sind die Grundvoraussetzung dafür, ob man sich überhaupt Gedanken darüber machen muss, ob ein Molekül ein Dipolmolekül ist.
Aber dann - wenn es polare Atombindungen gibt - ist die Geometrie des Moleküls ausschlaggebend dafür, ob ein Molekül ein permanenter Dipol ist.
Nimm als Beispiele
Kohlenstoffdioxid und Wasser.
Wassermoleküle bestehen aus drei Atomen, zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Die EN-Differenz beträgt 1,3 (siehe oben), so dass polare Atombindungen vorliegen.
Zusätzlich ist das Wassermolekül gewinkelt gebaut. Wenn du dir das Molekül als Kugel vorstellst, entsteht auf diese Weise eine Halbkugel, die positiv teilgeladen ist (dort befinden sich die positivierten Wasserstoffatome) und eine Halbkugel, die negativ teilgeladen ist (dort ist der negativierte Sauerstoff).
Wassermoleküle sind also permanente Dipole...
Auch das Kohlenstoffdioxidmolekül setzt sich aus drei Atomen zusammen, zwei Sauerstoffatomen und ein Kohlenstoffatom.
Auch hier liegen polare Atombindungen vor, weil die EN-Differenz zwischen Sauerstoff (EN: 3,5) und Kohlenstoff (EN: 2,5) immerhin noch 1,0 beträgt.
Aber! Das Kohlenstoffdioxidmolekül ist nicht gewinkelt gebaut, sondern linear.
Wenn du dieses Molekül als Kugel vorstellst, hat es zwei Pole, die beide negativiert sind, während der positivierte Kohlenstoff (quasi als „Äquator”) in der Mitte sitzt. Die beiden Pole sind also nicht entgegengesetzt teilgeladen, sondern beide negativ! Keine entgegengesetzt Teilladungen, kein Dipol!
Soweit, so gut und verständlich, hoffe ich.
Kommen wir nun zum Methan.
Methan besteht aus fünf Atomen. Ein zentral gelegenes Kohlenstoffatom, das tetraedrisch von vier Wasserstoffatomen umgeben ist.
Ist Methan nun ein Dipol?
Auf keinen Fall. Denn Methan erfüllt schon die erste Voraussetzung gar nicht. Die EN von Kohlenstoff liegt bei 2,5, die von Wasserstoff bei 2,2. Die Differenz ergibt gerade einmal
2,5 – 2,2 = 0,3.
Diese Differenz ist zu klein, um eine polare Atombindung abzugeben. Das kannst du dir so vorstellen, dass ein bindendes Elektronenpaar von Natur aus immer ein bisschen zwischen den verbundenen Atomrümpfen hin und her schwingt. Die daraus resultierende Elektronendichteschwankung liegt zwischen 0,0 und 0,4. Und das ist dann auch genau die Größenordnung, in der die EN-Differenz zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff liegt.
Keine polare Atombindung, kein Dipol.
Aber stellen wir uns mal ein verwandtes Molekül vor: Tetrafluorkohlenstoff:
Hier sind die vier Wasserstoffatome durch jeweils ein Fluoratom (grün) ersetzt. Wäre das ein Dipol?
Auch nein. Hier beträgt die EN-Differenz zwar
4,0 – 2,5 = 1,5
und ergibt somit relativ stark polare Atombindungen (was ja die erste Voraussetzung ist, um sich überhaupt darüber Gedanken machen zu können, ob es ein Dipol sein könnte).
Aber selbst mit den polaren Atombindungen liegt kein Dipol vor, weil die tetraedrische Molekülgeometrie dies verhindert. Denn wenn du dir Tetrafluormethan als kugeliges Molekül vorstellen würdest, dann hätte es eine „Hülle” von vier negativ teilgeladenen Fluoratomen und im Zentrum ein positiv teilgeladenes Kohlenstoffatom.
Da alle außen liegenden Fluoratom(pole) die gleiche Teilladung haben, liegt kein Dipolmolekül vor.
Du siehst, in erster Linie musst du schauen, ob eine Atombindung unpolar oder polar ist. Aber wenn sie polar ist, musst du auch noch nach der Geometrie des Moleküls schauen.
Zum Schluss schauen wir uns noch ein Beispiel an. Wie sieht es mit Difluormethan aus?
Im Difluormethan sind zwei Bindungspartner vom zentral gelegenden Kohlenstoff Wasserstoff (weiße Kugeln) und zwei sind Fluoratome (grüne Kugeln).
Die EN-Differenz zwischen C und H beträgt immer noch 0,3, die zwischen F und C immer noch 1,5.
Aber wenn du dir dieses Molekül als Kugel vorstellst, hast du plötzlich eine Halbkugel mit einer negativen Teilladung (hier liegen die beiden Fluoratome), während die andere Halbkugel minimal positiviert ist (hier liegen die Wasserstoffatome).
Da die Pole also unterschiedlich teilgeladen sind, ist Difluormethan ein Dipolmolekül. Allerdings ist sein Dipolmoment kleiner als das von Wasser, weil die beiden Wasserstoffatome praktisch nicht wirklich positiviert sind...
Alles klar, jetzt?
LG von der Waterkant
