Es ist faszinierend, ebenso wie sich die Struktur von Molekülen auf ihre Eigenschaften auswirkt. Der Bindungswinkel ist ein zentrales Thema der chemischen Verbindungen. Insbesondere bei den Molekülen H2O und H2S gibt es eine bedeutende Differenz in den Bindungswinkeln und das führt zu interessanten Diskussionen.
Der Bindungswinkel von Wasser beträgt etwa 104⸴5° und der von Schwefelwasserstoff etwa 92⸴3°. Auf den ersten Blick könnte man vermuten: Dass die Elektronegativität eine entscheidende Rolle spielt. Sauerstoff ist in der Tat elektronegativer als Schwefel. Traditionell denkt man – dass eine höhere Elektronegativität einen kleineren Bindungswinkel zur Folge hat. Trotzdem liegt die Lösung des Rätsels nicht nur in der Elektronegativität.
Die gegenseitige Abstoßung der Wasserstoffatome ist von großer Bedeutung. Diese Abstoßung ist stärker, wenn sich die Wasserstoffatome näherkommen und hohe Teilladungen haben. Daher resultiert der größere Bindungswinkel bei H2O. Es ist erstaunlich – dass die Erklärung nicht allein auf der Elektronegativität oder den Atomradien beruht. Interessanterweise lässt sich der Unterschied durch das Orbitalmodell erklären. Der tetraedrische Aufbau von Wasser wird durch die sp3-Hybridisierung des Sauerstoffatoms ermöglicht. So liegen die p-Orbitale in einem Abstand von 90°.
Schwefel hingegen bleibt in seiner gewöhnlichen Form und ist nicht hybridisiert. Dies führt zu einem anderen Verhalten. Die Bindungslänge in H2S ist tatsächlich größer als die in H2O. Ein wichtiger Faktor sind die freien Elektronenpaare. Diese verhalten sich so – dass sie weniger von den Schwefelatomen angezogen werden. Bei Sauerstoff sind die freien Paare stärker angezogen was die Formung eines größeren Winkels begünstigt.
Eine Übersicht der Atomradien zeigt ebenfalls, dass Schwefel einen größeren Atomradius hat als Sauerstoff. Dies hat Konsequenzen für die Bindungslängen. Die schwächere Sigma-Bindung im Falle von H2S steht im Kontrast zur stärkeren Bindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Unterschiede verursachen den beobachteten Bindungswinkeln.
Insgesamt ist es klar: Dass die Struktur und die Eigenschaften dieser Moleküle mehrdimensional betrachtet werden müssen. Der Bindungswinkel von H2O ist ein Resultat aus der Hybridisierung der gegenseitigen Abstoßung der Wasserstoffatome und den besonderen Eigenschaften der beteiligten Atome. Erkenntnisse aus der Chemie sind nicht nur faszinierend ´ allerdings ebenfalls essenziell ` um die Welt um uns herum zu verstehen.
Der Bindungswinkel im Fokus: Warum H2O einen größeren Winkel als H2S aufweist
Wie beeinflussen Elektronegativität und Atomradius die Bindungswinkel von H2O und H2S?