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Bindungslänge

Bindungsabstand, Atomabstand, Kernabstand, Gleichgewichtsabstand zwischen den Atomkernen von zwei in einem Molekül oder Festkörper gebundenen Atomen, der dadurch gekennzeichnet ist, dass die Summe der anziehenden und abstossenden Wechselwirkungen sich kompensiert. Im Rahmen einer quantenmechanischen Beschreibung ist die Bindungslänge zunächst keine wohldefinierte Grösse, da selbst am absoluten Nullpunkt die Kerne aufgrund der Nullpunktsschwingungen (Nullpunktsenergie) nicht ruhen. Die Bindungslänge ist daher streng genommen nur definierbar als Mittelwert oder als Extrapolation auf einen fiktiven, rotations- und schwingungsfreien Zustand. Die experimentelle Bestimmung von Bindungslängen in Kristallen erfolgt im wesentlichen durch Röntgen- oder Neutronenbeugung, die in Molekülen durch Elektronenbeugung und spektroskopische Methoden (Mikrowellen-, Infrarot-, Raman- und gelegentlich NMR-Spektroskopie). Um die Mehrdeutigkeiten und Unsicherheiten bei der Auswertung der Spektren zu reduzieren, werden heute in der Regel mehrere Methoden parallel verwendet, einschliesslich theoretischer Verfahren, die für kleine und mittelgrosse Moleküle Werte liefern, deren Genauigkeit mit der von experimentellen Methoden vergleichbar ist. Die theoretische Bestimmung erfolgt dabei im Rahmen der Born-Oppenheimer-Näherung durch Bestimmung des Minimums der Gesamtenergie als Funktion der Kernkoordinaten. Die damit erhaltene geometrische Anordnung der Atomkerne wird als Gleichgewichtsgeometrie bezeichnet. Einige repräsentative Bindungslängen für Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen finden sich in der folgenden Tabelle:

dAB

A-B

A=B

AºB

dHH

0,74

-

-

dCC

1,54

1,34

1,20

dNN

1,43

1,24

1,10

dCN

1,47

1,26

1,16

dOO

1,48

1,11

-

dCO

1,43

1,23

-

 

Die physikalische Bedeutung der Bindungslängen liegt darin, dass sie erstens in der Regel nicht sehr stark von der Umgebung des gebundenen Paares abhängen, d.h. gut transferierbare Grössen sind, und zweitens mit anderen Eigenschaften des Moleküls oder Festkörpers korreliert sind, so dass man aus ihnen auch Informationen über Moleküldimensionen, Bindungsverhältnisse, Reaktivitäten, magnetische Wechselwirkungen etc. erhalten kann, insbesondere, wenn man Klassen ähnlicher Systeme miteinander vergleicht. Umgekehrt können Bindungslängen oft mit Hilfe empirischer Korrelationen näherungsweise bestimmt werden. Beispiele sind die Korrelationen zwischen Bindungslänge und Kraftkonstante (Badgersche Regel) und die zwischen C-C-Bindungslängen und Bindungsordnungen im Rahmen der Hückelschen Theorie. Ferner kann nach Pauling die Bindungslänge dAB polarer Bindungen mit Hilfe der Bindungslängen der entsprechenden homonuklearen Verbindungen abgeschätzt werden:

dAB = (dAA + dBB)/2 - b(cA - cB),

wobei c die Elektronegativität und b ein Parameter ist (0,09 für Einfachbindungen; 0,06 für Doppelbindungen). [MG1]

 

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