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2025-12-27T15:24:11Z

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Das Konzept der '''Mehrzentrenbindung''' beinhaltet die weitestgehende Definition der [[Atombindung]] (kovalente Bindung). Elektronen werden nicht nur zwei Atomzentren zugeordnet, wie man es für die klassische kovalente Bindung tut, sondern binden gleich mehrere Atome aneinander – man erhält Mehrzentren-Orbitale. Streng genommen ergibt sich aus der [[Molekülorbitaltheorie|Orbitaltheorie]], dass das für jeden mehratomigen Stoff zutrifft. Die [[LCAO-Methode|LCAO-MO-Methode]] (die zurzeit am meisten benutzte [[Quantenchemie|quantenchemische]] Methode, die dazu benutzt wird, aus [[Atomorbital]]en [[Molekülorbital]]e zu konstruieren) liefert stets Mehrzentren-Orbitale, die über alle Atome des Stoffes delokalisiert sind, sogenannte [[kanonisches Orbital|kanonische Orbitale]].
Jedoch können bei den meisten einfachen Stoffen die so erhaltenen (delokalisierten) kanonischen Orbitale durch mathematische Kniffe (siehe zum Beispiel [[NBO-Analyse]]) in (lokalisierte) Ein- und Zweizentren-Orbitale überführt werden. Diese liegen den meisten Chemikern näher, da sie sich mit den freien Elektronen(paaren) und Bindungselektronen(paaren), die als Punkte (Striche) in chemischen [[Strukturformel]] wiedergegeben werden, in Beziehung setzen lassen. Eine bekannte quantenchemische Methode, die sich ausschließlich dieser lokalisierten Orbitale bedient und die in den letzten Jahren eine Renaissance erlebt hat, ist die [[Valenzstrukturtheorie|Valenzbindungstheorie]] (valence bond theory).

Allerdings ergeben diese Methoden für viele Stoffe keine zufriedenstellenden eindeutigen Lösungen mit auf ein oder zwei Atomen lokalisierten Orbitalen. Anstelle dessen müssen mehrere resultierende Strukturen gemeinsam berücksichtigt werden, um die tatsächliche Elektronenstruktur zu beschreiben. Das Phänomen nennt man [[Mesomerie]], und die Strukturen nennt man [[Resonanzstruktur]]en. Wenn man diese Systeme trotzdem mit weitgehend „lokalisierten“ Elektronen beschreiben will, benötigt man ein neues Konzept, das Konzept der Mehrzentrenbindungen.

== Spezielle Typen ==
Unter Mehrzentrenbindungen können letztlich alle kovalenten Bindungen subsumiert werden – dazu zählen:
* Die Zwei-Zentren-Zwei-Elektronen-Bindung (Zweizentrenbindung, ''normale'' [[kovalente Bindung]]) – Abkürzung: 2c-2e
* Die Drei-Zentren-Zwei-Elektronen-Bindung ([[Dreizentrenbindung]]) – Abkürzung 3c-2e – wird bei Elektronenmangel ausgebildet
* Die Drei-Zentren-Vier-Elektronen-Bindung ([[Dreizentrenbindung]]) – Abkürzung 3c-4e – wird bei Elektronenüberschuss ([[Hypervalenz]]) ausgebildet
* Die [[metallische Bindung]] – hier werden alle Atomrümpfe des gesamten Stoffes über gemeinsame Elektronen aneinander gebunden. Eine ältere, alternative (aber schlechtere) Deutung dieses Bindungstyps benutzt ''klassische'' [[Elektrostatik|elektrostatische]] Kräfte zwischen positiven Atomrümpfen ([[Kationen]]) und einem umgebenden [[Elektronengas]].

== Orbitalschemata ==
Die energetische Lage und relative Anordnung der Molekülorbitale, die einer Mehrzentren-Wechselwirkung entstammen, lässt sich aufgrund der Symmetrie
des Moleküls (oder bei geordneten polymeren Stoffen: aufgrund der Symmetrie des Kristalls) abschätzen. Detaillierte Auskünfte kann man aber letztlich nur mittels quantenchemischer Rechnungen oder aus experimentellen [[Spektroskopie|spektroskopischen]] Daten erhalten. Man unterscheidet dabei zwischen bindenden Orbitalen, deren Besetzung mit Elektronen die Bindung verstärkt, nichtbindenden Orbitalen, deren Besetzung keinen wesentlichen Einfluss auf die Stärke der Bindung ausübt, die aber einen deutlichen Einfluss auf die stabilste Atomanordnung haben können, und antibindenden Orbitalen, deren Besetzung die Bindung schwächt.

Im Falle von Mehrzentrenbindungen, die sich über alle Atome eines polymeren Stoffes erstrecken, erhält man sogenannte [[Bändermodell|Orbitalbänder]], d. h. Gruppen von sehr vielen, energetisch extrem dicht beieinanderliegenden Orbitalen. Die "Form" dieser Bänder und der energetische Abstand verschiedener Bänder werden insbesondere dazu benutzt, die [[elektrische Leitfähigkeit]] der Stoffe und deren Temperaturabhängigkeit zu deuten oder gegebenenfalls vorauszusagen.

[[Kategorie:Chemische Bindung]]

Mehrzentrenbindung - Versionsgeschichte

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