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42 3 11 Die Anschauungen uber die chemische Bindung 3 11 Die Anschauungen uber die chemische Bindung 43
Beschreibung der Valenzverhaltnisse durch einfache Striche entgegenstehen.
Wenn die Fe~t~igkeit der einfachen C-C-Bindung durch einen
einfachen Strich wiedergegeben wird, so muste die Doppelbindung
C=C zweimal und die dreifache Bindung C = C dreimal so stark
sein wie die einfache. Wahlt man als vergleichendes Kriterium der
Festigkeit die Bindungsenergie der Atome, wie sie aus den Verbrennungswarmen
errechnet wird, so stellt man fest, das die
doppelte Bindung etwa nur ll/2mal und die dreifache nur etwa
2,3mal so stark wie die einfache ist. Die zwei Bindungsstriche der
Doppelbindung sind folglich nicht untereinander gleichwertig,
ebenso wenig wie die drei Striche der dreifachen Bindung.
Will man andererseits die Festigkeit der Bindung auf Grund
ihres reaktiven Verhaltens beurteilen, wie z. B. aus der Leichtigkeit,
mit welcher sie gesprengt wird, dann beobachtet man ein viel
komplizierteres Verhalten. So addiert die dreifache Bindung mit
Leichtigkeit Brom bzw. Wasserstoff (in Gegenwart eines Katalysators)
unter Bildung einer Doppelbindung, und diese wieder addiert
erneut die genannten Stoffe unter Bildung einer einfachen
C-C-Bindung. Die zwei ersten Bindungen verleihen somit der Verbindung
einen ungesattigten, reaktionsfahigen Charakter, welcher
der einfachen Bindung nicht zukommt. Dies zeigt deutlich die Ungleichartigkeit
der einzelnen Bindungen in der Doppel- und Dreifachbindung,
was durch die einzelnen Valenzstriche nicht zum Ausdruck
gebracht wird.
Noch groser wurden die Schwierigkeiten beim Studium der
Eigenschaften von Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen.
Beim But,adien, dem einfachsten Vertreter eines konjugierten
Doppelbindungssystems, findet bekanntlich die Bromaddition
in 1,4-Stellung unter Wanderung der Doppelbindung in
2,3-Stellung nach dem Schema
statt. TIIIELE versuchte dieses Verhalten durch Absattigung der
an jedem C-Atom noch vorhandenen Partialvalenzen zu erklaren,
was bereits anzeigte, das man mit ganzen Valenzstrichen fur die
Beschreibung des reaktiven Verhaltens von konjugierten Doppelbindungen
nicht mehr auskam. Sind uberdies diese Bindungen zu
einem Ring von bestimmter C-Zahl zusammengetreten, wie im
Falle des Benzols, so erfolgt eine Verminderung des ungesattigten
reaktionsfahigen Zustandes. Es stellt sich das ein, was man den
aromatischen Charakter nennt. Diese bunte Mannigfaltigkeit von
Erscheinungen wurde scheinbar noch verwickelter durch die Entdeckung
der Mesomerie. Man fast unter diesem Namen einen ziemlich
komplexen Tatsachenbestand (vgl. 5 12) zusammen, nach dem
U. a. eineVerbindung mit konjugierten Doppelbindungen reaktiv
sich derart verhalt, das man ihr eine Strukturformel zuerkennen
mus, welche eine nicht ganz scharf definierte Stellung zwischen
genau formulierbaren Grenzstrukturen einnimmt. Je nach dem
Reagenz, mit dem man an sie herangeht, scheint sie nach verschiedenen
Formeln zu reagieren. Man begann zu begreifen, das diese
Schwierigkeiten davon herruhren, das man zu Beginn auf eine
physikalisch fundierte Valenztheorie verzichtet und sich mit der formalen
Schreibweise der Valenzstriche begnugt hatte.
Als einen ersten Schritt zu einer physikalischen Begrundung des
Valenzbegriffes mussen wir die im Jahre 1916 von W. KOSSEL~ und
unabhangig von ihm etwas spater die von G. N. LEWIS~ aufgestellte
Theorie der Elektronenschalen betrachten. Die beiden Autoren
gingen von verschiedenen Voraussetzungen fur den Aufbau der
Atome aus Kern und Elektronen aus und kamen zu demselben
Resultat, wonach im Atomverband die Elektronen in konzentrischen
Schalen um den Kern angeordnet sind. Diese Schalen
werden bei den Elektronenzahlen 2, 8, 18 und 32 als abgeschlossen
betrachtet. Die Zahlen entsprechen einer besonders
stabilen und darum bevorzugten Konfiguration, die den Edelgasen
zukommt, mit welchen jeweils eine Periode im System der Elemente
abschliest. Ist in einem Element die Zahl der Elektronen groser oder
kleiner als die Zahl, die diesen Edelgaskonfigurationen entspricht,
so sind die Atome bestrebt und befahigt, durch Aufnahme bzw.
Abgabe von Elektronen in Anionen bzw. Kationen mit stabiler
Edelgaskonfiguration uberzugehen. Diese Ionen treten dann durch
einfache elektrostatische Anziehung zu stabilen Verbindungen
W. KOSSEL, Valenzkrafte und Ront,genstrahlen. 2. Auflage. 1924.
G. N. LEWIS, Die Valenz und der Bau der Atome und Molekule 1927.