Partialladung

Grundidee

Eine Partialladung, auch Teilladung oder partielle Ladung, ist eine teilweise positive oder negative Ladung an zwei Bindungspartnern, also an Atomen oder Molekülteilen. Sie entsteht bei polaren Atombindungen. In chemischen Formeln werden solche Ladungen mit δ− und δ+ oberhalb des Elementsymbols gekennzeichnet.

Partialladungen sind wichtig, weil sie zeigen, dass Bindungselektronen in einer Atombindung nicht immer gleichmäßig zwischen den Bindungspartnern verteilt sind. Dadurch entstehen unterschiedlich geladene Bereiche in einem Molekül, zum Beispiel beim Wassermolekül oder bei Chlormethan.

Entstehung durch Elektronegativität

Partialladungen entstehen, wenn sich die Bindungspartner einer Atombindung in ihrer Elektronegativität unterscheiden. Elektronegativität beschreibt, wie stark ein Atom Bindungselektronen anzieht.

Ist die Elektronegativität unterschiedlich, wird das gemeinsame Elektronenpaar nicht gleichmäßig verteilt. Es kommt zu einer Polarisation: Die Elektronen werden stärker zu einem der Bindungspartner verschoben. Der Bindungspartner, zu dem die Elektronen stärker verschoben sind, wird partiell negativ geladen. Der andere Bindungspartner wird partiell positiv geladen.

Abschätzung der Partialladung

Die Partialladung in einer XY-Bindung kann mit folgender Formel abgeschätzt werden:

S_X = G_X − N_X − B_X · χ_X / (χ_X + χ_Y)

Dabei bedeutet G_X die Gruppennummer des Elements X. N_X ist die Anzahl der Elektronen des Atoms X, die nicht an der Bindung beteiligt sind. B_X ist die Anzahl der Elektronen, die an der Bindung beteiligt sind. χ_X und χ_Y sind die Elektronegativitätswerte von X und Y.

Für das Molekül HF ergibt sich zum Beispiel: S_F = −0,355 und S_H = 0,645. Fluor ist also partiell negativ geladen, Wasserstoff partiell positiv.

Deutung am Beispiel HF

Der berechnete Wert S_X kann als prozentualer Anteil der Entfernung zwischen dem Atomkern von X und dem Atomkern von Y verstanden werden. Beim Molekül HF ist das Elektronenpaar zwischen Fluor und Wasserstoff zu etwa 64,5 % vom Wasserstoff-Atom und zu 35,5 % vom Fluor-Atom entfernt.

Das bedeutet: Das Elektronenpaar liegt näher am Fluor-Atom. Deshalb erhält Fluor eine negative Partialladung δ−, während Wasserstoff eine positive Partialladung δ+ erhält.

Dabei muss gelten: |S_X| + |S_Y| = k · 100 % = 1 · k mit k = 1, 2, 3, …

Stärke der Polarisation

Je größer die Elektronegativitätsdifferenz ΔEN zwischen zwei Bindungspartnern ist, desto stärker ist die Polarisation. Damit werden auch die Partialladungen deutlicher ausgebildet.

Zwischen unterschiedlichen Ladungen entstehen Bindungskräfte. Diese Kräfte werden größer, wenn der Ladungsunterschied größer wird. Ab einer bestimmten Größe der Elektronegativitätsdifferenz spricht man nicht mehr von einer polaren Atombindung mit Partialladungen, sondern von einer Ionenbindung und von Ionen.