Ionen und chemische Bindungen

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Grundlagenwissen zu Atomen
Basisinformationen zu den kleinsten Baueinheiten des Organismus

Ionen und chemische Bindungen
chemischen Elemente kommen im menschlichen Körper als Ionen ( elektrisch geladene Atome ) vor oder sie beteiligen sich an chemischen Bindungen

jedes Atom ist betrebt, 8 Elektronen ( - ) auf der äußersten Hülle zu besitzen
das ist ein stabiler Zustand, die sogenannte Edelgaskonfiguration

die Atome erreichen das, indem sie die Elektronen ( - )

  • den anderen Atomen abgeben
  • von anderen Atomen aufnehmen
  • mit anderen Atomen teilen

Atome mit weniger Außenelektronen geben ihre Elektronen ( - ) ab, um die äußerste Hülle zu entleeren, dieser Vorgang wird als Oxydation bezeichnet

so ein Atom besitzt nun mehr Protonen ( + ) als Elektronen ( - )
es wird zu einem elektrisch positiv geladenen Kation ( + )

z.B. positiv geladenes Natrium-Ion Na+

Atome mit mehr Außenelektronen nehmen die Elektronen ( - ) von den anderen Atomen auf, um die äußerste Hülle aufzufüllen, dieser Vorgang wird als Reduktion bezeichnet

so ein Atom besitzt nun mehr Elektronen ( - ) als Protonen ( + )
es wird zu einem elektrisch negativ geladenen Anion ( - )

z.B. negativ geladenes Chlorid-Ion Cl-

die Oxydation in dem einen und die Reduktion in dem anderen Atom laufen gleichzeitig ab,
das ist die sogenannte Redoxreaktion

Kationen ( + ) und Anionen ( - ) sind die elektrisch geladenen Atome = Ionen

entgegengesetzt geladene Ionen können sich durch die sogenannte Ionenbindung anziehen

so entstehen Moleküle, die als Salze bezeichnet werden
Beispiel: Na+ und Cl- werden zu NaCl ( Natrium-Chlorid ) = Kochsalz

Salze zerfallen in einer wässrigen Lösung zu einzelnen Ionen, den sogenannten Elektrolyten,
diese chemische Reaktion wird als Dissoziation bezeichnet

Beispiel: NaCl wird in H²O zu Na+ und Cl-

eine weitere Möglichkeit der Atome die Edelgaskonfiguration zu erreichen, ist das bereits erwähnte Teilen der Außenelektronen ( - ) miteinander

Atome nutzen dabei die freien Stellen auf den äußersten Hüllen anderer Atome

es kommt zu einer kovalenten ( chemischen ) Bindung zwischen den Atomen und somit zur Bildung von Molekülen ( chemischen Verbindungen )

Beispiele

  • O² -- Sauerstoff O-O
  • H²O -- Wasser H-O-H
  • CO² -- Kohlendioxid O-C-O
  • HCl -- Magensalzsäure H-Cl
  • COOH -- Carboxylgruppe O-C-O-H

das Entstehen einer chemischen Bindung ist nur mithilfe von Energie möglich, die zwischen gebundenen Atomen gespeichert ( konserviert ) wird,
diese chemische Reaktion wird als Anabolismus ( Aufbau ) bezeichnet

wird eine chemischen Bindung aufgespalten ( die gebundenen Atome voneinander ), so setzt das die gespeicherte ( konservierte ) Energie wieder frei,
diese chemische Reaktion wird als Katabolismus ( Abbau ) bezeichnet

Wasserstoffbrückenbindungen ( H-Brücken )
3D-Molekül-Strukturen

Moleküle, die Wasserstoff-Atome besitzen ( z.B. H²O ) weisen zwei Polaritäten auf ( Plus- und Minus-Pol ), wobei diese weiterhin elektrisch neutral verbleiben

die Polaritäten werden von der Anzahl der Außenelektronen ( - ) bestimmt

die Wasserstoff-Atome weisen dabei eine sehr starke positive Polarität auf und dienen somit als Grundlage der Wasserstoffbrücken

Moleküle, die F -- Fluor, O -- Sauerstoff, Cl -- Chlorid und N -- Stickstoff besitzen, weisen genauso zwei Polaritäten auf, wobei hier die starke negative Polarität vorherrscht

diese Moleküle werden von den Wasserstoff-Atomen der anderen Moleküle angezogen,
dabei weisen die Moleküle keinen physikalischen Kontakt auf, sie werden elektrostatisch und elektromagnetisch nebeneinander gehalten

diese Anziehungskräfte ermöglichen die Bildung von dreidimensionalen Strukturen, wie es bei Eiweißen der Fall ist

Moleküle, die F -- Fluor, O -- Sauerstoff, Cl -- Chlorid und N -- Stickstoff nicht besitzen, werden von den Wasserstoff-Atomen abgestoßen

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