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Eine Kernmechanisch begründete Physikalische Chemie
Da das Kernmechanische Modell schon systembedingt eine grundsätzliche Abhängigkeit der Elektronen-Orbitale von den Nukleonen-Orbitalen verlangt,
ist es naheliegend, die mittlerweile erreichte Konsolidierung des Modells zu nutzen, um daraus ganz konkret eine verbesserte neue (Kern-) Physikalische Chemie zu entwickeln.
Als erstes fällt hier das unmittelbar aus der Protonen-Anordnung im C-12- Kern abzuleitende Modell der Elektronen-Orbitale des Kohlenstoffatoms ins Auge, welches sich ersichtlich in vielen charakteristischen Bindungen wiederfindet. - Während die auf der alten Quantenmechanik beruhende herkömmliche Physikalische Chemie zu allerlei Hilfskonstruktionen wie Hybridorbitalen und Mesomerie-Resonanzen Zuflucht nehmen muß oder oftmals auch Doppel- und Dreifachbindungen erst aus der gemessenen jeweiligen Bindungslänge erschließt, führt die Kernmechanische Chemie meist unmittelbar zum gewünschten Ergebnis.
Auch beim zunächst sehr einfach erscheinenden “magischen” O-16-Nuklid lassen sich die vier für die Molekülbindungen zur Verfügung stehenden
Elektronen-Orbitale direkt über das entsprechende Kernmechanische Modell herleiten. Zu beachten ist dabei nur, daß die Elektronen-Orbitale - anders als die Nukleonen-Orbitale im
Kernring -, auf Grund der zwischen ihnen wirkenden elektrostatischen Abbstoßung, in der Regel nicht planar angeordnet sind. Insoweit gibt es hier eine weitgehende Übereinstimmung mit dem bisherigen
physikalisch chemischen VSEPR-Modell, etwa bei der tetraedrischen Struktur des H2O-Moleküls, wenn man zudem noch die freien Elektronenpaare in die Gesamtrechnung mit einbezieht.
Bei aller scheinbaren Praxistauglichkeit durch immer neue Anpassungen in der quantenmechanisch begründerten Physikalischen Chemie ist es aber eigentlich doch ziemlich irritierend, wenn für viele Verbindungen häufig nur “mesomere Grenzstrukturen” angegeben werden können und dabei auf die “Delokalisierung” der Elektronen verwiesen wird. Eigentlich jedoch
ist es gar nicht mehr notwendig, sich noch länger mit solchen Unschärfen und Unzulänglichkeiten zufrieden zu geben, den es gibt eine Alternative...!
Da die Kernmechanische Chemie nun aber nicht nur detaillierte Angaben zu den jeweiligen Orbitalen macht, sondern ebenso den (mit dem Kernspin der Protonen korrelierten) Elektronenspin mit berücksichtigt, ermöglicht das genauere Aussagen, z. B. über Bindungswinkel im H2O2-Molekül
oder auch Bindungsgrad und Bindungslängen von CO- und CO2-Molekülen.
Die nebenstehende Darstellung zeigt schematisch, wie etwa die mit jeweils zwei antiparallelen Elektronen besetzten Molekülorbitale angeordnet
sind: Im CO-Molekül, wo ein Elektron ganz zum elektronegativen Sauerstoffatom übergewechselt ist, ergibt sich nun eine starke Polarisierung, welche die beiden seitlichen freien Elektronenpaare (hier:
oben und unten) wie zwei Blattelektroden eines Elektrometers vom äußeren dritten Elektronenpaar wegtreibt, hin zum positiv geladenen C-Atom. Beim analog aufgebauten CO2-Molekül ist die
Auslenkung aus der senkrechten Neutralposition und somit auch die (Doppel-)Bindung auf Grund gegenseitiger Abstoßung nicht ganz so stark wie beim CO-Molekül mit angenommener Dreifachbindung.
Ganz ähnlich sieht die Dreifachbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen aus: Zu der primären gemeinsamen (Sigma-)Bindung steuert jedes C-Atom noch
ein weiteres “freies” bindendes Elektronenpaar bei, was zwar diese “ungesättigte” Bindung stärkt, wegen der ungleichen Ladungsverteilung aber auch energetisch sehr ungünstig für die Stabilität des
Moleküls ist.
Deutlich besser sieht es diesbezüglich bei der C=C-Doppelbindung aus. Das Problem scheint dabei nur, daß die beiden seitlichen Orbitale hier nur
einfach, bzw. lediglich eines von ihnen doppelt besetzt sein könnte(n)! - In diesem Fall gibt es jedoch eine überzeugende Alternative: Zwei mit je zwei Elektronen besetzte senkrecht zueinander stehende
Orbitalsysteme auf einer gemeinsamen Bindungsachse. Ähnlich wie beim Diboranmolekül mit vier Elektronen auf einem Orbitalring oder bei Benzol, mit nunmehr gleich sechs Orbitalring-Elektronen, kommen sich
die Elektronen dabei ebenfalls nicht “in die Quere”, während sich ihre Ringe gegenseitig durchdringen. Diese Konfiguration ist natürlich zudem die bessere Alternative zu den sogenannten
“Bananenbindungen” des Ethylens.
Eine ganz ähnliche Analyse ergibt sich sodann auch für das hierauf aufbauende Butadienmolekül mit “mesomerer Elektronenverteilung”, wie überhaupt
in der Kernmechanischen Chemie die Elektronenorbitale grundsätzlich genau definiert und lokalisiert sind. Allerdings unterliegen sie hier ebenso der Kopplung an den Nukleonenspin, als auch den jeweils
auf sie wirkenden Coulomb-Kräften. Der entscheidende Punkt sind aber die Elektronenorbitale, d. h., die Elektronen (und anderen Elementarteilchen) befinden sich ständig auf stabilen Kernmechanischen
Kreisbahnen um den eigenen (leeren) Schwerpunkt. Auf diese Weise bewirken sie über den gegenseitigen elektrostatischen Zusammenhalt zwischen sich und den Atomkernen all die vielfältigen chemischen
Bindungen als Voraussetzung für eine in allen Details gut nachvollziehbare Kernmechanische Chemie.
Vergleichbare Aussagen lassen sich auch über andere Elemente, speziell der ersten Achterperiode, und ihre Verbindungen machen, z. B. über Bor oder Stickstoff, dessen Kernstrukturen ja ebenfalls auf das quasi magische O-16-Nuklid zurückgehen. Beim nicht ganz so magischen Stickstoff gibt es genau ein
einziges freies Elektronenpaar, so daß bei der bekanntlich besonders stabilen N-N-Dreifachbindung (anders als bei den oben beschriebenen Orbitalen des Kohlenstoffs) alle drei Elektronen bereits im
Grundzustand auf ein und derselben Seite(!) angeordnet sind.
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