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Elektronenkonfiguration und Bindigkeit

Wasserstoff besitzt die Elektronenkonfiguration 1s1, d.h. im einzig besetzten 1s-Orbital befindet sich ein Elektron. Daraus ergeben sich für das Element folgende Bindungsmöglichkeiten:

  • Die Abgabe des Elektrons führt zum Wasserstoff-Ion, H+, das identisch mit dem Proton ist. Dessen Radius beträgt nur 0,0015 pm, der Quotient aus Ladung und Radius ist daher ungewöhnlich groß. In kondensierten Phasen sind Wasserstoff-Ionen deshalb nur gebunden an andere Moleküle existent, z.B. als Hydronium-Ion*, H3O+.
  • Durch Aufnahme eines Elektrons entsteht das Hydrid-Ion, H, mit der Edelgaskonfiguration des Heliums : 1s2. Auf Grund der relativ niedrigen Elektronenaffinität des Wasserstoffs können jedoch nur stark elektropositive Metalle salzartige Hydride bilden, deren Ionengitter Metallkationen und H-Anionen enthalten.
  • Durch Überlappung des 1 s-Orbitals mit einem geeigneten, einfach besetzten Orbital eines anderen Elements kann das Wasserstoff-Atom eine kovalente σ-Bindung ausbilden. Kovalente Verbindungen mit koordinativ einzähligem Wasserstoff sind, mit Ausnahme der Alkali- und schweren Erdalkalimetalle, von allen Haupt- und einigen Nebengruppenelementen bekannt.
  • Wasserstoff-Verbindungen der stark elektronegativen Elemente, insbesondere Fluor, Sauerstoff und Stickstoff, neigen zur Bildung von Wasserstoff-Brücken (Wasserstoff-Brückenbindung); bei Bor-Wasserstoff-Verbindungen ist die Bildung von Zweielektronen-Dreizentren-Bindungen zu beobachten. In beiden Fällen hat der Wasserstoff hier die Koordinationszahl 2.
* Anmerkung
Die Begriffe Hydronium-, Oxonium- und Hydroxonium-Ion werden in der ChemgaPedia weitgehend synonym verwendet!
In der Literatur (Holleman/Wiberg) ist unter dem Oxonium-Ion ein einzelnes H3O+-Ion zu verstehen, das Hydronium-Ion stellt dann die hydratisierte Form [H3O+ · 3H2O] = H+(aq) dar. Die Bezeichnung Hydroxonium-Ion taucht dort gar nicht auf. In anderen Quellen wird sie als Sammel- oder Oberbegriff für Hydronium- und Oxonium-Ionen benutzt.