Lewis - Formeln (1) "Zweiatomige Moleküle"

Hallo liebe Chemieinteressierte. Herzlich willkommen zum Video Lewis-Formeln Teil 1. Um dieses Video verstehen zu können, solltet ihr auf alle Fälle vertraut sein mit den wichtigsten chemischen Symbolen. N bedeutet das chemische Element Stickstoff oder ein Stickstoffatom. O - das chemische Element Sauerstoff oder ein Sauerstoffatom. H - das chemische Element Wasserstoff oder ein Wasserstoffatom. Auch solltet ihr bereits mit den Anfängen des Periodensystems der Elemente, PSE, Bekanntschaft geschlossen haben.
Der Begriff der Lewis-Formeln geht zurück auf den amerikanischen Chemiker Gilbert Newton Lewis. Es geht dabei darum, chemische Bindungen verstehen und erklären zu können. Nehmen wir zum Beispiel 2 Wasserstoffatome. Ich symbolisiere sie durch 2 gelbe Kreisflächen. Wir haben 1 Wasserstoffatom und noch 1 Wasserstoffatom. Nun weiß man aus dem Experiment, dass einzelne Wasserstoffatome nicht existieren, oder nur sehr kurzlebig sind. Sie nähern sich an und bilden dabei ein Wasserstoffmolekül, ein Molekül aus 2 Atomen Wasserstoff. Warum ist das so und warum bilden sich aus 2 Atomen ein Molekül? Diese Frage versuchte Gilbert Newton Lewis zu beantworten. Nehmen wir als Symbol für die beiden Wasserstoffatome jeweils 2 Mal den Buchstaben H, das Symbol für ein Wasserstoffatom. Warum kommt es zu einer Annäherung und schließlich zu einer Reaktion. Es bildet sich ein Molekül aus 2 Wasserstoffatomen. Erklärt wird dieser Prozess mit der Zahl der Elektronen, über die ein Atom Wasserstoff verfügt. Ein Wasserstoffatom hat nur ein einziges Elektron und damit ein einziges Außenelektron. Ich werde von nun ab alle Außenelektronen durch schwarz eingefärbte Kreise symbolisieren. Jedes der beiden Elektronen, die sich ursprünglich an ihrem Atom befanden, sind in der Lage, ein Paar zu bilden. Diese Paarbildung ist eine der wichtigsten Gesetzmäßigkeiten der Chemie. Wir wollen diese Regel als Zweielektronenregel bezeichnen. Das Wasserstoffmolekül erfüllt im Gegensatz zu den einzelnen Wasserstoffatomen die Zweielektronenregel, es kommt zu einer chemischen Bindung. Die Darstellung des Wasserstoffmoleküls mit den beiden, gepaarten Elektronen ist schon eine Darstellung als Lewis-Formel. Die Zweielektronenregel wird hier erfüllt und mehr noch, das Wasserstoffmolekül besitzt eine Edelgaskonfiguration, denn es hat die gleiche Anzahl an Außenelektronen wie das Heliumatom, nämlich 2. Betrachten wir nun ein Fluoratom. Das chemische Element Fluor hat das Symbol Groß F. Wir finden es im Periodensystem der Elemente, PSE, in der 7. Hauptgruppe, daher können wir erkennen, dass es 7 Außenelektronen hat. Wir kennzeichnen nun das Fluoratom durch seine Außenelektronen. Wir können erkennen, dass die Zweielektronenregel nicht erfüllt wird, da ein Außenelektron nicht gepaart ist. Auch für ein weiteres Fluoratom ist die Zweielektronenregel nicht erfüllt. Anders verhält es sich jedoch, wenn die beiden ungepaarten Elektronen der beiden Fluoratome, ebenfalls ein Paar werden. Dann ist die Zweielektronenregel erfüllt und mehr noch: Wenn wir die Elektronen zählen, erhalten wir, dass jedes Fluoratom über 8 Außenelektronen verfügt. Denn die beiden Bindungselektronen zwischen den Atomen, rot gekennzeichnet, gehören zu beiden Atomen. Damit ist die Oktett-Regel erfüllt, jedes Atom verfügt über 8 Außenelektronen und Fluor besitzt eine Edelgaskonfiguration. Es besitzt genauso viel Elektronen wie das chemische Element Neon.
Betrachten wir das Atom eines weiteren chemischen Elementes, es hat das Symbol O. Worum handelt es sich hier? Richtig, um das chemische Element Sauerstoff. Wir schauen in das Periodensystem der Elemente, PSE, und finden das Symbol O in der 6. Hauptgruppe. Daran erkennen wir, dass Sauerstoff 6 Außenelektronen besitzt. Wir kennzeichnen nun das Sauerstoffatom durch seine 6 Außenelektronen. Man kann diese so anordnen, dass die Zweielektronenregel erfüllt ist. Die Oktett-Regel hingegen ist nicht erfüllt, denn 8 Elektronen hat das Sauerstoffatom nun einmal nicht. Das Gleiche gilt selbstverständlich für ein zweites Sauerstoffatom. Zweielektronenregel ja, Oktett-Regel nein. Vielleicht kommt es zu einer Erfüllung der Oktett-Regel, wenn sich 2 Elektronen von 2 verschiedenen Sauerstoffatomen paaren. Wie man leicht sieht, führt auch das nicht zum Ergebnis, denn jedes Sauerstoffatom verfügt nun nur über 7 Außenelektronen. Versuchen wir es nun, indem wir 2 Paare zwischen den Sauerstoffatomen anordnen. Dann haben wir im Molekül nur noch gepaarte Elektronen, die Zweielektronenregel wird erfüllt. Und wie viel Elektronen hat nun jedes Sauerstoffatom? Die Elektronen zwischen den Atomen gehören zu beiden Atomen, das heißt 8, damit wird auch die Oktett-Regel erfüllt. Das Gleiche gilt auch für das zweite Sauerstoffatom. Auch hier werden die Zweielektronenregel und die Oktett-Regel erfüllt.
Nehmen wir noch ein Beispiel, das chemische Symbol N. Zu welchem chemischen Element gehört dieses Symbol? Richtig, es bezeichnet das chemische Element Stickstoff. Wo finden wir das chemische Symbol Groß N? Im Periodensystem der Elemente, PSE, finden wir N in der 5. Hauptgruppe. Daraus erkennen wir, dass das Stickstoffatom über 5 Außenelektronen verfügt. Die Zweielektronenregel wird vom Stickstoffatom nicht erfüllt, denn ein Außenelektron ist ungepaart. Das Gleiche gilt natürlich für ein weiteres Stickstoffatom auch. Was geschieht nun, wenn die beiden ungepaarten Elektronen ein Paar bilden? Die Zweielektronenregel wird erfüllt, denn im Stickstoffmolekül haben wir nun nur noch Elektronenpaare. Wie sieht es mit der Oktett-Regel aus? Die Oktett-Regel wird nicht erfüllt, denn jedes Stickstoffatom verfügt nur über 6 Außenelektronen, die Bindungselektronen zwischen den Stickstoffatomen gehören jedem der beiden Stickstoffatome. Vielleicht geht es, wenn wir zwischen den beiden Sauerstoffatomen ein weiteres Elektronenpaar anordnen. Aber auch das hilft nicht, denn jedes Stickstoffatom verfügt nun über nur 7 Außenelektronen. Außerdem wird die Zweielektronenregel verletzt. Wenn wir die beiden ungepaarten Elektronen an einem der beiden Stickstoffatome paaren lassen, so besitzt dieses Stickstoffatom nun 8 Außenelektronen. Die Oktett-Regel ist erfüllt. Das andere Stickstoffatom hingegen hat aber nur 6 Außenelektronen, die Oktett-Regel wird verletzt. Versuchen wir nun doch, das 3. Elektronenpaar zwischen den beiden Stickstoffatomen anzuordnen, und was erhalten wir? Wir erhalten 6 Elektronen zwischen den beiden Stickstoffatomen, diese gehören zu beiden Stickstoffatomen und an jedem Stickstoffatom sitzen weiterhin noch 2 Elektronen. Im Ganzen verfügt jedes Stickstoffatom über 8 Außenelektronen, die Oktett-Regel wird für beide Stickstoffatome erfüllt. Jedes der Stickstoffatome besitzt nun eine Edelgaskonfiguration, es hat genauso viele Elektronen wie das chemische Element Neon. Verallgemeinern wir: Lewis-Formeln erstellen wir, indem wir die Zweielektronenregel berücksichtigen und die Tatsache, dass die Atome chemischer Elemente Edelgaskonfigurationen anstreben. Dem entspricht in den meisten Fällen die Oktett-Regel. So, damit möchte ich es mit einem Einstieg bewenden lassen. Wir haben sozusagen die Grundlagen für die eigentlichen Lewis-Formeln, die Valenzstrichschreibweise, geschaffen. Aber das kommt in den nächsten Videos. Alles Gute, Tschüss!