Das VSEPR-Modell

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Film geht es um das VSEPR-Modell. An Vorkenntnissen solltet ihr die Grundlagen der allgemeinen Chemie beherrschen und vor allem solltet ihr mit Lewis-Formeln umgehen können. Mein Ziel ist es, dass ihr ein bemerkenswertes Strukturmodell kennenlernt und es auch anwenden könnt.

Das Video besteht aus 6 Abschnitten. 1. Was ist Struktur? 2. Eine natürliche Anordnung. 3.Grundbegriffe des VSEPR-Modells. 4. Pseudostrukturen und Realstrukturen. 5. Korrigierte Strukturen und 6.Zusammenfassung.

Um das Aussehen von Molekülen zu beschreiben, bedient man sich gewisser Modelle. Wir schaffen uns ein Modell für seine Struktur. Aber was ist das eigentlich, die Struktur eines Moleküls?

1. Was ist Struktur? Nehmen wir z. B. das Molekül von H2O2 - Wasserstoffperoxid. Wir können die Atome in einem dreidimensionalen Koordinatensystem einordnen. Das ist wenig ersprießlich, weil wenig übersichtlich. Besser ist es, wir schaffen uns ein räumliches Modell. Die Struktur wird gekennzeichnet durch die Bindungslängen. Das zweite Strukturmerkmal sind die Bindungswinkel. Und schließlich benötigt man diesen Raumwinkel, auch Diederwinkel genannt. Durch diese 3 Merkmale ist die Struktur eines Moleküls eindeutig bestimmt. Doch häufiger ist weniger mehr, wenn man verallgemeinert. Wenn man nämlich die Gestalt eines Moleküls kennt. Viele Molekülgestalten kann man einfachen geometrischen Figuren zuordnen. Und genau das strebt das Model an, dass wir besprechen werden.

2. Eine natürliche Anordnung. Nehmen wir das Molekül CH4 Methan. Seine Gestalt kennt ihr, es ist ein Tetraeder. Alle Wasserstoffatome sind maximal und gleich weit voneinander entfernt. So als seien sie auf einer Kugeloberfläche angeordnet. Im Ergebnis erzielt man minimale Abstoßung und folglich minimale Energie.

3.Grundbegriffe des VSEPR-Modells. Die Abkürzung steht für Valence shell electron pair repulsion. Es ist, ein schlimmes Wort: Valenzschalenelektronenabstoßungsmodel. Im Deutschen manchmal auch EPA, Elektronenpaarabstoßungsmodel. Nach ihren Entwicklern sagt man manchmal auch Gillespie-Nyholm-Theorie. Die Theorie sagt die Gestalt von Molekülen des Typs AXn voraus. Die Theorie besagt erstens: Die Elektronenpaare des Zentralatoms A ordnen sich in maximalem Abstand an. Zweitens freie Elektronenpaare werden wie Bindungselektronenpaare behandelt. Und drittens: Der Volumenbedarf von freien Elektronenpaaren ist größer als der von Bindungselektronenpaaren.

Kommen wir nun zum ernsten Teil:

1. Pseudostrukturen und Realstrukturen. H2, das Wasserstoffmolekül. Die Lewis-Formel ist einfach zu schreiben. Damit haben wir die Pseudostruktur, das Molekül ist linear. Das Molekül verfügt über keine freien Elektronenpaare. Pseudostruktur und Realstruktur sind gleich. Die Realstruktur ist linear. Das Molekül CO2, Kohlenstoffdioxid. Die Lewis-Formel kennt ihr. Darauf kann man leicht die Pseudostruktur ableiten. Nur bei linearer Struktur ist die Anordnung der Elektronen maximal voneinander. Das Molekül hat keine freien Elektronenpaare am Kohlenstoffatom. Demzufolge ist die Realstruktur gleich der Pseudostruktur. Die Realstruktur ist linear. BF3, Bortriflurid. Die Lewis-Formel sieht so aus. Um maximalen Abstand zu haben, besitzt das Molekül die Pseudostruktur trigonal, genauer trigonal planar. Am Boratom sind keine freien Elektronenpaare, daher ist Pseudostruktur gleich Realstruktur, nämlich trigonal planar. SO2, Schwefeldioxid. Die Lewis-Formel sieht so aus. Durch das freie Elektronenpaar kommt es zu einer Abstoßung, das Molekül wird gewinkelt. Die Pseudostruktur ist trigonal, genauer trigonal planar. Und hier haben wir es endlich mit einem freien Elektronenpaar am Zentralatom, dem Schwefelatom, zu tun. Wir nehmen es gedanklich weg und erhalten die Realstruktur, diese ist allerdings gewinkelt. Realstruktur und Pseudostruktur sind verschieden. CH4, das Methanmolekül. Die Lewis-Formel schreib ich in Keilstrich-Schreibweise. Die Pseudostruktur ist tetraedisch, damit die Energie am geringsten ist. Kein freies Elektronenpaar befindet sich am Zentralatom, dem Kohlenstoffatom. Ihr wisst schon was folgt, Realstruktur ist gleich Pseudostruktur, nämlich tetraedisch. NH3, das Ammoniakmolekül. Mit der Lewis-Formel deute ich die räumliche Anordnung an. 4 Elektronenpaare, zusammen mit dem nicht bindenden, ergeben als Pseudostruktur eine tetraedisch Anordnung. Am Zentralatom ist ein nicht bindendes Elektronenpaar. Wir lassen es gedanklich weg und erhalten die Realstruktur. Diese ist trigonal-pyramidal und unterscheidet sich von der Pseudostruktur. PCl5, Phosphorpentachlorid. In der Lewis-Formel versuche ich, die Anordnung darzustellen, so als ob 2-dreiseitige Pyramiden mit dem Boden aufeinanderstoßen. Die Pseudostruktur ist trigonal-bipyramidal. Am Phosphoratom sind keine freien Elektronenpaare. Ihr wisst was kommt, klar, Realstruktur ist gleich Pseudostruktur, nämlich trigonal-bipyramidal. SF4, Schwefeltetrafluorid. Das hier ist die räumliche Lewis-Formel. Von beiden möglichen Anordnungen wählt das freie Elektronenpaar aus Abstandsgründen diese. Die Pseudostruktur ist trigonal-bipyramidal. Am Schwefelatom ist ein nicht bindendes Elektronenpaar. Ihr wisst was kommt, wir denken es uns weg, und erhalten die Realstruktur. Man nennt sie Wippe oder bisphenoidal. Pseudostruktur und Realstruktur sind verschieden. SF6, Schwefelhexafluorid. Was zeigt uns wohl die Lewis-Formel an? Der maximale Elektronenabstand wird erreicht, wenn die Pseudostruktur oktahedral ist. Wir haben kein freies Elektronenpaar am Schwefelatom. Ihr wisst was kommt, auch die Realstruktur ist oxtahedrisch. Pseudostruktur und Realstruktur sind gleich. XeF4, Xenotetrafluorid. Die Lewis-Formel zeigt 2 nicht bindende Elektronenpaare. Die Pseudostruktur ist oktahedral oder oktaedrisch. 2 freie Elektronenpaare am Xenonatom bedeuten: Weglassen der freien Elektronenpaare führt zur Realstruktur, die quadratisch ist. Pseudostruktur und Realstruktur sind verschieden.

2. Korrigierte Strukturen. Erinnern wir uns an H2O, das Wassermolekül. Der Winkel HOH beträgt 109,47°. Durch ihre Größe drücken die Orbitale mit den  freien Elektronen die Wasserstoffatome zusammen. Dadurch vermindert sich der Winkel. Man erhält somit korrigierte, das heißt, richtige Struktur. Tatsächlich verringert sich der Winkel HOH auf 104,5°.

3. Zusammenfassung. Das VSEPR-Modell dient der Voraussage der Gestalt von Molekülen. Die Elektronen des Zentralatoms werden in maximalem Abstand zueinander angeordnet. Wir können uns merken:  Pseudostruktur - bindenden Elektronen ergibt Realstruktur. Pseudostruktur vom Ammoniak links, tetraedisch und die Realstruktur rechts ist trigonal-pyramidial. Die korrigierte Struktur betrifft die Winkel und wird hervorgerufen durch den größeren Raumbedarf der nicht bindenden Elektronenpaare. So wie zum Beispiel beim Wassermolekül. Und schon sind wir wieder am Ende, ich wünsche euch alle Gute und viel Erfolg. Tschüss!