30 Tage kostenlos testen

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Das VSEPR-Modell

Bewertung

Ø 4.3 / 9 Bewertungen

Die Autor/-innen
Avatar
André Otto
Das VSEPR-Modell
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Das VSEPR-Modell

In diesem Video wird euch das VSEPR-Modell vorgestellt. Als Grundlagen für diesen Film solltet ihr die Grundlagen der Chemie beherrschen und wissen was die Lewisformeln sind. Im ersten Teil wird der Begriff Struktur definiert, danach erfahrt ihr, was es mit dem VSEPR-Modell auf sich hat. Dafür werden euch die wichtigsten Begriffe im Zusammenhang mit dem Modell erläutert und ihr erfahrt was Real- und Pseudostrukturen sind.

Transkript 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!

6 Kommentare

6 Kommentare
  1. Danke für die klärenden Worte.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor etwa 6 Jahren
  2. Sehr geehrter Herr Otto, ich wollte Ihre Arbeit nicht schmälern. Das Video ist in Ordnung. Ich habe diesen gut gemeinten Hinweis nur gebracht, um die Schüler, die das EPA-Modell in der Schule (BaWü) gerade behandeln, vor Verwirrung bezüglich der kurz zuvor eingeführten Oktettregel zu schützen. LG

    Von Igerbitz, vor etwa 6 Jahren
  3. "Wenn EPA eingeführt wird, kennen die Schüler zum Ableiten der Lewis-Formel nur die Oktettregel."
    Ich hatte das Modell erst beim Studium. Persönlich kenne ich keinen Schüler, bei dem es unterrichtet wurde (Berlin / Brandenburg).
    Die Schüler sollten zumindest sicher mit der Edelgaskonfiguration (für H-H gilt die Oktettregel nicht) sein. Auch die Begriffe Elektronenpaarbindung, bindende und nichtbindende Elektronenpaare müssen sicher beherrscht werden.
    Sonst hat es keinenen Sinn, mit EPA zu beginnem.
    "Diese Therie sollte sich erst festigen".
    Da bin ich anderer Ansicht. Erst wenn diese Theorie gut beherrscht wird, kann man dieses Modell vorstellen.
    "Die gewählten Beispiele verunsichern die Schüler aus meiner Sicht daher sehr."
    Ich denke, das ist etwas übertrieben. Es handelt sich hier um Fortgeschrittenenunterricht. Da kann man schon manchmal etwa verunsichert werden.
    "Es wäre unbedingt nötig hervorzuheben, dass es Ausnahmen von der Oktettregel gibt."
    Das trifft mit Sicherheit nicht zu. Wenn ich als Schaubedingung die Beherrschung der Lewis - Schreibweise anführe, so meine ich damit auch komplizierte Fälle. Dazu gibt es mindestens ein Video.
    "Im Video sollte der Sprecher auch bei den bei entsprechende Verbindungen, die der Regel widersprechen nochmal daruf hinweisen."
    Der "Sprecher" bin ich: Autor, Produzent, Tutor, Designer und Sprecher.
    Ich werde bei diesem ernsten Thema keine "zweite Baustelle" eröffnen. EINEN Schwerpunkt pro Thema. Für die Grundlagen ist Material vorhanden (s. o.).
    Generell:
    Ein Video ist keine online - Vorlesung oder online - Unterrichtsstunde. (Beides halte ich übrigens für sehr nützlich.)
    Ich bin hier zeitlich beschränkt und muss mir gut überlegen, was ich NICHT hineinbringe.

    Von André Otto, vor etwa 6 Jahren
  4. Wenn EPA eingeführt wird, kennen die Schüler zum Ableiten der Lewis-Formel nur die Oktettregel. Diese Therie sollte sich erst festigen. Die gewählten Beispiele verunsichern die Schüler aus meiner Sicht daher sehr. Es wäre unbedingt nötig hervorzuheben, dass es Ausnahmen von der Oktettregel gibt. Im Video sollte der Sprecher auch bei den bei entsprechende Verbindungen, die der Regel widersprechen nochmal daruf hinweisen.

    Von Igerbitz, vor etwa 6 Jahren
  5. Wenn da ein PLUS steht, ist es nicht in Ordnung.

    Von André Otto, vor fast 8 Jahren
Mehr Kommentare

Das VSEPR-Modell Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Das VSEPR-Modell kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre die Regeln zum VSEPR-Modell.

    Tipps

    Durch das freie Elektronenpaar hat Ammoniak als Realstruktur nach VSEPR die trigonale Pyramide.

    Lösung

    Beim VSEPR-Modell wird davon ausgegangen, dass die Struktur von Molekülen und Ionen (mehratomig) durch die Elektronenpaare um das Zentral-Atom bestimmt wird. Die Struktur ist dabei nur abhängig von der Anzahl der Atome.

    Es gibt folgende Regeln zur Anordnung der Elektronenpaare in Verbindungen vom Typ $AX_n$ nach dem VSEPR-Modell:

    • Die Elektronenpaare des Zentralatoms A nehmen den größtmöglichen Abstand zueinander ein, da sie sich abstoßen.
    • Doppel- und Dreifachbindungen werden formal wie eine Einfachbindung betrachtet.
    • Freie Elektronenpaare benötigen mehr Raum als gebundene Elektronen. Dadurch kommt es zu einer Stauchung der Bindungen.
    • Doppel- und Dreifachbindungen nehmen mehr Platz ein als Einfachbindungen.
  • Bestimme die Moleküle mit tetraedrischer Pseudostruktur.

    Tipps

    Ein Tetraeder bildet diese Struktur.

    Lösung

    Um ein Molekül mit einer tetraedrischen Pseudostruktur zu erhalten, müssen folgende Angaben nach VSEPR-Modell erfüllt sein:

    • 1) Summenformel $AX_4$: Methan $CH_4$, oder
    • 2) Summenformel $AX_3$ + ein freies EP: Ammoniak $NH_3$, oder
    • 3) Summenformel $AX_2$ + 2 freie EP: Wasser $H_2O$
    Bei den restlichen Molekülen werden diese Angaben nicht erfüllt, weshalb diese eine andere Pseudostruktur aufweisen:

    • $SF_6$ und $XeF_4$ sind oktaedrisch und
    • $NO$ ist linear.
  • Bestimme die Realstrukturen zu folgenden Lewis-Formeln.

    Tipps

    Nach VSEPR werden in der Realstruktur freie Elektronenpaare nicht dargestellt.

    Lösung

    Nach VSEPR werden in der Realstruktur die freien Elektronenpaare nicht dargestellt, d.h. im Gegensatz zur Pseudostruktur werden die freien Elektronenpaare weggedacht.

    • Bei allen linearen Molekülen der Form $AX_2$ , die keine freien Elektronenpaare am Zentrum A haben, entspricht die Pseudostruktur der Realstruktur.
    Dazu zählen u.a. $H_2$, $Cl_2$, $CO_2$ und ${N_3}^-$.

    • Moleküle der Form $AX_2$ haben nur dann eine gewinkelte Realstruktur, wenn ihre Pseudostruktur trigonal planar ist. Das bedeutet, dass am Zentralatom A ein freies Elektronenpaar vorliegen muss.
    Dazu zählen: $SO_2$, $NO_2$, $N_2O$ und $H_2O$.

    • Eine trigonal planare Realstruktur liegt z.B. vor, wenn auch die Pseudostruktur trigonal planar ist. Dies gilt für Moleküle mit der Summenformel $AX_3$, die am Zentralatom kein freies Elektronenpaar haben.
    Dazu zählen z.B. $SO_3$, $H_2C=O$, $HNO_3$, $H_2CO_3$ und $BF_3$.

  • Gib für folgende Substanzen die Realstruktur nach VSEPR an.

    Tipps

    Lachgas = Distickstoffmonoxid

    Zeichne dir die Strukturformeln mit allen freien Elektronenpaaren auf.

    Lösung

    Um auf die richtige Struktur zu gelangen, müssen die Moleküle als Lewis-Struktur aufgezeichnet werden.

    Anhand der Anzahl der bindenden und nicht bindenden Elektronenpaare kann die Pseudostruktur bestimmt werden. Die Realstruktur ergibt sich aus der Pseudostruktur, wenn die freien Elektronenpaare (E) nicht mehr berücksichtigt werden:

    $\begin{array}{l|c|c|c} Molekültyp & Beispiel & Pseudostruktur & Realstruktur \\ \hline AX & H_2 & linear & linear\\ \hline AX_2 & CO_2 & linear & linear\\ \hline AXE & NO & linear & linear\\ \hline AX_3 & BF_3 & trigonal~planar & trigonal~planar \\ \hline AX_2E & SO_2, ClO_2 & trigonal~planar & gewinkelt\\ \hline AX_4 & CH_4 & tetraedrisch & tetraedrisch\\ \hline AX_3E & NH_3 & tetraedrisch & trigonal~pyramidal\\ \hline AX_2E_2 & H_2O & tetraedrisch & gewinkelt\\ \hline AXE_3 & HCl & tetraedrisch & linear\\ \hline AX_5 & PCl_5 & trigonal~bipyramidal & trigonal~bipyramidal\\ \hline AX_4E & SF_4 & trigonal~bipyramidal & Wippe\\ \hline AX_6 & SF_6, [{Fe{(CN)}_6}]^{3-} & oktaedrisch & oktaedrisch\\ \hline AX_4E_2 & XeF_4 & oktaedrisch & quadratisch~planar\\ \end{array}$

  • Nenne die Kennzeichen einer Struktur.

    Tipps

    Durch welche Angaben aus dem Koordinatensystem kann die Lage eines Moleküls beschrieben werden?

    Lösung

    Da Moleküle - im Gegensatz dazu, wie wir sie zeichnen - nicht platt sind, sondern eine räumliche Struktur aufweisen, können sie nur mithilfe der Lage im Raum, d.h. der Lage im kartesischen Koordinatensystem beschrieben werden. Wichtig sind dabei:

    • die Strecke zwischen zwei Atomen = Bindungslänge,
    • der Winkel zwischen drei Atomen = Bindungswinkel
    • und der Raumwinkel (Verdrehung der Atome gegeneinander) = Diederwinkel
    Damit ist die Struktur eines Moleküls eindeutig durch Bindungslänge, Bindungswinkel und Diederwinkel bestimmt. Atomgröße, Elektronegativität und Elektronenaffinität wirken sich auf die Polarität eines Moleküls aus.

  • Ermittle die Pseudostrukturen folgender Verbindungen.

    Tipps

    Azid-Ion = ${N_3}^-$

    Hydrogencarbonat-Ion = ${HCO_3}^-$

    Lösung

    Um auf die richtige Struktur zu gelangen, müssen die Moleküle als Lewis-Struktur aufgezeichnet werden.

    Anhand der Anzahl der bindenden und nicht bindenden Elektronenpaare kann die Pseudostruktur bestimmt werden. Die Realstruktur ergibt sich aus der Pseudostruktur, wenn die freien Elektronenpaare (E) weggedacht werden:

    $\begin{array}{l|c|c|c} Molekültyp & Beispiel & Pseudostruktur & Realstruktur \\ \hline A_3 & {{N_3}^-} & linear & linear\\ \hline AX_2E & {XeF_4} & oktaedrisch & quadratisch~planar\\ \hline AX_3E & XeO_3 & tetraedrisch & trigonal~pyramidal\\ \hline AX_3 & {HC{O_3}^-} & trigonal~planar & trigonal~planar \\ \end{array}$

30 Tage kostenlos testen
Mit Spaß Noten verbessern
Im Vollzugang erhältst du:

10.843

Lernvideos

44.348

Übungen

38.969

Arbeitsblätter

24h

Hilfe von Lehrer/
-innen

running yeti

In allen Fächern und Klassenstufen.

Von Expert/-innen erstellt und angepasst an die Lehrpläne der Bundesländer.

30 Tage kostenlos testen

Testphase jederzeit online beenden