Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen

Hallo und ganz herzlich Willkommen. In diesem Video geht es um die Darstellung chemischer Verbindungen. Die Darstellung erfolgt durch Lewis-Strukturformeln. Die chemische Verbindung Wasser ist euch gut bekannt. Wasser hat die chemische Formel H2O. Das wisst ihr und das wissen die meisten. Aber was bedeutet das? Zwei Wasserstoffatome H und ein Sauerstoffatom O bilden ein Wassermolekül H2O. Die eins am Sauerstoffatom wird prinzipiell nicht geschrieben und daher lösche ich sie ganz einfach weg. Und hier ergibt sich eine wichtige Frage: Nach welchen Gesetzmäßigkeiten entstehen aus Atomen Moleküle? Bei unserer Untersuchung hilft uns das Periodensystem der Elemente. Wir schauen nach, in welcher Hauptgruppe sich einige chemische Elemente befinden. Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und auch Wasserstoff. Bei drei Elementen ist es besonders wichtig. Könnt ihr euch erinnern? Bei drei Elementen müssen wir uns an die Hauptgruppen erinnern. Denn wir werden daraus Moleküle basteln. H bedeutet Wasserstoff, O ist das Symbol für Sauerstoff und N ist das Symbol für Stickstoff. Ihr habt schon erkannt, dass es sich hier um Nichtmetalle handelt. Und solche wollen wir auch nur betrachten. Der amerikanische Wissenschaftler Gilbert Newton Lewis hatte im Jahre 1916 eine geniale Idee. Elektronenpaare bilden zwischen den Atomen in einem Molekül chemische Bindungen aus. Wie funktioniert das? Nehmen wir das Wasserstoffatom. Das chemische Element Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems. Ein Wasserstoffatom hat demzufolge ein Außenelektron. Man sagt dazu auch Valenzelektron. Zu dem einen Wasserstoffatom kommt nun ein weiteres Wasserstoffatom hinzu. Dieses besitzt auch ein Außenelektron. Und nun findet schon eine chemische Reaktion statt. Die beiden Wasserstoffatome vereinigen ihre Außenelektronen zu einem Elektronenpaar. Zwischen den beiden Wasserstoffatomen entsteht eine Elektronenpaarbindung. Wie erklärt man nun diese Elektronenpaarbindung? Beide Wasserstoffatome haben genauso viel Außenelektronen, wie ein Heliumatom. Man sagt auch, sie haben eine Edelgaskonfiguration und sind daher stabil. Das Elektronenpaar im Wasserstoffmolekül gehört nun zu beiden Atomen. Anstelle des Elektronenpaars schreibt man häufig einen Bindungsstrich. Das Elektronenpaar entspricht dem Bindungsstrich. Die chemische Bindung heißt Elektronenpaarbindung oder Atombindung oder kovalente Bindung. So und nun kehren wir zurück zur Formel H2O. Sie stellt ein Wassermolekül dar. Man könnte anstelle von H2O auch schreiben HOH, wird auch gemacht, ist aber nicht günstig. Besser man zieht die beiden Wasserstoffatome von dem Sauerstoffatom weg. Um die Lewisstrukturformel aufzuschreiben, müssen wir wissen, wie viele Valenzelektronen an den einzelnen Atomen sind. Dafür verwenden wir wieder das Periodensystem. Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe. Sauerstoff in der sechsten Hauptgruppe. Die Wasserstoffatome haben daher jeweils ein Außenelektron und das Sauerstoffatom hat sechs Außenelektronen. So und nun bilden sich gemeinsame Elektronenpaare. Alle Valenzelektronen sind nun gepaart. Wir haben zwei gemeinsame Elektronenpaare. Die Wasserstoffatome haben Heliumstruktur, daher sind sie stabil. Das Sauerstoffatom verfügt nun über acht Valenzelektronen. Man sagt auch, es hat eine Achterschale. Damit erfüllt es die sogenannte Oktettregel: Wenn ein Atom im Molekül über acht Valenzelektronen, das heißt ein Oktett verfügt, liegt ein stabiles Molekül vor. Die Elektronenpaare lassen sich auch durch Striche darstellen. Am Modell lässt sich eine bekannte Veränderung vornehmen. Wir merken uns: Anstelle der Elektronenpaare werden meist Striche geschrieben. Die Striche zwischen den Atomen symbolisieren Elektronenpaarbindungen. Man nennt sie auch Valenzbindungen. O2- dieses Molekül kennen die Meisten -es ist das Sauerstoffmolekül. Es ist nicht üblich, statt O2, OO zu schreiben. Jedes Sauerstoffatom hat sechs Außenelektronen. Bei Annäherung bildet sich ein Elektronenpaar. Wir zählen die Valenzelektronen, die zum linken Sauerstoffatom zählen und die Valenzelektronen, die zum rechten Sauerstoffatom gehören. Wir stellen fest: Die Oktettregel wird nicht erfüllt. Außen links und außen rechts haben wir jeweils ein ungepaartes Elektron. Aus diesen entstehen eine weitere Bindung zwischen den Sauerstoffatomen. Die Oktettregel wird nun erfüllt, denn jedes Sauerstoffatom verfügt über acht Valenzelektronen. Natürlich können wir die Elektronen auch wieder anders symbolisieren. Und hier ist eine interessante Neuheit. Dieses Molekül hat eine Doppelbindung. Das letzte Beispiel: Das Stickstoffmolekül. Statt N2 ist es nicht üblich, NN zu schreiben. Wir schauen im Periodensystem der Elemente nach. Stickstoff steht in der fünften Hauptgruppe, daher hat jedes Stickstoffatom fünf Außenelektronen oder Valenzelektronen. Natürlich erfüllen sie nicht die Oktettregel, können aber wieder gemeinsam Elektronenpaare bilden. Beide Atome bilden nun ein gemeinsames Elektronenpaar, aber die Oktettregel wird nicht erfüllt. Jedes Stickstoffatom verfügt nur über sechs Valenzelektronen. Na dann lassen wir doch zwei ungepaarte Elektronen zur nächsten Bindung werden. Die Oktettregel ist immer noch nicht erfüllt. Jedes Stickstoffatom verfügt nur über sieben Valenzelektronen. Aber es gibt eine Tatsache, die wir vorher nicht betont haben. Außerdem sind zwei Elektronen ungepaart und die verschaffen uns ein weiteres Elektronenpaar. Jedes Stickstoffatom verfügt nun über acht Außenelektronen. Wir können das leicht auszählen. Damit ist die Oktettregel erfüllt. Alle Valenzelektronen sind gepaart. Das Molekül können wir wieder mit Strichen darstellen. Und wieder stellen wir etwas Interessantes fest. Die kovalente Bindung im Stickstoffmolekül ist eine Dreifachbindung. Ich hoffe, ihr hattet etwas Freude an diesem Video. Das war ein weiterer Film von Andre Otto. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg. Tschüss!