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Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen

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André Otto
Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen

Inhalt

Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen

Atome und Moleküle lassen sich auf verschiedene Arten darstellen. Eine Art ist die Lewis-Formel oder auch Lewis-Schreibweise genannt. Doch was sind Lewis-Formeln überhaupt? Und wie werden sie angewendet? Das alles erfährst du im folgenden Text.

Was ist die Lewis-Formel? – Chemie

Einfach erklärt ist die Lewis-Formel eine Elektronenformel. Und wie lässt sich die Lewis-Formel aufstellen? Du stellst ein Element mit der Lewis-Schreibweise dar, indem du am Elementsymbol die Valenzelektronen als Punkte zeichnest. Moleküle, Atome und Ionen möchten die Edelgaskonfiguration erreichen, da diese besonders stabil ist. Dazu kannst du auch Oktettregel sagen. Und was bedeutet das nun? Die meisten Atome, Moleküle und Ionen möchten acht Valenzelektronen haben. Und wie findest du nun heraus, wie viele Elektronen – also Punkte in der Lewis-Schreibweise – ein Element hat? Dazu schaust du dir einfach an, in welcher Hauptgruppe sich das Element befindet. Du zeichnest dann genauso viele Punkte neben das Element wie die Zahl der Hauptgruppennummer.

Wasserstoff $H$ befindet sich in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems und es besitzt somit nur ein Valenzelektron. Neben das chemische Symbol für Wasserstoff $H$ wird nun ein Punkt gezeichnet. Im folgenden Bild siehst du die Lewis-Schreibweise für Wasserstoff. Weitere Beispiele findest du in der Abbildung im nächsten Abschnitt, wo die Lewis-Schreibweise mit der Valenzstrichformel verglichen wird.

Lewis-Formel am Beispiel Wasserstoff H2, Valenzstrichformel und Lewis Formel

Sauerstoff $O$ befindet sich in der sechsten Hauptgruppe und hat somit sechs Valenzelektronen. Du zeichnest dann sechs Punkte neben das Sauerstoffsymbol. Das Element Stickstoff $N$ befindet sich in der fünften Hauptgruppe und erhält somit fünf Punkte.

Ist die Lewis-Formel die Valenzstrichformel?

Mit der Lewis-Schreibweise kannst du so die Struktur von Atomen und Molekülen darstellen. Du kannst also mit der Lewis-Formel das Molekül abbilden. Und was wird mit der Lewis-Schreibweise dargestellt? Die Lewis-Formel zeigt, dass zwei Elektronen eine Verbindung ergeben. Bei der Lewis-Formel bleiben die zwei Punkte erhalten, während bei der Valenzstrichformel zwei Elektronen zu einem Bindestrich zusammengefasst werden. In beiden Darstellungen bilden zwei Elektronen eine kovalente Bindung oder Elektronenpaarbindung aus. Zwei Wasserstoffatome gehen eine Verbindung ein und es entsteht Wasserstoff $H_2$. Die beiden Valenzelektronen von Wasserstoff bilden eine kovalente Bindung aus. Du kannst dir die Unterschiede zwischen der Lewis-Formel und der Valenzstrichformel am Beispiel von Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff in der folgenden Abbildung ansehen:

Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff als Lewis Schreibweise mit einem Valenzelektron

Dieses Video

In diesem Video lernst du die Lewis-Formel kennen und du siehst, wie man sie aufstellt. Du erfährst die Funktion und Aussage der Lewis-Formel. Die Lewis-Formel ist eine Elektronenformel, in der die Valenzelektronen eines Elements als Punkte dargestellt werden. Zwei Elektronen bilden eine Verbindung aus. Die Verbindung wird in der Valenzstrich-Schreibweise als Bindestrich gekennzeichnet. Mit der Lewis-Formel lässt sich die Struktur des Moleküls darstellen.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben zur Lewis-Formel, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Transkript 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!

21 Kommentare

21 Kommentare
  1. Dankeschön. Sie haben das sehr gut erklärt, ich habs verstanden

    Von Harry Potter, vor mehr als einem Jahr
  2. hallo shinra

    Von Itslearning Nutzer 2535 405487, vor etwa 2 Jahren
  3. Tolles Video. Sehr gut erklärt. Danke!

    Von Grote Family, vor etwa 2 Jahren
  4. Seeeehr laaangsaaaaam geeeeesproooocheeeen:/

    Von Omar A., vor etwa 3 Jahren
  5. Unglaublich informatives Video! :)

    Von Ksenal, vor mehr als 3 Jahren
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Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre, woran sich im Periodensystem die Anzahl der Außenelektronen eines Atoms erkennen lässt.

    Tipps

    Das Periodensystem ist nach bestimmten Prinzipien geordnet.

    Wenn du von einem Element zum nächsten nach rechts gehst, erhöht sich die Anzahl der Außenelektronen. Gehst du allerdings ein Element tiefer, bleibt sie gleich.

    Lithium (Li) und Natrium (Na) haben dieselbe Anzahl an Außenelektronen.

    Lösung

    Die Elemente im Periodensystem sind nach einem ganz bestimmten Prinzip angeordnet. Die Ordnungszahl gibt die Gesamtanzahl der Elektronen an, d.h., wenn du im Periodensystem von links nach rechts gehst, steigt die Ordnungszahl und somit auch die Anzahl der Elektronen. Die Anzahl der Außenelektronen kannst du an der Hauptgruppennummer ablesen. Alle Elemente, die in einer Hauptgruppe stehen, haben somit also dieselbe Anzahl an Außenelektronen. Der Unterschied liegt nur in der Anzahl der Schalen. Diese kannst du an der Periode ablesen. Wenn du also ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und in der zweiten Periode hast, dann befinden sich zwei Außenelektronen auf der zweiten Schale.

    Eine Ausnahme ist Helium. Helium hat maximal 2 Außenelektronen, obwohl es in der achten Hauptgruppe steht.

  • Gib an, welche Bindung in den Molekülen vorliegt.

    Tipps

    Sieh dir an, in welcher Hauptgruppe die Elemente stehen. Genauso groß ist die Anzahl der Außenelektronen.

    Zwischen den Außenelektronen können sich Bindungen ausbilden. Dann gehören die beiden Bindungselektronen zu beiden Partnern.

    Atome streben eine volle Schale an. Das heißt, sie gehen so viele Bindungen ein, bis sie acht Elektronen um sich haben, bzw. zwei Elektronen beim Wasserstoff.

    Lösung

    Sieh dir zunächst an, in welcher Hauptgruppe die Elemente stehen, also wie viele Außenelektronen die Atome haben. Nun kannst du die Anzahl der Außenelektronen als kleine Punkte um das Atom verteilen. Wenn sich nun zwei der Atome, oder wie beim Wassermolekül drei Atome, treffen, dann bilden sich Bindungen, bestehend aus zwei Elektronen, aus. Diese zwei Bindungselektronen gehören nun zu beiden Atomen, die an der Bindung beteiligt sind. Die Atome streben nach einer vollen Achterschale, da diese besonders stabil ist. Und so strebt der Wasserstoff nach einer vollbesetzten Schale mit zwei Elektronen, da dann die erste Schale voll ist. Es bilden sich nun also genau so viele Bindungen zwischen den Atomen aus, bis beide Partner acht Elektronen um sich haben. Bilde also eine Bindung nach der anderen und zähle, wann die Achterschale erreicht ist.

  • Bestimme die richtige Anzahl der Außenelektronen für folgende Elemente.

    Tipps

    Alle Elemente einer Hauptgruppe haben auch dieselbe Anzahl an Außenelektronen.

    Lösung

    Die Anzahl der Außenelektronen, die ein Atom besitzt, lässt sich an der Hauptgruppennummer ablesen. Alle Elemente einer Hauptgruppe besitzen also dieselbe Anzahl an Außenelektronen. Schau also ins Periodensystem und suche dir die Elemente heraus. Nach einiger Zeit wirst du auch ohne langes Suchen wissen, in welcher Hauptgruppe welches Element steht. Dann kannst du die Elemente ganz leicht zuordnen.

  • Bestimme, welche Bindung in dem Molekül Kohlenstoffdioxid vorliegt.

    Tipps

    Sieh dir an, wie viele Außenelektronen die beteiligten Atome besitzen.

    Bilde Bindungen und sieh dir an, ob die Oktettregel erfüllt ist.

    Lösung

    Willst du eine Lewis-Formel aufstellen, musst du zunächst schauen, wie viele Außenelektronen die beteiligten Partner haben. In diesem Fall befindet sich ein Kohlenstoffatom mit vier Außenelektronen in der Mitte und daran gebunden sind zwei Sauerstoffatome mit sechs Außenelektronen. Bildest du nun eine Einfachbindung zwischen Sauerstoff und Kohlenstoffatom aus und zählst dann die Elektronen, dann besitzt der Sauerstoff nur sieben Außenelektronen, er strebt aber acht an. Es bildet sich also noch eine zweite Bindung aus, eine Doppelbindung. Nun haben sowohl der Kohlenstoff als auch der Sauerstoff acht Elektronen, die Oktettregel ist also erfüllt. Mehr Bindungen kann der Kohlenstoff nicht eingehen, da er nur vier Valenzelektronen besitzt.

  • Erkläre, wie ein stabiles Molekül gebildet wird.

    Tipps

    Bindungen können nur Außenelektronen eingehen, diese werden auch Valenzelektronen genannt.

    Eine Bindung besteht aus zwei Elektronen.

    Bedenke die „Oktettregel“.

    Lösung

    Wenn ein Atom mit einem anderen eine Bindung eingeht, dann erfolgt das über ihre Außenelektronen. Bei einem Molekül bildet sich dann zwischen zwei Partnern eine chemische Bindung, bestehend aus einem Elektronenpaar, das aus zwei Elektronen besteht, aus. Jedes Atom strebt in der Regel dabei eine volle Achterschale an. Ein Molekül ist also besonders stabil, wenn es acht Außenelektronen, oder auch Valenzelektronen genannt, um sich hat. Ausnahme dafür ist Helium, das mit nur 2 Außenelektronen schon stabil ist.

  • Ermittle die Lewis-Formel eines Chlormoleküls.

    Tipps

    Die Bindungselektronen werden zu beiden Partnern gezählt.

    Beachte die Oktettregel.

    Lösung

    Wenn Atome eine Bindung eingehen, dann können sie das nur über ihre Valenzelektronen tun. Chlor steht in der siebten Hauptgruppe und hat somit sieben Valenzelektronen. Diese sieben Außenelektronen je Chloratom können nun theoretisch verschieden viele Bindungen eingehen. Das tun sie aber nicht, da jedes Chloratom bestrebt ist, acht Elektronen um sich zu haben (Oktettregel). Wenn du nun bei den verschiedenen Lewisformeln die Elektronen je Chlor zählst, wirst du feststellen, dass die Oktettregel nur erfüllt ist, wenn sich eine Einfachbindung zwischen den Atomen bildet. Die richtige Formel ist also A.

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