Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen

Lewis-Formeln – Darstellung chemischer Verbindungen Übung

• Gib die Anzahl der Valenzelektronen sowie die Elementnamen der abgebildeten Atome an.

  Tipps

  Die Außenelektronen befinden sich auf der äußersten Schale.

  Lösung

  Die Hauptgruppennummer gibt an, wie viele Außenelektronen ein Atom eines Elements besitzt. Die Außenelektronen sind die Elektronen, die sich auf der äußersten Schale eines Atoms befinden. Sie sind diejenigen, die Bindungen mit anderen Atomen eingehen.
  Mithilfe des Bohrschen Atommodells kann man die Anordnung der Elektronen darstellen:

  • Das Element Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe des Periodensystems und besitzt nur eine Schale. Auf dieser einen und zugleich äußersten Schale befindet sich nur ein Außenelektron.
  • Sauerstoff ist in der sechsten Hauptgruppe, besitzt zwei Schalen und weist auf der äußersten Schale sechs Außenelektronen vor.
  • Mit fünf Außenelektronen steht Stickstoff logischerweise in der fünften Hauptgruppe.

• Entscheide, um welche Bindungsart es sich handelt.

  Tipps

  Die roten Valenzstriche geben die Bindung der beiden Atome wieder.

  Eine Dreifachbindung wird mit drei Valenzstrichen dargestellt.

  Lösung

  Anhand der Lewis-Schreibweise kann man viele Aussagen über ein Molekül treffen: Man kann die Außenelektronen des jeweiligen Atoms, die freien sowie die bindenden Elektronenpaare ablesen. Dadurch wiederum lässt sich erkennen, um welche Bindungsart es sich handelt: Einfachbindung, Doppelbindung oder Dreifachbindung. In den Abbildungen wurden dabei immer zwei Elektronen zu einem Strich zusammengefasst: einem sogenannten Valenzstrich. Daher werden diese Formeln als Valenzstrichformeln bezeichnet.
  
  

  • Das Wasserstoff-Molekül hat genauso wie das Fluor-Molekül nur ein bindendes Elektronenpaar vorzuweisen. Das bedeutet, dass es sich um eine Einfachbindung handelt.
  • Sauerstoff besitzt im Molekül zwei bindende Elektronenpaare. Deshalb sprechen wir hier von einer Doppelbindung.
  • Ein Stickstoff-Molekül verfügt über drei bindende Elektronenpaare und ist deshalb dreifach gebunden. Das nennt man auch Dreifachbindung.

• Gib an, wieso die Lewis-Schreibweise erfunden wurde.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Über die Außenelektronen werden alle chemischen Bindungen gebildet.

  Lösung

  Gilbert Newton Lewis war ein bedeutender US-amerikanischer Chemiker. Anfang des vorigen Jahrhunderts erfand er die bekannte Lewis-Schreibweise, denn er war mit der bisherigen Schreibweise von Molekülen unzufrieden.

  Mit Summenformeln lässt sich gut darstellen, wie viele Atome jeweils in einem Molekül gebunden sind. Aber sie sagen nichts darüber aus, wie die Atome genau miteinander verbunden sind. Deshalb setzte er sich für eine Darstellung ein, die auch die Außenelektronen miteinbezieht, wie wir das aus dem Bohr’schen Schalenmodell kennen. Denn über diese werden schließlich chemische Bindungen gebildet.

• Erkläre die Bildung einer Atombindung am Beispiel Sauerstoff.

  Tipps

  Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe. Das bedeutet, dass es ein Außenelektron hat.

  In einer Atombindung werden bindende Elektronenpaare ausgebildet.

  Lösung

  Das Element Sauerstoff steht in der sechsten Hauptgruppe sowie zweiten Periode des Periodensystems der Elemente. Daraus können wir ablesen, dass ein Sauerstoffatom sechs Außenelektronen hat. Ihm fehlen also zwei Elektronen zur Erfüllung der Oktettregel.

  Deshalb geht es eine Verbindung mit einem weiteren Sauerstoffatom ein. Die beiden Außenschalen der Atome überlappen sich.
  Wenn jetzt allerdings zwei Atome zusammenkommen und nur ein einziges bindendes Elektronenpaar bilden würden, würden beide Sauerstoffatome nur auf jeweils sieben Außenelektronen kommen.

  Darum muss im Sauerstoff eine Doppelbindung vorliegen. Mit zwei bindenden Elektronenpaaren kommen nämlich beide Sauerstoffatome auf jeweils acht Außenelektronen. Damit ist die Oktettregel erfüllt.

• Bestimme die Bindung der Moleküle.

  Tipps

  Fluor und Wasserstoff liegen in einer Einfachbindung vor. Einfachbindungen werden mit einem Valenzstrich dargestellt.

  Lösung

  Ein Molekül kann man sowohl in der Summenformel als auch in der Strukturformel darstellen. Während die Summenformel nur Auskunft darüber gibt, wie viele Atome eines Elements in einer Verbindung vorkommen, macht die Strukturformel genauere Angaben über ein Molekül.
  Man kann die Außenelektronen des jeweiligen Atoms, die freien sowie die bindenden Elektronenpaare ablesen. Dadurch wiederum lässt sich erkennen, um welche Bindungsart es sich handelt.
  
  

  • Die Verbindung Wasserstoff wird mit $\ce{H2}$ dargestellt. Es besitzt ein bindendes Elektronenpaar. Daher handelt es sich um eine Einfachbindung.
  • Die Summenformel von einem Sauerstoff-Molekül ist $\ce{O2}$. Mit zwei bindenden Elektronenpaaren sprechen wir von einer Doppelbindung.
  • Ein Stickstoff-Molekül wird mit der Kurzform $\ce{N2}$ dargestellt. Die beiden Stickstoffatome gehen eine Dreifachbindung ein, da sie drei bindende Elektronenpaare haben.
  • Bei Fluor verhält es sich wie bei Wasserstoff: Ein Fluoratom geht eine Einfachbindung mit einem weiteren ein. Die Summenformel lautet $\ce{F2}$.

• Charakterisiere die Moleküle.

  Tipps

  Jeweils zwei Elektronen werden zu einem Elektronenpaar zusammengefasst. Diese werden mit einem Strich dargestellt.

  Die roten Valenzstriche stellen die bindenden Elektronenpaare dar.

  Lösung

  Anhand der Lewis-Schreibweise kann man viele Aussagen über ein Molekül treffen: Man kann die Außenelektronen des jeweiligen Atoms, die freien sowie die bindenden Elektronenpaare ablesen. Dadurch wiederum lässt sich erkennen, um welche Bindungsart es sich handelt: Einfachbindung, Doppelbindung oder Dreifachbindung. In den Abbildungen wurden dabei immer zwei Elektronen zu einem Strich zusammengefasst: einem sogenannten Valenzstrich. Daher werden diese Formeln als Valenzstrichformeln bezeichnet.

  $\underline{\text{Wasserstoff}:}$

  • jeweils ein Außenelektron
  • kein freies Elektronenpaar
  • ein bindendes Elektronenpaar $\to$ Einfachbindung

  
  $\underline{\text{Sauerstoff}:}$

  • jeweils sechs Außenelektronen
  • vier freie Elektronenpaare
  • zwei bindende Elektronenpaare $\to$ Doppelbindung

  
  $\underline{\text{Stickstoff}:}$

  • jeweils fünf Außenelektronen
  • zwei freie Elektronenpaare
  • drei bindende Elektronenpaare $\to$ Dreifachbindung