Geometrie von Verbindungen: Unterschied zwischen den Versionen

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(Lewisschreibweise bei Verbindungen)
 
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Die letzten Aufgaben waren noch recht einfach, da man nur zwei Arten von Atomen hatte. Wenn 3 oder mehr Arten und vor allem auch eine größere Anzahl beteiligt ist, kann man leicht Fehler machen. In der letzten Aufgabe zeigte sich ein möglicher Fehler. Außerdem solltest du zur Kontrolle noch folgendes beachten:
 
Die letzten Aufgaben waren noch recht einfach, da man nur zwei Arten von Atomen hatte. Wenn 3 oder mehr Arten und vor allem auch eine größere Anzahl beteiligt ist, kann man leicht Fehler machen. In der letzten Aufgabe zeigte sich ein möglicher Fehler. Außerdem solltest du zur Kontrolle noch folgendes beachten:
  
{{Kurzregel|Fehler die beim Zeichnen der Lewisschreibweise öfter sauftreten, sollten zur Sicherheit immer kontrolliert werden:
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{{Kurzregel|Fehler die beim Zeichnen der Lewisschreibweise öfters auftreten, sollten zur Sicherheit immer kontrolliert werden:
 
* Ist bei jedem Atom die Edelgasregel erfüllt? (''Achtung: Wasserstoff braucht nur zwei Elektronen!'')
 
* Ist bei jedem Atom die Edelgasregel erfüllt? (''Achtung: Wasserstoff braucht nur zwei Elektronen!'')
 
* Ist die Gesamtanzahl der äußeren Elektronen gleich der Anzahl der Elektronen in der Lewisschreibweise?
 
* Ist die Gesamtanzahl der äußeren Elektronen gleich der Anzahl der Elektronen in der Lewisschreibweise?
* Hat jedes Atom nur so viele Bindungselektronenpaare, wie es ungepaarte Elektronen hatte? (''Gilt bei bei Elemente in der 3. oder weiteren Perioden sind nicht immer, da ja Platz für mehr als 8 Elektronen sind.'')
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* Hat jedes Atom nur so viele Bindungselektronenpaare, wie es ungepaarte Elektronen hatte? (''Gilt bei bei Elemente in der 3. oder weiteren Perioden sind nicht immer, da ja Platz für mehr als 8 Elektronen sind.'')}}
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{{AufgabeNr|2|Nutze den Molekülbaukasten, um die Moleküle mit den folgenden Summenformeln zusammenzubauen und sie dann in Lewisschreibweise festzuhalten.
 
{{AufgabeNr|2|Nutze den Molekülbaukasten, um die Moleküle mit den folgenden Summenformeln zusammenzubauen und sie dann in Lewisschreibweise festzuhalten.
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| trigonal-bipyramidal
 
| trigonal-bipyramidal
 
| 90° oder 120°
 
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| quadratisch-bipyramidal
 
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[[File:Methane-2D-square.png|right|110px]]Wie bei der Lewisschreibweise von Methan kann man auch in einer "flachen" Darstellung andeuten, wie die räumlichen Anordnung ist. Man verwendet dazu Keile (''siehe Tabelle'') um anzudeuten, das etwa ein Atom oberhalb der Blattebene liegen müsste bzw. eine gestrichelte Linie, um zu verdeutlichen, dass das Atom hinter der Blattebene liegen müsste. Dies wird nicht immer gemacht und meist bei Methan die "flache" Darstellung (''siehe rechts'') verwendet, denn es wird vorausgesetzt, dass die Regeln zur räumlichen Anordnung bekannt sind.  
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[[File:Methane-2D-square.png|right|110px]]Wie bei der Lewisschreibweise von Methan kann man auch in einer "flachen" Darstellung andeuten, wie die räumlichen Anordnung ist. Man verwendet dazu Keile (''siehe Tabelle'') um anzudeuten, das etwa ein Atom oberhalb der Blattebene liegen müsste bzw. eine gestrichelte Linie, um zu verdeutlichen, dass das Atom hinter der Blattebene liegen müsste. Dies wird nicht immer gemacht und meist bei Methan die "flache" Darstellung (''siehe rechts'') verwendet, denn es wird vorausgesetzt, dass die Regeln zur räumlichen Anordnung bekannt sind.
 
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=== Reale Strukturen in der Tetraedrischen Anordnung ===
 
=== Reale Strukturen in der Tetraedrischen Anordnung ===
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== Vorhersagen bei freien Elektronenpaaren am Zentralatom ==
 
== Vorhersagen bei freien Elektronenpaaren am Zentralatom ==
Wenn keine freien Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind, können [[Molekülstruktur]]en recht einfach durch Abzählen der „[[Substituent|Reste]]“ vorhergesagt werden.
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:'''Teilkopie aus Wikipedia-Artikel''' {{wpde|VSEPR-Modell|VSEPR-Modell}}
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Wenn keine freien Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind, können Molekülstrukturen recht einfach durch Abzählen der „Reste“ vorhergesagt werden.
  
Dennoch lässt sich auch die Betrachtung von Verbindungen mit einem oder mehreren [[Stereochemie|stereochemisch]] aktiven, freien Elektronenpaaren näherungsweise schematisieren. Dazu werden diese - ähnlich wie Bindungspartner - als Pseudoliganden behandelt und mit dem griechischen Buchstaben&nbsp;„ψ“ gekennzeichnet. So gelangt man zur '''Pseudostruktur''' des jeweiligen Moleküls.
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Dennoch lässt sich auch die Betrachtung von Verbindungen mit einem oder mehreren freien Elektronenpaaren näherungsweise schematisieren. Dazu werden diese - ähnlich wie Bindungspartner - als Pseudoliganden behandelt und mit dem griechischen Buchstaben&nbsp;„ψ“ gekennzeichnet. So gelangt man zur '''Pseudostruktur''' des jeweiligen Moleküls.
  
Beispiel: das Sauerstoffatom des [[Wassermolekül]]s, an welches zwei Wasserstoffatome [[kovalent]] gebunden sind (X&nbsp;=&nbsp;2), weist zwei freie Elektronenpaare auf (E&nbsp;=&nbsp;2). Daraus ergibt sich eine Anzahl von #&nbsp;=&nbsp;2&nbsp;+&nbsp;2&nbsp;=&nbsp;4 Pseudoliganden und somit eine tetraedrische Pseudostruktur, die als ''ψ''<sup>2</sup>-[[Tetraeder]] beschrieben werden kann. Indem nun die freien Elektronenpaare „weggedacht“ werden, bleibt die in diesem Fall gewinkelte '''Realstruktur''' zurück, die nur durch die Atomkerne beschrieben wird.
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Beispiel: das Sauerstoffatom des Wassermoleküls, an welches zwei Wasserstoffatome kovalent gebunden sind (X&nbsp;=&nbsp;2), weist zwei freie Elektronenpaare auf (E&nbsp;=&nbsp;2). Daraus ergibt sich eine Anzahl von #&nbsp;=&nbsp;2&nbsp;+&nbsp;2&nbsp;=&nbsp;4 Pseudoliganden und somit eine tetraedrische Pseudostruktur, die als ''ψ''<sup>2</sup>-Tetraeder beschrieben werden kann. Indem nun die freien Elektronenpaare „weggedacht“ werden, bleibt die in diesem Fall gewinkelte '''Realstruktur''' zurück, die nur durch die Atomkerne beschrieben wird.
  
 
Ein Beispiel für ein ''ψ''<sup>1</sup>-Tetraeder, d.&nbsp;h. mit nur einem freien Elektronenpaar, ist das [[Ammoniak]]-Molekül NH<sub>3</sub>.
 
Ein Beispiel für ein ''ψ''<sup>1</sup>-Tetraeder, d.&nbsp;h. mit nur einem freien Elektronenpaar, ist das [[Ammoniak]]-Molekül NH<sub>3</sub>.
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! Molekültypen{{FN|a}}
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! Beispiel
 
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! Ψ - Struktur / Pseudostruktur{{FN|b}}
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! Ψ - Struktur / Pseudostruktur
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! Winkel
 
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| 1 || [[Datei:AX1E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub> || [[Wasserstoff|H<sub>2</sub>]] || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />[[Linearität|linear]] || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
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| 1 || [[Datei:AX1E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub> || H<sub>2</sub> || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br /> linear || 180°
 
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|valign="top" rowspan="2" |2 || [[Datei:AX2E0-2D.png|128px]]<br />AX<sub>2</sub> || [[Berylliumchlorid|BeCl<sub>2</sub>]]<br /> [[Kohlenstoffdioxid|CO<sub>2</sub>]] || [[Datei:AX2E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || [[Datei:Linear-3D-balls.png|64px]]<br />linear ||180°
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|valign="top" rowspan="2" |2 || [[Datei:AX2E0-2D.png|128px]]<br />AX<sub>2</sub> || BeCl<sub>2</sub><br /> CO<sub>2</sub> || [[Datei:AX2E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || [[Datei:Linear-3D-balls.png|64px]]<br />linear ||180°
 
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| [[Datei:AX1E1-2D.png|128px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>1</sub> || || [[Datei:AX1E1-3D-balls.png|64px]]<br />linear || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
| [[Datei:AX1E1-2D.png|128px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>1</sub> || || [[Datei:AX1E1-3D-balls.png|64px]]<br />linear || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
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|valign="top" rowspan="3" |3 || [[Datei:AX3E0-side-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub> || [[Bortrifluorid|BF<sub>3</sub>]]<br />[[Nitrat|NO<sub>3</sub><sup>−</sup>]]<br />[[Carbonat|CO<sub>3</sub><sup>2−</sup>]] || [[Datei:AX3E0-3D-balls.png|64px]]<br />[[Dreieck|trigonal planar]] || [[Datei:Trigonal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || 120°
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|valign="top" rowspan="3" |3 || [[Datei:AX3E0-side-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub> || BF<sub>3</sub><br />NO<sub>3</sub><sup>−</sup><br/>CO<sub>3</sub><sup>2−</sup> || [[Datei:AX3E0-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || [[Datei:Trigonal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || 120°
 
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| [[Datei:AX2E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E || [[Schwefeldioxid|SO<sub>2</sub>]]<br />[[Ozon|O<sub>3</sub>]]<br />[[Nitrit|NO<sub>2</sub><sup>−</sup>]] || [[Datei:AX2E1-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || [[Datei:Bent-3D-balls.png|64px]]<br />gewinkelt || ca. 115°
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| [[Datei:AX2E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E || SO<sub>2</sub><br />O<sub>3</sub><br />NO<sub>2</sub><sup>−</sup> || [[Datei:AX2E1-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || [[Datei:Bent-3D-balls.png|64px]]<br />gewinkelt || ca. 115°
 
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| [[Datei:AX1E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>2</sub> || || [[Datei:AX1E2-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
| [[Datei:AX1E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>2</sub> || || [[Datei:AX1E2-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal planar || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
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|valign="top" rowspan="4" |4 || [[Datei:AX4E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub> || [[Methan|CH<sub>4</sub>]]<br />[[Sulfatanion|SO<sub>4</sub><sup>2−</sup>]] [[Phosphat|PO<sub>4</sub><sup>3−</sup>]]<br />[[Perchlorat|ClO<sub>4</sub><sup>−</sup>]] || [[Datei:AX4E0-3D-balls.png|64px]]<br />[[Tetraeder|tetraedrisch]] || [[Datei:Tetrahedral-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || 109,5°
+
|valign="top" rowspan="4" |4 || [[Datei:AX4E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub> || CH<sub>4</sub><br />SO<sub>4</sub><sup>2−</sup> PO<sub>4</sub><sup>3−</sup><br />ClO<sub>4</sub><sup>−</sup> || [[Datei:AX4E0-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:Tetrahedral-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || 109,5°
 
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| [[Datei:AX3E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub>E || [[Ammoniak|NH<sub>3</sub>]]<br />[[Phosphortrichlorid|PCl<sub>3</sub>]] || [[Datei:AX3E1-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:Pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />[[Dreieck|trigonal]]-[[Pyramide (Geometrie)|pyramidal]] || ca. 107°
+
| [[Datei:AX3E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub>E || NH<sub>3</sub><br />PCl<sub>3</sub> || [[Datei:AX3E1-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:Pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-pyramidal || ca. 107°
 
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| [[Datei:AX2E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E<sub>2</sub> || [[Wassermolekül|H<sub>2</sub>O]] || [[Datei:AX2E2-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:Bent-3D-balls.png|64px]]<br />gewinkelt || ca. 104°
+
| [[Datei:AX2E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E<sub>2</sub> || H<sub>2</sub>O || [[Datei:AX2E2-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:Bent-3D-balls.png|64px]]<br />gewinkelt || ca. 104°
 
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| [[Datei:AX1E3-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>3</sub> || [[Chlorwasserstoff|HCl]] || [[Datei:AX1E3-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
+
| [[Datei:AX1E3-2D.png|64px]]<br />AX<sub>1</sub>E<sub>3</sub> || HCl || [[Datei:AX1E3-3D-balls.png|64px]]<br />tetraedrisch || [[Datei:AX1E0-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
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|valign="top" rowspan="4" |5 || [[Datei:AX5E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>5</sub> || [[Phosphorpentachlorid|PCl<sub>5</sub>]] || [[Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />[[Dreieck|trigonal]]-[[Bipyramide|bipyramidal]] || [[Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || 120° / 90°
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|valign="top" rowspan="4" |5 || [[Datei:AX5E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>5</sub> || PCl<sub>5</sub> || [[Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || 120° / 90°
 
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| [[Datei:AX4E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub>E || [[Schwefeltetrafluorid|SF<sub>4</sub>]], [[Schwefeltetrachlorid|SCl<sub>4</sub>]] || [[Datei:AX4E1-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:Seesaw-3D-balls.png|64px]]<br />"Wippe", bisphenoidal || ca. 175° / 110°
+
| [[Datei:AX4E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub>E || SF<sub>4</sub>, SCl<sub>4</sub> || [[Datei:AX4E1-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:Seesaw-3D-balls.png|64px]]<br />"Wippe", bisphenoidal || ca. 175° / 110°
 
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| [[Datei:AX3E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub>E<sub>2</sub> || [[Chlortrifluorid|ClF<sub>3</sub>]] || [[Datei:AX3E2-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:T-shaped-3D-balls.png|64px]]<br />T-förmig || ca. 87,5°
+
| [[Datei:AX3E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>3</sub>E<sub>2</sub> || ClF<sub>3</sub> || [[Datei:AX3E2-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:T-shaped-3D-balls.png|64px]]<br />T-förmig || ca. 87,5°
 
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| [[Datei:AX2E3-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E<sub>3</sub> || [[Xenondifluorid|XeF<sub>2</sub>]] || [[Datei:AX2E3-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:Linear-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
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| [[Datei:AX2E3-2D.png|64px]]<br />AX<sub>2</sub>E<sub>3</sub> || XeF<sub>2</sub> || [[Datei:AX2E3-3D-balls.png|64px]]<br />trigonal-bipyramidal || [[Datei:Linear-3D-balls.png|64px]]<br />linear || 180°
 
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|valign="top" rowspan="3" |6 || [[Datei:AX6E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>6</sub> || [[Schwefelhexafluorid|SF<sub>6</sub>]] || [[Datei:AX6E0-3D-balls.png|64px]]<br />[[Oktaeder|oktaedrisch]] (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Octahedral-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br />trigonal-antiprismatisch) || 90°
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|valign="top" rowspan="3" |6 || [[Datei:AX6E0-2D.png|64px]]<br />AX<sub>6</sub> || SF<sub>6</sub> || [[Datei:AX6E0-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Octahedral-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br />trigonal-antiprismatisch) || 90°
 
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| [[Datei:AX5E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>5</sub>E || [[Chlorpentafluorid|ClF<sub>5</sub>]] || [[Datei:AX5E1-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Square-pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />quadratisch-pyramidal || ca. 85°
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| [[Datei:AX5E1-2D.png|64px]]<br />AX<sub>5</sub>E || ClF<sub>5</sub || [[Datei:AX5E1-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Square-pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />quadratisch-pyramidal || ca. 85°
 
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| [[Datei:AX4E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub>E<sub>2</sub> || [[Xenontetrafluorid|XeF<sub>4</sub>]] || [[Datei:AX4E2-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Square-planar-3D-balls.png|64px]]<br />[[Quadrat (Geometrie)|quadratisch-planar]] || 90°
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| [[Datei:AX4E2-2D.png|64px]]<br />AX<sub>4</sub>E<sub>2</sub> || XeF<sub>4</sub> || [[Datei:AX4E2-3D-balls.png|64px]]<br />oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,<br /> trigonal-antiprismatisch) || [[Datei:Square-planar-3D-balls.png|64px]]<br />quadratisch-planar || 90°
 
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|valign="top" rowspan="3" |7 || [[Datei:AX7E0-2D.png|72px]]<br />AX<sub>7</sub> || [[Iodheptafluorid|IF<sub>7</sub>]] || [[Datei:AX7E0-3D-balls.png|64px]]<br />[[Fünfeck|pentagonal]]-[[Bipyramide|bipyramidal]] || [[Datei:Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || 90° / 72°
+
|valign="top" rowspan="3" |7 || [[Datei:AX7E0-2D.png|72px]]<br />AX<sub>7</sub> || IF<sub>7</sub> || [[Datei:AX7E0-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || [[Datei:Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || 90° / 72°
 
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| [[Datei:AX6E1-2D.png|72px]]<br />AX<sub>6</sub>E || [XeOF<sub>5</sub>]<sup>−</sup> || [[Datei:AX6E1-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || [[Datei:Pentagonal-pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-pyramidal || ca. 90° / ca. 72°
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| [[Datei:AX6E1-2D.png|72px]]<br />AX<sub>6</sub>E || XeOF<sub>5</sub>]<sup>−</sup> || [[Datei:AX6E1-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || [[Datei:Pentagonal-pyramidal-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-pyramidal || ca. 90° / ca. 72°
 
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| [[Datei:AX5E2-2D.png|72px]]<br />AX<sub>5</sub>E<sub>2</sub> || XeF<sub>5</sub><sup>−</sup> || [[Datei:AX5E2-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || [[Datei:Pentagonal-planar-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-planar || 72°
 
| [[Datei:AX5E2-2D.png|72px]]<br />AX<sub>5</sub>E<sub>2</sub> || XeF<sub>5</sub><sup>−</sup> || [[Datei:AX5E2-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-bipyramidal || [[Datei:Pentagonal-planar-3D-balls.png|64px]]<br />pentagonal-planar || 72°

Aktuelle Version vom 11. September 2016, 19:44 Uhr

Inhaltsverzeichnis

Lewisschreibweise bei Verbindungen

Wichtige Begriffe:
  • Summenformel: Gibt die Anzahl der einzelnen Atome in dem Molekül mit Hilfe der Symbolschreibweise an.
Beispiel: Wasser hat die Summenformel H2O
  • Strukturformel: Aufbau und Verknüpfung der Atome in einem Molekül in der Lewisschreibweise dargestellt.
Beispiel: Wasser hat die Strukturformel H2O.svg


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 1

Bestimme die Lewisschreibweise für die folgenden Verbindungen: H2S, NH3, HBr, AlCl3, Ethylen C2H2


Die letzten Aufgaben waren noch recht einfach, da man nur zwei Arten von Atomen hatte. Wenn 3 oder mehr Arten und vor allem auch eine größere Anzahl beteiligt ist, kann man leicht Fehler machen. In der letzten Aufgabe zeigte sich ein möglicher Fehler. Außerdem solltest du zur Kontrolle noch folgendes beachten:


Fehler die beim Zeichnen der Lewisschreibweise öfters auftreten, sollten zur Sicherheit immer kontrolliert werden:
  • Ist bei jedem Atom die Edelgasregel erfüllt? (Achtung: Wasserstoff braucht nur zwei Elektronen!)
  • Ist die Gesamtanzahl der äußeren Elektronen gleich der Anzahl der Elektronen in der Lewisschreibweise?
  • Hat jedes Atom nur so viele Bindungselektronenpaare, wie es ungepaarte Elektronen hatte? (Gilt bei bei Elemente in der 3. oder weiteren Perioden sind nicht immer, da ja Platz für mehr als 8 Elektronen sind.)


Nuvola apps korganizer.png   Aufgabe 2

Nutze den Molekülbaukasten, um die Moleküle mit den folgenden Summenformeln zusammenzubauen und sie dann in Lewisschreibweise festzuhalten.

Formaldehyd H2CO, Methanal CH2OH, PH3, Kohlensäure H2CO3, Cyanwasserstoff HCN, Ameisensäure HCOOH, Ethanol C2H5OH, Benzol C6H6, Heptan C7H16

Tipp: Erst ein Molekül zusammenbauen, dann die Atome entsprechend der Anordnung im Modell ins Heft zeichnen, dann erst die Striche für die Bindungselektronen- und freien Elektronenpaare zeichnen, Abschlusskontrolle um Fehler auszuschließen. Lösung auf Extra-Seite


Regeln zur räumlichen Anordnung von Atomen in Molekülen

Baut man eine Molekül mit dem Baukasten zusammen, so sieht man nicht nur, wie ein Molekül aufgebaut ist, sondern nebenbei auch noch die genaue räumliche Anordnung. Welches Winkel zwischen den Bindungen sind, ob ein Molekül ganz eben ist, wie etwa das Benzol, oder sogar ganz gestreckt.

Da dies bei der "flachen" Darstellung in der Lewisschreibweise verloren geht, muss man wissen, wo man welche Winkel hat ... und das lässt sich aus der Lewisschreibweise einigermaßen genau ablesen.

Dazu nun ein paar Regeln und Beispiele.

Grundregeln EPA (Elektronenpaarabstoßungsmodell):
  1. Elektronenwolken versuchen einen möglichst großen Abstand voneinander zu haben.
  2. Einfach-, Doppelt- und Dreifachbindungen werden wie eine Elektronenwolke gezählt.
  3. Freie Elektronenpaare werden wie eine Bindung gezählt.


Pseudostrukturen

Die vier Kugelwolken, werden zwar meist "flach" dargestellt, tatsächlich aber verteilen sich die vier Kugelwolken gleichmässig um den Kern herum. Sie haben dann eine sogenannte Tetraedrische Anordnung, wobei der Kern in der Mitte des Tetraeders liegt und die Kugelwolken kann man sich an den Ecken des Tetraeders vorstellen. Durch Doppelbindungen kann es aber auch zu anderen Anordnungen kommen, da man dann nicht vier "Anhängsel" sondern nur drei oder gar zwar hat.

Unter der Beachtung der Regeln ergeben sich damit für eine bestimmte Anzahl an "Anhängsel" an einem Atom (ob Atom oder freies Elektronenpaar) mehrere sogenannte Pseudo-Strukturen. Man verwendet die Vorsilbe "Pseudo" für die nun folgenden Strukturen, weil freie Elektronen zwar Platz benötigen aber nur die Atome „sichtbar“ sind. Daraus ergeben sich die Realstrukturen, die im nächsten Abschnitt genauer betrachtet werden.

Bezeichnung Winkel allgemeine Darstellung Beispiel Beispiel in Lewisschreibweise
linear 180° AX1E0-3D-balls.png H2 Wasserstoff.svg
linear 180° AX2E0-3D-balls.png CO2 Carbon dioxide.svg
trigonal-planar 120° AX3E0-3D-balls.png Formaldehyd H2CO Formaldehyde-2D.svg
tetraedrisch 109,5° AX4E0-3D-balls.png Methan CH4 Methane-2D-stereo.svg
trigonal-bipyramidal 90° oder 120° Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png PCl5 Phosphorus-pentachloride-2D.png
quadratisch-bipyramidal 90° AX6E0-3D-balls.png SF6 Sulfur-hexafluoride-2D-small.png
Methane-2D-square.png
Wie bei der Lewisschreibweise von Methan kann man auch in einer "flachen" Darstellung andeuten, wie die räumlichen Anordnung ist. Man verwendet dazu Keile (siehe Tabelle) um anzudeuten, das etwa ein Atom oberhalb der Blattebene liegen müsste bzw. eine gestrichelte Linie, um zu verdeutlichen, dass das Atom hinter der Blattebene liegen müsste. Dies wird nicht immer gemacht und meist bei Methan die "flache" Darstellung (siehe rechts) verwendet, denn es wird vorausgesetzt, dass die Regeln zur räumlichen Anordnung bekannt sind.

Reale Strukturen in der Tetraedrischen Anordnung

Zunächst einmal eine Übersicht und dann folgen ein paar Erklärungen. In einer "mathematischen" Darstellung lassen sich die Strukturen hier von allen Seiten betrachten.

Pseudostruktur Reale Struktur Bezeichnung Reale Struktur Berechneter Winkel Beispiel Beispiel in Lewisschreibweise Tatsächlicher Winkel
AX4E0-3D-balls.png AX4E0-3D-balls.png tetraedrisch 109,5° Methan CH4 Methane-2D-stereo.svg 109,5°
AX3E1-3D-balls.png Pyramidal-3D-balls.png trigonal pyramidal 109,5° Ammoniak NH3 Ammoniak.svg 107,8°
AX2E2-3D-balls.png Bent-3D-balls.png gewinkelt 109,5° Wasser H2O H2O.svg 104,45°
AX1E3-3D-balls.png AX1E0-3D-balls.png linear 180° Fluorwasserstoff HF Fluorwasserstoff.svg 180°, aber eigentlich kein Winkel ablesbar!

Ein komplette(re) Übersicht aller Pesudostrukturen und die sich daraus ergebenden Realstrukturen gibt es für diejenigen, die die hübschen rosa Kugeln mögen, auf der Wikipedia-Seite Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite VSEPR-Modell . VSEPR ist eine Abkürzung, die in etwa das gleiche bedeuten soll wie EPA. Die Tabelle mit der Übersicht wurde aber auch am Ende dieser Seite angefügt.

Es sollte aufgefallen sein, dass sich der theoretische Winkel, der sich aus der tetraedrischen Anordnung ergibt, bei den Beispielen nicht immer mit dem tatsächlichen Winkel übereinstimmt. Außer beim Methan ist der Winkel immer kleiner. Avogadro-Zeichnung, um die Winkel zu messen. Begründung dafür:

Freie Elektronenpaare brauchen mehr Platz als einzelne Bindungselektronenpaar. Dadurch weicht der rechnerische Winkel in Strukturen mit freien Elektronenpaaren vom tatsächlichen Wert ab.


Entsprechende Überlegungen lässt sich natürlich auf die anderen Pseudostrukturen übertragen.

Vorhersagen bei freien Elektronenpaaren am Zentralatom

Teilkopie aus Wikipedia-Artikel Link zu einer deutschen Wikipedia-Seite VSEPR-Modell 

Wenn keine freien Elektronenpaare am Zentralatom vorhanden sind, können Molekülstrukturen recht einfach durch Abzählen der „Reste“ vorhergesagt werden.

Dennoch lässt sich auch die Betrachtung von Verbindungen mit einem oder mehreren freien Elektronenpaaren näherungsweise schematisieren. Dazu werden diese - ähnlich wie Bindungspartner - als Pseudoliganden behandelt und mit dem griechischen Buchstaben „ψ“ gekennzeichnet. So gelangt man zur Pseudostruktur des jeweiligen Moleküls.

Beispiel: das Sauerstoffatom des Wassermoleküls, an welches zwei Wasserstoffatome kovalent gebunden sind (X = 2), weist zwei freie Elektronenpaare auf (E = 2). Daraus ergibt sich eine Anzahl von # = 2 + 2 = 4 Pseudoliganden und somit eine tetraedrische Pseudostruktur, die als ψ2-Tetraeder beschrieben werden kann. Indem nun die freien Elektronenpaare „weggedacht“ werden, bleibt die in diesem Fall gewinkelte Realstruktur zurück, die nur durch die Atomkerne beschrieben wird.

Ein Beispiel für ein ψ1-Tetraeder, d. h. mit nur einem freien Elektronenpaar, ist das Ammoniak-Molekül NH3.

# Molekültypen Beispiel Ψ - Struktur / Pseudostruktur Realstruktur Winkel
1 AX1E0-2D.png
AX1
H2 AX1E0-3D-balls.png
linear
AX1E0-3D-balls.png
linear
180°
2 AX2E0-2D.png
AX2
BeCl2
CO2
AX2E0-3D-balls.png
linear
Linear-3D-balls.png
linear
180°
AX1E1-2D.png
AX1E1
AX1E1-3D-balls.png
linear
AX1E0-3D-balls.png
linear
180°
3 AX3E0-side-2D.png
AX3
BF3
NO3
CO32−
AX3E0-3D-balls.png
trigonal planar
Trigonal-3D-balls.png
trigonal planar
120°
AX2E1-2D.png
AX2E
SO2
O3
NO2
AX2E1-3D-balls.png
trigonal planar
Bent-3D-balls.png
gewinkelt
ca. 115°
AX1E2-2D.png
AX1E2
AX1E2-3D-balls.png
trigonal planar
AX1E0-3D-balls.png
linear
180°
4 AX4E0-2D.png
AX4
CH4
SO42− PO43−
ClO4
AX4E0-3D-balls.png
tetraedrisch
Tetrahedral-3D-balls.png
tetraedrisch
109,5°
AX3E1-2D.png
AX3E
NH3
PCl3
AX3E1-3D-balls.png
tetraedrisch
Pyramidal-3D-balls.png
trigonal-pyramidal
ca. 107°
AX2E2-2D.png
AX2E2
H2O AX2E2-3D-balls.png
tetraedrisch
Bent-3D-balls.png
gewinkelt
ca. 104°
AX1E3-2D.png
AX1E3
HCl AX1E3-3D-balls.png
tetraedrisch
AX1E0-3D-balls.png
linear
180°
5 AX5E0-2D.png
AX5
PCl5 Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal
Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal
120° / 90°
AX4E1-2D.png
AX4E
SF4, SCl4 AX4E1-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal
Seesaw-3D-balls.png
"Wippe", bisphenoidal
ca. 175° / 110°
AX3E2-2D.png
AX3E2
ClF3 AX3E2-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal
T-shaped-3D-balls.png
T-förmig
ca. 87,5°
AX2E3-2D.png
AX2E3
XeF2 AX2E3-3D-balls.png
trigonal-bipyramidal
Linear-3D-balls.png
linear
180°
6 AX6E0-2D.png
AX6
SF6 AX6E0-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)
Octahedral-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)
90°
AX5E1-2D.png
AX5E
ClF5</sub AX5E1-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)
Square-pyramidal-3D-balls.png
quadratisch-pyramidal
ca. 85°
AX4E2-2D.png
AX4E2
XeF4 AX4E2-3D-balls.png
oktaedrisch (=quadratisch-bipyramidal,
trigonal-antiprismatisch)
Square-planar-3D-balls.png
quadratisch-planar
90°
7 AX7E0-2D.png
AX7
IF7 AX7E0-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal
Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal
90° / 72°
AX6E1-2D.png
AX6E
XeOF5] AX6E1-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal
Pentagonal-pyramidal-3D-balls.png
pentagonal-pyramidal
ca. 90° / ca. 72°
AX5E2-2D.png
AX5E2
XeF5 AX5E2-3D-balls.png
pentagonal-bipyramidal
Pentagonal-planar-3D-balls.png
pentagonal-planar
72°
8 AX8 IF8 tetragonal-antiprismatisch tetragonal-antiprismatisch 78° / 73°