Aufstellen von Lewis-Formeln (Übungsvideo)

Hallo, liebe Chemieinteressierte,   herzlich willkommen zum Video "Lewis-Formeln Teil 4". In diesem Video werden wir die Lewis-Formeln von drei Molekülen entwickeln, die mindestens drei Atome enthalten. Zu den Lernvoraussetzungen: Ihr solltet die chemischen Symbole kennen, wie zum Beispiel O für Sauerstoff, H für Wasserstoff und F für Fluor. Außerdem solltet Ihr bereits mit dem Periodensystem der Elemente, PSE, gearbeitet haben. Kommen wir zum ersten Beispiel: Unser Molekül besteht aus drei Sauerstoffatomen. Das Symbol für Sauerstoff ist O. Wir schauen im Periodensystem der Elemente, PSE, nach und finden das Symbol O in der sechsten Hauptgruppe. Das bedeutet, dass ein Sauerstoffatom 6 Außenelektronen besitzt. Wir ordnen nun die jeweils sechs Außenelektronen an den einzelnen Sauerstoffatomen an. Die Oktettregel ist nicht erfüllt, denn ein Sauerstoffatom hat nun einmal nur sechs Außenelektronen. Wir haben gelernt, dass die Oktettregel durch die Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare erfüllt werden kann. Das geschieht auch mit den drei Sauerstoffatomen unseres Moleküls. Zwischen dem linken Sauerstoffatom und dem mittleren Sauerstoffatom gibt es ein gemeinsames Elektronenpaar. Zwischen dem mittleren Sauerstoffatom und dem rechten Sauerstoffatom gibt es zwei gemeinsame Elektronenpaare. Wir zählen und stellen fest, dass alle drei Sauerstoffatome über acht Außenelektronen verfügen. Die gemeinsamen Elektronenpaare gehören jeweils beiden beteiligten Atomen. Damit ist die Oktettregel für alle drei Sauerstoffatome erfüllt. Wir werden nun die richtige Lewis-Formel entwickeln, das heißt, die Valenzstrich-Schreibweise. Wir werden jeweils ein Elektronenpaar durch einen Valenzstrich ersetzen. Wir beginnen mit den gemeinsamen Elektronenpaaren, den Bindungselektronenpaaren. Anschließend werden auch alle Paare ersetzt, die sich an einem bestimmten Atom befinden. Es gibt eine interessante Tatsache bei dieser Struktur: Betrachten wir das linke Sauerstoffatom, so stellen wir fest, dass es über sieben Elektronen verfügt, die die Ladung bestimmen. Die gemeinsamen Elektronenpaare gehören bei der Ladungszählung jeweils nur zur Hälfte zu einem Atom. Daher hat das linke Sauerstoffatom sieben Elektronen - ein Elektron mehr, als es eigentlich besitzen sollte. Daher hat das Sauerstoffatom im Molekül eine Ladung von -1. Das mittlere Sauerstoffatom verfügt bei der Ladungszählung über fünf Außenelektronen - ein Elektron weniger, als es eigentlich besitzen sollte. Deswegen trägt es eine positive Ladung. Neben dieser Lewis-Formel ist auch eine Lewis-Formel denkbar, bei der das Sauerstoffatom rechts die negative Ladung trägt und das Sauerstoffatom links elektrisch neutral ist. Alle drei Sauerstoffatome besitzen Edelgaskonfiguration. Sie haben die elektronische Struktur des Neon-Atoms. Bei der betrachteten chemischen Verbindung handelt es sich um Ozon. Kommen wir zu einem weiteren Beispiel: Eine chemische Verbindung, die aus zwei Atomen Stickstoff und einem Atom Sauerstoff besteht. Schauen wir zunächst im Periodensystem der Elemente, PSE, nach. Wir finden bei dem Symbol N für Stickstoff, dass es in der fünften Hauptgruppe steht. Das bedeutet, dass ein Stickstoffatom über fünf Außenelelektronen verfügt. Das Symbol für das Sauerstoffatom, O, finden wir in der sechsten Hauptgruppe des PSE. Daher können wir schlussfolgern, dass das Sauerstoffatom sechs Außenelektronen besitzt. Wir ordnen nun die entsprechenden Zahlen von Außenelektronen an den einzelnen Atomen an: An den beiden Stickstoffatomen jeweils fünf Außenelektronen, am Sauerstoffatom sechs Außenelektronen. Man sieht, dass weder die Zweielektronenregel, noch die Oktettregel für alle drei Atome gleichzeitig erfüllt werden. Wir wissen nun schon, dass diese Regeln durch die Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare, sogenannter Bindungselektronenpaare, erfüllt werden können. Das ist der Fall, wenn zwischen dem mittleren Stickstoffatom und dem linken Stickstoffatom sowie dem rechten Sauerstoffatom jeweils zwei Bindungselektronenpaare ausgebildet werden. Wir zählen und stellen fest, dass jedes der drei Atome über jeweils acht Außenelektronen verfügt. Die Bindungselektronenpaare gehören jedem der beiden beteiligten Atome. Damit ist die Oktettregel für alle drei Atome erfüllt. Nun gehen wir über zur wirklichen Lewis-Formel, der Valenzstrich-Schreibweise. Wir ersetzen jeweils ein Elektronenpaar durch einen Valenzstrich. Wir beginnen mit den Bindungselektronenpaaren, den Elektronenpaaren, die zwischen zwei Atomen angeordnet sind. Anschließend werden auch die nichtbindenden Elektronenpaare, die Elektronenpaare, die jeweils nur zu einem bestimmten Atom gehören, durch die Valenzstriche ersetzt. Für alle beteiligten Atome dieses Moleküls wird die Oktettregel erfüllt. Das linke Stickstoffatom besitzt sechs Elektronen bei der Zählung der Ladung. Bei den Bindungselektronenpaaren wird nur ein einziges Atom für die Ladungszählung verwertet. Daher trägt das linke Stickstoffatom eine negative Ladung. Das mittlere Stickstoffatom verfügt über vier Außenelektronen bei der Ladungszählung. Die Bindungselektronenpaare zählen nur zur Hälfte. Daher trägt es eine positive Ladung. Alle drei Atome besitzen im Molekül eine Edelgaskonfiguration. Sie besitzen jeweils die elektronische Struktur des Neon-Atoms. Für das Molekül ist noch eine weitere Lewis-Formel möglich: Bei der Darstellung dieser Formel ergibt sich eine positive Ladung am linken Stickstoffatom und eine negative Ladung am rechten Sauerstoffatom. Bei dem Molekül handelt es sich um Distickstoffmonoxid, auch besser unter dem Namen Lachgas bekannt. Das letzte Molekül ist ziemlich groß. Seine Anordnung gebe ich daher schon gleich einmal vor. Ich hoffe, ihr kennt noch die Zahl der Außenelektronen an den unterschiedlichen Atomsorten. Ein Wasserstoffatom verfügt über ein Außenelektron, ein Sauerstoffatom über sechs Außenelektronen und ein Stickstoffatom über fünf Außenelektronen. Diese Zahl der Außenelektronen ordnen wir jetzt an den einzelnen Atomen an. Zweielektronenregel und Oktettregel sind verletzt. Wir wissen aber bereits, dass durch die Ausbildung gemeinsamer Elektronenpaare beide Regeln erfüllt werden können. Zwischen allen beteiligten Atomen bilden sich einfache Elektronenpaare heraus. Nur zwischen dem Stickstoffatom und einem Sauerstoffatom sind es zwei Elektronenpaare. Die Zweielektronenregel wird ohne Ausnahme erfüllt. Auch die Oktettregel gilt für die großen Atome - alle außer Wasserstoff.Selbstverständlich besitzt jetzt jedes der beteiligten Atome eine Edelgaskonfiguration. Wir wandeln nun die Punktschreibweise in die Valenzstrich-Schreibweise um. Mit dem Platz wird es jetzt sehr, sehr knapp werden, deswegen schiebe ich das Wasserstoffatom ganz links ein wenig aus dem Bildrand. Jedes Elektronenpaar wird durch einen Valenzstrich ersetzt. Ich beginne links und und arbeite mich systematisch nach rechts durch. Das ganze Unternehmen artet tatsächlich in Arbeit aus. Das Sauerstoffatom unten verfügt über sieben Außenelektronen, drei durch die Bindungspaare am Sauerstoffatom und ein Elektron aus der Bindung mit dem Stickstoffatom. Daher hat dieses Sauerstoffatom eine negative Ladung. Danke, dass ihr so lange durchgehalten habt. Vielleicht sehen wir uns bald wieder in einem Video zu Lewis-Formeln. Ich wünsche euch alles Gute. Tschüss!