Lewis-Formeln – Außenelektronen von Ionen

Hallo liebe Chemie Interessierte, herzlich willkommen zum Video Lewis-Formeln Teil 5. In diesem Video werden wir uns mit den Lewis-Formeln einiger Ionen befassen, die meisten davon werdet ihr sicher schon kennen. Wir fangen ganz klein an, mit 2 Wasserstoffatomen. Ein Wasserstoffatom besitzt ein einziges Außenelektron, wer das vergessen hat, kann nachschauen im Periodensystem der Elemente - PSE - dort findet ihr das chemische Element Wasserstoff mit dem Symbol H in der ersten Hauptgruppe. Demzufolge besitzt ein Wasserstoffatom ein Außenelektron. Wir haben bereits gelernt, dass für die Bildung chemischer Verbindungen die Zweielektronenregel erfüllt sein sollte. Man sieht, hier ist das nicht der Fall. Auch wird die Edelgaskonfiguration nicht erreicht, dafür müsste jedes Wasserstoffatom ein zweites Außenelektron besitzen. Zweielektronenregel und Edelgaskonfiguration werden erfüllt, wenn beide Außenelektronen ein Elektronenpaar bilden. Hier noch einmal gekennzeichnet durch die Valenzstrich Schreibweise. Das entstandene chemische Teilchen ist das Wasserstoff-Molekül. Neben der Elektronenpaarbindung gibt es noch andere Möglichkeiten für chemische Teilchen eine höhere Stabilität zu erreichen. Betrachten wir das linke Wasserstoffatom. Wir nehmen an, dass es sein einiges Außenelektron abgibt. Man erhält damit ein Teilchen mit positiver Ladung. Worum handelt es sich hierbei? Richtig, es ist das Wasserstoff-Ion. Das Wasserstoff-Ion ist nichts weiter als ein einziges Elementarteilchen Proton, daher kann man ein Wasserstoff-Ion auch als Proton bezeichnen. Wie sieht es aus mit Zweielektronenregel und Edelgaskonfiguration? Beide Stabilitätskriterien sind nicht anwendbar, da das Wasserstoffatom über keinerlei Elektronen verfügt. Genau wie zur Elektronenabgabe ist ein Wasserstoffatom auch zur Elektronenaufnahme befähigt. Im Ergebnis erhält das Wasserstoffatom rechts 2 Außenelektronen. Die Zweielektronenregel wird erfüllt, genau wie die Edelgaskonfiguration. Ich schreibe nun das Wasserstoffatom rechts in Valenzstrich Schreibweise, ersetze die beiden Außenelektronen durch den Valenzstrich. Durch die Aufnahme des zusätzlichen Elektrons erhält das neu entstandene Teilchen eine negative Ladung. Man nennt das Teilchen Hydrid-Ion. Obwohl das Wasserstoff-Ion mithilfe einer Lewis-Formel nicht darstellbar ist, ist es durchaus nicht weniger stabil als das Hydrid-Ion. Ganz im Gegenteil, wir stoßen hier gewissermaßen an die Grenzen der Aussagefähigkeit der Lewis-Formeln. Es ist nämlich keine Aussage über die relative Stabilität der beiden Teilchen möglich. Das nächste Beispiel, ist ein euch sicher gut bekanntes Ion. Daher möchte ich keinen Hokuspokus betreiben, und es euch gleich benennen. Es ist das Hydroxid-Ion. Dieses Ion bildet sich bei der Dissoziation von Basen, auch Laugen genannt und wird durch die Formelschreibweise OH- symbolisiert. Man benötigt für die Bildung dieses Ions folglich ein Sauerstoffatom und ein Wasserstoffatom. Dargestellt durch die chemischen Symbole O und H. Im Periodensystem der Elemente PSE schauen wir nach, und finden unter dem Symbol O, für Sauerstoff, einen Eintrag in der sechsten Hauptgruppe. Daraus kann man erkennen, dass das Sauerstoffatom 6 Außenelektronen besitzt, die ich am Elementsymbol nun anordne. Für das Wasserstoffatom findet man, bei dem Symbol H, einen Eintrag in der ersten Hauptgruppe, woraus wir entnehmen, dass ein Wasserstoff über ein Außenelektron verfügt. Dieses eine Außenelektron ordne ich am chemischen Symbol H, für Wasserstoff, an. Ganz klar wird die Zweielektronenregel nicht erfüllt, genau, wie die Edelgaskonfiguration weder am Wasserstoffatom noch am Sauerstoffatom erreicht wird. Im Ganzen haben die Atome beider Elemente zusammen 7 Außenelektronen. Zum Erreichen einer vollständigen 8er Schale benötigen wir noch ein zusätzliches Außenelektron. Wenn unser Teilchen ein zusätzliches Elektron erhält, wird die Zweielektronenregel erfüllt. Sowohl das Wasserstoffatom als auch das Sauerstoffatom besitzen nun eine Edelgaskonfiguration. Das Wasserstoffatom verfügt über 2 Außenelektronen, es hat daher die Konfiguration des Edelgases Helium. Das Sauerstoffatom verfügt über 8 Außenelektronen, es hat die Konfiguration des Edelgases Neon. Durch die Aufnahme des zusätzlichen Elektrons erhält das Teilchen eine negative Ladung. Diese negative Ladung befindet sich am Sauerstoffatom, denn das Sauerstoffatom verfügt nun über 7 Außenelektronen. Die gemeinsamen Elektronen mit dem Wasserstoff werden bei der Ladungszählung halbiert. Somit müsste man, streng genommen, für das Hydroxid-Ion als Symbol -OH schreiben, aber die Bezeichnung OH- hat sich nun einmal eingebürgert. Der abschließende Schritt unserer Betrachtung ist der Austausch der Elektronenpaare durch die Valenzstriche, um eine konsequente Valenzstrich Schreibweise zu erreichen. Ich finde das entstandene Teilchen sieht schön aus, findet ihr nicht auch? Als Nächstes möchte ich ein Ion besprechen, dass als Hydronium-Ion oder Oxonium-Ion bezeichnet wird. Den Schülerinnen und Schülern der Oberstufe dürfte dieses Teilchen bereits bekannt sein, es hat die Summenformel H3O+. Dem zufolge ist dieses Ion aus 3 Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom zusammengesetzt. Die 3 Wasserstoffatome besitzen jeweils ein einziges Außenelektron, das Sauerstoffatom verfügt über 6 Außenelektronen. Wie kann hier eine Edelgaskonfiguration für alle beteiligten Bausteine erreicht werden? Noch ist sie nicht vorhanden. Der bequemste Weg dafür ist, dass das System ein Außenelektron abgibt. Somit erzielt man Edelgaskonfiguration sowohl für das Sauerstoffatom, im Zentrum, das jetzt über 8 Außenelektronen verfügt und die Elektronenstruktur des Neonatoms erhält. Jedes der Wasserstoffatome verfügt nun über 2 Außenelektronen und erhält daher, jeweils die Edelgaskonfiguration des Edelgases Helium. Durch die Abgabe des einen Elektrons, erhält das Teilchen nun eine positive Ladung. Diese positive Ladung befindet sich am Sauerstoffatom, da das Sauerstoffatom nur noch über 5 Außenelektronen verfügt. Einmal die beiden Außenelektronen unten, die nur zum Sauerstoffatom gehören, und jeweils ein Außenelektron aus den Elektronenpaaren, die das Sauerstoffatom mit den benachbarten Wasserstoffatomen eingeht. Der finale Schritt ist der Übergang von der Punktschreibweise zur Valenzstrichschreibweise, wir ersetzen jeweils die einzelnen Elektronenpaare durch Valenzstriche. Zum Schluss noch eine Bemerkung: Im Regelfall entsteht ein Hydronium-Oyonium-Ion nicht so, wie ich es dargestellt habe durch Elektronenabgabe aus den einzelnen Atomen. Viel eher ist es so, dass ein Wassermolekül mit einem Wasserstoff-Ion H+ das Hydronium-Ion bildet.   Das wär´s schon wieder für heute, ich wünsche euch viel Erfolg, alles Gute und bis zum Wiedersehen und Wiederhören. Tschüss!