Strukturformeln – Die Lewis Formel
Inhaltsübersicht
Elemente gehen Verbindungen ein und bilden so chemische Stoffe. Dabei können sich Elemente der gleichen Art miteinander verbinden aber auch verschiedenartige Elemente können Bindungen eingehen. Das Eingehen von Bindungen geschieht dabei jedoch immer nach festgelegten Gesetzmäßigkeiten.
Darstellung
In der Realität sind die entstehenden Strukturen dreidimensional angeordnet, zur vereinfachten Darstellung werden sie jedoch meist als zweidimensionale Zeichnungen dargestellt. Es haben sich mehrere Schreibweisen für die Darstellung von Strukturformeln etabliert. Die schlichteste und wohl meist abgebildete ist die sogenannte Lewis Formel. Als Synonym ist auch der Ausdruck Elektronenformel in Gebrauch.
Bei der Lewis Formel wird jedes Element durch seine Buchstaben-Abkürzung dargestellt. So steht ein O beispielsweise für Sauerstoff und C für Kohlenstoff. Es werden dieselben Buchstaben verwendet wie im Periodensystem angegeben.
Elektronen werden durch einen Punkt dargestellt, wenn es sich um zwei Elektronen, wie in einem freien Elektronenpaar oder einer Bindung handelt, wird dieses durch einen Strich dargestellt. Es wäre auch zulässig zwei Punkte nebeneinander zu zeichnen, der Strich als Symbol für zwei Elektronen hat sich jedoch weitgehend durchgesetzt. Wenn du mal Zeichnungen mit der Punktform siehst, ist dies meist in Lehrbüchern, um das Prinzip zu verdeutlichen. Um eine Lewis Strukturformel aufzustellen kannst du die Oktettregel als Hilfe heranziehen.
Beispiel
Nehmen wir das Beispiel des Wassers. Wasser hat die Summenformel H2O. Es verbinden sich demnach zwei Wasserstoffatome mit einem Sauerstoffatom. Da Wasserstoff nur ein Außenelektron, auch Valenzelektron genannt, besitzt kann es nur eine Bindung aufbauen. Sauerstoff befindet sich in der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems und besitzt dementsprechend sechs Valenzelektronen. Nach der Oktettregel hätte es jedoch am liebsten acht Elektronen in seiner äußersten Schale, um so einen stabilen und energetisch günstigen Zustand zu erreichen. Wenn sich die drei Atome, sprich zweimal H und einmal O, nun zu Wasser verbinden, teilen sie sich ihre Valenzelektronen, um die Oktettregel zu erfüllen. Beachte dabei jedoch das Wasserstoff immer nur zwei Elektronen anstrebt. Mehr passen in die K-Schale auch nicht. Seine äußerste Schale ist damit bereits voll besetzt.
Um nun die Strukturformel für Wasser zu zeichnen, musst du dir überlegen, wie die Atome angeordnet sein müssen, um die Oktettregel für sich zu erfüllen. Ein Tipp dabei ist noch, dass Wasserstoff immer außen steht, egal bei welcher Verbindung, da es ja nur eine Bindung eingehen kann. Zeichne also ein H für ein Wasserstoffatom und daneben einen Punkt für das Elektron des Wasserstoffatoms. Damit der Sauerstoff auf acht Valenzelektronen kommen kann, muss es sich mit beiden Wasserstoffatomen ihr Elektron teilen, es wird daher in die Mitte gezeichnet. Dann kannst du noch die sechs Valenzelektronen als Punkte hinzufügen. Diese musst du jedoch gleichmäßig verteilen. Schreibe sie daher immer im Kreis um die Seiten des Buchstaben herum, bis du zu der korrekten Anzahl kommst. Bei Sauerstoff würde das so aussehen:
Eine Bindung besteht immer aus zwei Elektronen. Es ist nun also einfach zu sehen an welchen Stellen die zwei Wasserstoffatome binden können. Du zeichnest das zweite Elektron jedoch nicht in einer Ebene neben das Elektron des Sauerstoffs sondern versetzt daneben, da das Elektron ja dem Wasserstoff zugehörig ist. Zum Schluss kannst du noch alle Elektronenpaare zu Strichen verbinden. Nun hast du die Lewis Strukturformel für Wasser aufgestellt.
Durch das methodische Vorgehen bekommst du die korrekte Strukturformel. Theoretisch hätte sich auch jeweils ein Wasserstoffatom rechts und links des Sauerstoffs befinden können und die Oktettregel wäre erfüllt gewesen. Tatsächlich sieht es jedoch aus wie in der oberen Darstellung. Dies liegt daran das diese Bindungswinkel energetisch am günstigsten sind. Du siehst also auch bei dir unbekannten Verbindungen kommst du auf die richtige, zweidimensionale Anordnung der Atome.
Beachte außerdem, dass Elektronen immer zu zweit sein wollen. Frei Elektronen gibt es nur bei Radikalen, ansonsten befinden sich Elektronen immer gepaart in einer Verbindung. Wenn sie nicht an einer Verbindung zu weiteren Atomen beteiligt sind (siehe die oberen am Sauerstoffatom des Wassers), so werden sie freie Elektronenpaare genannt.
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