EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

Mesomerie KM-5: Modellbildung und Strukturen 37 37 Modellerweiterung – Mesomerie Die Darstellungen von Molekülen in hybridisierter und koordinativer Darstellung sind nur Extreme bzw. Grenzstrukturen . Die reale Elektronenverteilung inner- halb dieser Teilchen ist irgendwo zwischen diesen Grenzstrukturen angesiedelt. Zur Beschreibung eines solchen Teilchens mittels Lewis-Schreibweise benötigt man daher mehr als eine Strukturformel. Dieses Modell wird Mesomerie ge- nannt. Mesomere Grenzstrukturen werden durch den Mesomeriepfeil „ ↔ “ verbunden. Keine Grenzstruktur ist wirklich richtig und keine wirklich falsch – der wahre Zustand liegt in der Mitte (Abb. 36–3 zeigt die mesomeren Grenzstrukturen von SO 3 ). Delokalisierte Elektronen Elektronen, die man nicht einer bestimmten Bindung zuordnen kann, nennt man delokalisierte Elektronen. Die zur Delokalisierung befähigten Elektronen sind im Beispiel HNO 3 blau gezeichnet. Die rechte Formel zeigt eine Möglichkeit delokalisierte Elektronen darzustellen: Elektronen dürfen nicht nur einer bestimmten Bindung oder einem bestimmten Atom innerhalb eines Teilchenverbandes zugeordnet (lokalisiert) werden, son- dern sie werden über einen größeren Bereich des Teilchenverbandes verteilt, dargestellt durch eine punktierte Linie in diesem Bereich. Die Welt der Stickstoffverbindungen Strukturdarstellungen von Stickstoffverbindungen stellen meist eine ziemliche Herausforderung dar. Der Stickstoff als Element der zweiten Periode kann die Oktettregel nicht überschreiten. Durch seine 5 Valenzelektronen gibt es eine Reihe von Stickstoffverbindungen, bei der nach der Bindung nicht nur Elektro- nenpaare auftreten, sondern auch ungepaarte Einzelelektronen. Hier sind die Oxide des Stickstoffs NO (Stickstoffmonoxid) und NO 2 (Stickstoffdioxid) wichti- ge Beispiele (Abb. 037–1). Sie sind Spurengase in der Luft und sind am Ozonab- bau in der Stratosphäre und an der Entstehung des sauren Regens beteiligt. Teilchen mit ungepaarten Elektronen nennt man Radikale . Radikale sind beson- ders reaktionsfreudig. Sie haben die Tendenz, sich zu Molekülen zu vereinigen. Die Stickstoffoxide sind bei niedrigen Temperaturen dimere Moleküle. 2 NO wer- den zu N 2 O 2 , 2 NO 2 werden zu N 2 O 4 . Dieses Gemisch aus Stickstoffoxiden, das in der Luft je nach Temperatur und UV-Strahlung in verschiedenen Konzentratio- nen der beteiligten Moleküle vorliegt, wird daher oft als NO x bezeichnet. N 2 O - Lachgas (Abb. 37–1) entsteht durch Reaktion von Stickstoffdüngemitteln in unbepflanzten Böden aus NH 4 + - und NO 3 – -Ionen. Es ist ein sehr wirksames Treibhausgas. (Treibhauseffekt siehe Kap. 5.9). Es wirkt schmerzstillend und wird auch als Narkotikum verwendet. Auch die Patronen zum Aufschäumen von Schlagobers enthalten Lachgas. HNO 3 und NH 4 + wurden bereits im vorangegangen Kapitel besprochen. Sauerstoff – ein Biradikal Sauerstoff ist das häufigste Element der Erdkruste. Der Luftsauerstoff besteht aus O 2 -Molekülen. Die einfache Struktur, die sich aus dem Bindungsmodell er- gibt, existiert nicht. Sauerstoff liegt als ein Biradikal vor, eine Besonderheit, die mit den hier besprochenen Modellen nicht erklärt werden kann. N O N O O N O O N O N N O N Das Radikal NO Grenzstrukturen des Radikals NO 2 Grenzstrukturen von N 2 O N 2 O N 2 O N 2 O N 2 O N 2 O N 2 O O 3 + NO NO 2 + O 2 O 3 O 3 O 3 O 3 O 3 O 3 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 O 2 NO NO Saurer Regen Ozon-Abbau Treibhaus- Effekt Abb. 037–2: Ökologische Auswirkungen der Stickstoff-Oxide + N O O O H + N O H O O N O H O O Üb Übungen 37.1 bis 37.6 1. Zeichne die Strukturformeln nach dem Modell der koordinativen Bindung und nach dem Hybridisierungsmodell. a) H 2 SO 3 und SO 3 2– b) H 3 PO 4 und PO 4 3– 2. Ergänze folgende Strukturformeln durch Angabe der Formalladungen. 3. Wieviele Elektronen liegen laut Me- someriemodell beim SO 3 delokalisiert vor? 4. Für das Molekül Ozon sind 3 Grenz- strukturen angegeben. Welche Formel ist falsch? Begründe deine Antwort! 5. Erstelle die Strukturformeln für fol- gende Teilchen und gib das dafür notwendige Modell (Lewis–einfach, Hybridisierung, Delokalisierung oder koordinative Bindung) an. ClO 4 – , CO 3 2– , POCl 3 (O ist an P gebun- den), SCl 2 , PBr 5 , SeO 3 6. Welche der folgenden Moleküle exis- tieren nicht? PH 5 , NCl 3 , PCl 5 , NCl 5 , CO 3 , H 2 SO 4 , SF 5 O O O O O O O O O Abb. 037–1: Strukturen von N-O-Verbindungen O S O O H H C O O S O O Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv