Chemie begreifen, Schulbuch

Für besonders Interessierte Das Wichtigste F2 74 a) Berechnen der Valenzstrichformel : b) Zeichnen der Valenzstrichformel: Die Atomsymbole werden symmetrisch angeordnet. Ringstrukturen aus wenigen Atomen und direkte Verknüpfungen von Sauerstoffatomen werden vermieden – solche Moleküle sind nur ausnahmsweise anzutreffen. Die Erklärung dafür ist nachfolgend im Text für besonders Interessierte zu finden. Entsprechend der Zahl der berechneten bindenden Elektronenpaare werden diese als Striche zwischen den Atomsymbolen eingezeichnet. Bei jedem Atom, außer dem Wasserstoffatom, wird auf das Oktett durch freie Elektronenpaare ergänzt. c) Probe: Es ist zu überprüfen, ob jedes Atom ein Oktett und das H-Atom nur ein bindendes Elektronenpaar aufweist. Die Anzahl aller Striche – für freie und bindende Elektronenpaare – muss mit dem »Haben« übereinstimmen. Elektronenpaar-»Soll« = 4 Elektronenpaare pro Nichtmetallatom (Ausnahme: nur eines für das H-Atom) Elektronenpaar-»Haben« = Zahl aller Außenelektronen dividiert durch 2 Differenz = Zahl der bindenden Elektronenpaare In kleinen Ringen aus 3 oder 4 Atomen werden die bindenden Elektronenpaare auf ca. 60° oder ca. 90° zusammengedrückt. Die negativen Ladungen der bindenden Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und machen die kleinen Ringe instabil. Jedes O-Atom zieht seine Außenelektronen besonders stark an seinen Kern (siehe C5). Deshalb zerfallen –O–O–Bindungen leicht. Nach dem oben beschriebenen Verfahren erhält man in den meisten Fällen ein passendes Bild von einem Molekül: die Valenzstrichformel. Manchmal jedoch gibt sie die Verteilung der Elektronen nicht richtig wieder. Um dennoch eine übersichtliche Darstellungsweise beizubehalten und die Bindungsverhältnisse exakt zu beschreiben, werden mesomere Grenzformeln verwendet. Dieser Begriff soll am Beispiel des Ozon-Moleküls erklärt werden: Die Valenzstrichformel des O 3 -Moleküls beschreibt, dass die beiden äußeren Sauerstoffatome ungleichartig an das mittlere gebunden sind: Die Doppelbindung ist kürzer als eine Einfach- bindung, und um sie zu zerstören, ist mehr Energie notwendig. Wenn man die Bindungen im Ozon-Molekül durch Licht in Schwingung versetzt und die Versuchsergebnisse auswertet, so bekommt man ein völlig anderes Bild: Die beiden äußeren Sauerstoffatome sind völlig gleich gebunden. Die Atomabstände liegen zwischen den Werten für eine Einfach- und eine Doppelbindung. Deshalb beschreibt man den tatsächlichen Zustand des Moleküls als »in der Mitte liegend« zwischen mesomeren Grenzformeln, die für sich allein genommen falsch sind (griechisch: meson = mittleres, meros = Teilchen). Für viele Moleküle, die Doppelbindungen enthalten, müssten streng genommen mehrere mesomere Grenzformeln angegeben werden. Darauf wird häufig (in diesem Lehrbuch weitgehend) verzichtet, weil zu Erklärungszwecken in der Regel eine Valenzstrichformel genügt. Ganz selten bilden zwei bindende Elektronen, zB im Sauerstoff- Molekül, kein Elektronenpaar. Dies führt zu großer Reaktivität. Die vereinfachende Valenzstrichformel weist darauf jedoch nicht hin. Genau genommen sollte daher das Sauerstoff-Molekül immer mit zwei einzelnen Punkten gezeichnet werden. O 2 -Molekül mit 2 einzelnen Elektronen –1 +1 +1 –1 Valenzstrichformel Einfachbindung Bindungslänge 0,148 nm Doppelbindung 0,120 nm Beschreibung des Bindungsgrades 1,5 0,128 nm mesomere Grenzformeln mit Formalladung (kenntlich gemacht durch Pfeile mit 2 Spitzen) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv