EPA-Modell: Molekülgeometrie einfach bestimmen

Eine Lewis-Formel zeigt, welche Atome verbunden sind und wo freie Elektronenpaare liegen. Sie ist eine Zeichnung auf einer Fläche und zeigt die räumliche Gestalt nicht unmittelbar. Im Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) betrachtest du deshalb die äußere Elektronenschale des Zentralatoms. Das Zentralatom ist mit mehreren Nachbaratomen verbunden. Seine Elektronenbereiche stoßen einander ab und ordnen sich mit möglichst großem Abstand an.

Eine Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindung zum selben Nachbaratom zählt beim grundlegenden Domänenzählen jeweils als eine Domäne. Du zählst Bindungsrichtungen und freie Paare am Zentralatom, nicht einzelne Bindungselektronen.

Die Elektronengeometrie beschreibt die Anordnung aller Domänen am Zentralatom, also auch freier Paare. Die Molekülgeometrie beschreibt nur die räumliche Anordnung der gebundenen Atome. Freie Paare beeinflussen die Form, zählen bei ihrem Namen aber nicht als Atompositionen.

Die idealen Winkel der Grundformen betragen: linear 180^\circ, trigonal-planar 120^\circ und tetraedrisch ungefähr 109{,}5^\circ. Trigonal-planar heißt: Drei Richtungen liegen in einer Ebene wie die Ecken eines Dreiecks. Tetraedrisch heißt: Vier Richtungen zeigen zu den Ecken eines Körpers mit vier dreieckigen Flächen. Ein freies Paar liegt nicht zwischen zwei Atomkernen. Im EPA-Modell beansprucht es mehr Raum als ein bindendes Paar. Es kann benachbarte Bindungen zusammendrücken; reale Winkel sind dann oft kleiner als die idealen Winkel.

In der Kurzschreibweise AB_xE_y steht A für das Zentralatom, B für einen gebundenen Nachbarn und E für ein freies Paar am Zentrum. AB_3E beschreibt drei Nachbarn und ein freies Paar.

Die Beispiele zeigen die drei Schritte an verschiedenen Molekülen: Domänen zählen, alle Bereiche anordnen und dann die Atompositionen benennen. Bei CO₂ liegen am Kohlenstoff zwei Bindungsrichtungen vor. Bei NH₃ kommen zu drei Bindungen ein freies Paar hinzu. Bei H₂O liegen neben zwei Bindungen zwei freie Paare am Sauerstoff.

Das EPA-Modell liefert eine Grundgestalt für viele Moleküle mit Elektronenpaarbindungen, aber nicht sämtliche Bindungsenergien, Stoffeigenschaften oder Reaktionsabläufe. Eine Summenformel allein reicht meist nicht: Du brauchst die Lewis-Formel mit freien Paaren. Idealwinkel sind Näherungen. Freie Paare und Mehrfachbindungen können reale Winkel verändern; das einfache Schema berechnet die genaue Abweichung nicht.

Bei größeren Molekülen untersuchst du geeignete Zentren nacheinander. Bei manchen Sonderfällen liegen Elektronen nicht als feste Paare zwischen je zwei Atomen, sondern sind über mehrere Bindungen verteilt. Dann zeigt eine einzelne Lewis-Zeichnung nicht die ganze Elektronenverteilung, und das einfache Bild ist nur begrenzt brauchbar. Für die Grundbetrachtung zählt eine Mehrfachbindung dennoch als eine Domäne.