Chemie · Klasse 9–11 · aktualisiert
Molekülgeometrie mit dem EPA-Modell bestimmen
Leite aus Bindungen und freien Elektronenpaaren die räumliche Molekülgestalt ab.
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Kurz gesagt
Die Molekülgeometrie beschreibt die räumliche Anordnung der gebundenen Atome. Im EPA-Modell zählst du Bindungen und freie Elektronenpaare am Zentralatom. Die freien Paare beeinflussen die Form, zählen bei ihrem Namen aber nicht als Atompositionen.
Die Molekülgeometrie beschreibt, wie die Atome eines Moleküls räumlich angeordnet sind. Mit dem EPA-Modell leitest du diese Gestalt aus der Valenzstrichformel ab: Elektronenbereiche am Zentralatom stoßen einander ab und ordnen sich mit möglichst großem Abstand an.
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4 Abschnitte
Eine Valenzstrichformel (Lewis-Formel) zeigt, welche Atome miteinander verbunden sind und wo freie Elektronenpaare liegen. Sie ist aber eine zweidimensionale Zeichnung. Moleküle sind räumlich: Drei Atome können zum Beispiel auf einer Geraden liegen oder einen Winkel bilden. Die räumliche Gestalt ist wichtig, weil sie unter anderem Polarität, Reaktivität und Stoffeigenschaften beeinflussen kann. Sie allein entscheidet jedoch nicht über diese Eigenschaften; zum Beispiel muss man für die Polarität zusätzlich die Bindungspolarität betrachten.
Definition
Molekülgeometrie
Die Molekülgeometrie ist die räumliche Anordnung der gebundenen Atome eines Moleküls. Freie Elektronenpaare sind keine Atome, beeinflussen diese Anordnung aber.
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EPA steht für Elektronenpaar-Abstoßungs-Modell; VSEPR ist die englische Abkürzung. Das Modell betrachtet Elektronenbereiche in der Valenzschale des Zentralatoms. Weil sie negativ geladen sind, stoßen sie einander ab. Eine Anordnung mit möglichst großem gegenseitigem Abstand ist energetisch günstig.
Zeichne zuerst die Valenzstrichformel mit freien Paaren. Zähle Bindungsbereiche und freie Paare am Zentralatom. Daraus folgt die Elektronengeometrie. Für die Molekülgeometrie denkst du die freien Paare bei der Benennung weg, nicht ihre abstoßende Wirkung. Bei zwei Bereichen ist die Grundform linear. Trigonal-planar heißt: drei Bereiche liegen in einer Ebene an den Ecken eines Dreiecks. Tetraedrisch heißt: vier Bereiche zeigen zu den Ecken eines Körpers mit vier dreieckigen Flächen.
Definition
Elektronenbereich
Ein Elektronenbereich am Zentralatom ist entweder eine Bindung zu einem anderen Atom oder ein freies Elektronenpaar. Eine Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindung zählt für die Grundgeometrie jeweils als ein Bindungsbereich.
Merke: Gezählt wird am Zentralatom, nicht im gesamten Molekül. Mehrfachbindungen zählen bei der Grundform als ein Bereich.
Beispiel: Zwei und vier Bereiche
- 1CO₂: Am Kohlenstoffatom liegen zwei Bindungsbereiche und kein freies Elektronenpaar. Zwei Bereiche erreichen den größten Abstand in entgegengesetzter Richtung. Elektronen- und Molekülgeometrie sind linear; der Winkel beträgt 180^\circ.
- 2CH₄: Am Kohlenstoffatom liegen vier Bindungsbereiche und kein freies Elektronenpaar. Die Bereiche ordnen sich tetraedrisch an. Auch die Molekülgeometrie ist tetraedrisch; der ideale Winkel beträgt 109{,}5^\circ.
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Die Elektronengeometrie berücksichtigt alle Bindungsbereiche und freien Elektronenpaare. Die Molekülgeometrie beschreibt dagegen nur die Positionen der gebundenen Atome. Deshalb können beide Namen verschieden sein. Freie Elektronenpaare werden nur von einem Atomkern angezogen und beanspruchen mehr Raum als bindende Bereiche zwischen zwei Kernen. In Wasser drücken sie die O–H-Bindungen deshalb zusammen. Der H–O–H-Winkel beträgt etwa 104{,}5^\circ statt des idealen Tetraederwinkels von 109{,}5^\circ.
| Bindungsbereiche | freie Paare | Elektronengeometrie | Molekülgeometrie |
|---|---|---|---|
| 3 | 0 | trigonal-planar | trigonal-planar |
| 2 | 1 | trigonal-planar | gewinkelt |
| 4 | 0 | tetraedrisch | tetraedrisch |
| 3 | 1 | tetraedrisch | trigonal-pyramidal |
| 2 | 2 | tetraedrisch | gewinkelt |
Beispiel: Freie Paare verändern die Form
- 1NH₃: Drei N–H-Bindungen und ein freies Elektronenpaar ergeben vier Elektronenbereiche. Die Elektronengeometrie ist tetraedrisch. Für die Molekülform wird das freie Paar weggedacht: Die drei Wasserstoffatome bilden mit dem Stickstoff eine trigonal-pyramidale Form.
- 2H₂O: Zwei O–H-Bindungen und zwei freie Elektronenpaare ergeben ebenfalls vier Bereiche und damit eine tetraedrische Elektronengeometrie. Nach dem Wegdenken der freien Paare bleiben zwei Bindungen: Das Molekül ist gewinkelt.
| Elektronenbereiche | Elektronengeometrie | idealer Winkel |
|---|---|---|
| 2 | linear | 180^\circ |
| 3 | trigonal-planar | 120^\circ |
| 4 | tetraedrisch | 109{,}5^\circ |
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Bestimme die Geometrie von Methanal am zentralen Kohlenstoffatom. Es ist mit zwei Wasserstoffatomen durch Einfachbindungen und mit einem Sauerstoffatom durch eine Doppelbindung verbunden. Am Kohlenstoff liegt kein freies Elektronenpaar.
Das EPA-Modell sagt die ungefähre Form einfacher Moleküle mit Atombindungen voraus. Besonders gut lässt sich damit ein Molekül mit einem klaren Zentralatom beschreiben. Ein Ionengitter lässt sich damit nicht als einzelnes Molekül beschreiben. Bei manchen anderen Stoffen sind die Bindungselektronen anders verteilt als in unseren einfachen Beispielen; dann braucht man ein genaueres Modell.
Die Winkel aus dem Grundschema sind Idealwerte. Freie Paare, Mehrfachbindungen und verschiedene gebundene Atome können die wirklichen Winkel verändern. Die Grundform kann trotzdem richtig sein, auch wenn der Winkel abweicht.
Beispiel: Methanal: Form bestimmen
- 1Lösung: Die zwei C–H-Bindungen und die C=O-Doppelbindung sind zusammen drei Bindungsbereiche.
- 2Es gibt kein freies Paar am Kohlenstoff.
- 3Drei Bereiche ergeben eine trigonal-planare Elektronengeometrie.
- 4Weil nur Atome die drei Positionen besetzen, ist auch die Molekülgeometrie trigonal-planar.
- 5Die idealen Winkel betragen 120^\circ.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Molekülgeometrie
Ausgangspunkt
Valenzstrichformel mit freien Elektronenpaaren
Zählen
Bindungsbereiche und freie Paare am Zentralatom
Elektronengeometrie
linear, trigonal-planar oder tetraedrisch
Molekülgeometrie
nur Positionen der gebundenen Atome benennen
Abweichungen
freie Paare, Mehrfachbindungen und verschiedene gebundene Atome
Grenzen
einfache kovalente Moleküle werden modelliert
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Gestalt von PCl₃ bestimmen
- 1Am zentralen P liegen drei P–Cl-Bindungen und ein freies Elektronenpaar.
- 2Das ergibt 3 + 1 = 4 Elektronenbereiche am P.
- 3Vier Bereiche ordnen sich im EPA-Modell tetraedrisch an.
- 4Für die Molekülgestalt bleiben drei gebundene Cl-Atome: PCl₃ ist trigonal-pyramidal.
Fehler finden
Die Form von OF₂ bestimmen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 4Bei der Molekülgeometrie zählen nur die Positionen der gebundenen Atome. Die zwei freien Paare beeinflussen die Gestalt; OF₂ ist gewinkelt.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Drei Elektronenbereiche ergeben eine Elektronengeometrie. Vier Bereiche ergeben eine Elektronengeometrie. Bei CO₂ zählt jede Doppelbindung als .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback