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Strukturformeln einfach erklärt I musstewissen Chemie
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 45 Zeilen
- (schreiend) Ah! Angst vor chemischen Strukturformeln? Braucht ihr nicht haben. Ich erklär's euch. Bevor wir loslegen:
- Schaut euch gerne unsere Videos zu Oktettregel und zu Atombindung an. Falls ihr das noch nicht getan habt. Die sind nämlich die Basis für dieses Video hier. In der Info-Card.
- Wir haben euch hier bei "musstewissen Chemie" schon einige chemische Strukturformeln gezeigt. So wie diese hier:
- In Wirklichkeit sind Moleküle dreidimensional aufgebaut. Diese Schreibweise ist nur eine Vereinfachung. Wir nennen sie die "Lewis-Schreibweise".
- Lewis-Schreibweise heißt, wir zeichnen unsere Moleküle einfach zweidimensional. Sie bestehen aus den Elementsymbolen, also zum Beispiel H für Wasserstoff oder O für Sauerstoff.
- Und jedes Elektronenpaar, sei es eine Bindung oder ein freies Elektronenpaar, zeichnen wir als Strich. Ich verrate euch heute, wie Ihr euch mithilfe der Oktettregel
- Strukturformeln in der Lewis-Schreibweise herleiten könnt. Fangen wir doch mal mit Methan an. Methan hat die Summenformel CH₄ und ist ein Gas.
- Ausgehend von der Summenformel schreiben wir uns erst mal alle Elementsymbole auf. Viermal H und einmal C.
- Als Nächstes zeichnen wir uns die Außenelektronen an die Elementsymbole dran, und zwar als Punkte. Die H-Atome haben jeweils ein Außenelektron,
- das C-Atom hat vier Außenelektronen. Also für jedes Elektron ein Punkt. Als Nächstes überlegen wir, wie diese vier Atome genau miteinander verknüpft sind.
- Rein theoretisch gäbe es ja verschiedenste Möglichkeiten. Doch nur eine dieser Möglichkeiten ergibt Sinn - laut der Oktettregel. Laut der Oktettregel möchte Kohlenstoff acht Außenelektronen haben
- und Wasserstoff - das ist die berühmte Ausnahme - zwei. Außerdem ist es bei Wasserstoff ziemlich klar, wie viele Bindungen es eingehen kann,
- nämlich natürlich nur eine, da es nur ein Außenelektron hat. Deswegen kann ein Wasserstoffatom logischerweise niemals in einem Molekül mittendrin in einer Kette sein.
- Denn es kann ja gar keine zwei Bindungen ausführen. Wasserstoffatome befinden sich bei Molekülen also immer außen. So: Übrigens genau wie beim Wassermolekül.
- Jetzt müsst ihr nur noch jeweils zwei einzelne Punkte zu einem Strich verbinden. Das heißt, ihr verbindet jeweils zwei einzelne Elektronen
- zu einem bindenden Elektronenpaar. Dabei müsst ihr nur darauf achten, dass die Oktettregel für alle Beteiligten erfüllt ist.
- Und ja, der Kohlenstoff ist jetzt von acht Elektronen umgeben und Wasserstoff jeweils von zwei. Genau wie sie es wollten.
- (vierstimmig) Soweit alles klar, oder? Dann gleich weiter zum nächsten Beispiel: Ammoniak. Das hat die Summenformel NH₃. Dasselbe Spiel wie eben:
- Wir schreiben die Elementsymbole mit den Außenelektronen hin. Wieder sind die H-Atome außen am Molekül, deswegen ist diese Anordnung die einzig logische.
- Jetzt verbinden wir wieder zwischen den Atomen zwei einzelne Punkte zu einem Strich. Also zwei einzelne Elektronen zu einer Bindung.
- Jetzt sind am N-Atom noch zwei Elektronen übrig. Die könnt ihr ebenfalls zu einem Strich verbinden. Das ist dann ein freies Elektronenpaar.
- Und wieder ist die Oktettregel für alle erfüllt. Ich brauche übrigens auch Platz. Genau, vergleicht das mal mit Wasser:
- Das hat zwei freie Elektronenpaare, die brauchen auch Platz. Deswegen ist das Molekül auch geknickt. Und deswegen sieht das Ammoniak-Molekül auch nicht so aus,
- sondern so: Zumindest in der Lewis-Schreibweise. Wie die Moleküle dreidimensional aussehen,
- das machen wir sehr bald in einem anderen Video, versprochen. So. Es gibt aber nicht nur Einfachbindungen, es gibt auch Doppel- und sogar Dreifachbindungen.
- Auch diese können wir uns mit der Lewis-Schreibweise und denselben Schritten herleiten. Nehmen wir mal als Beispiel das Sauerstoff-Molekül,
- wie es grade durch die Luft schwebt: O₂. Wenn wir nur zwei Atome haben, ist es ziemlich klar, wie die angeordnet sind, nämlich einfach nebeneinander.
- Aber wir wissen trotzdem noch nicht, was für eine Art von Bindung zwischen den beiden vorliegt. Wir gehen vor wie bisher:
- Wir zeichnen zunächst die Außenelektronen ein. Eine Bindung entsteht ja, indem wir zwei Einzelpunkte zu einem Strich verbinden. Das können wir hier zweimal machen.
- So ist nämlich auch die Oktettregel für alle erfüllt. Hier haben wir also eine Doppelbindung. Die übrigen Außenelektronen können wir zu freien Elektronenpaaren verbinden.
- Was passiert jetzt aber, wenn wir das Ganze mit dem Stickstoff-Molekül machen? Stickstoff ist genau wie Sauerstoff ein zweiatomiges Molekül
- und übrigens der größte Bestandteil unserer Luft. Wir gehen genauso vor wie beim Sauerstoff-Molekül. Fünf Außenelektronen sind jeweils eingezeichnet.
- Sagen wir, wir würden die beiden mit einer Einfachbindung verknüpfen. Also jeweils ein einzelnes Elektron mit dem des anderen Atoms zu einer Bindung verknüpfen.
- Dann ist die Oktettregel nicht erfüllt. So hätten beide nämlich nur sechs Außenelektronen. Bei einer Doppelbindung sähe das so aus.
- Und die beiden Atome hätten effektiv nur sieben Außenelektronen. Doch mit einer Dreifachbindung haut das endlich hin mit der Oktettregel. Deswegen hat das Stickstoff-Molekül tatsächlich eine Dreifachbindung.
- Abgefahren! Diese Lewis-Schreibweise ist ein praktisches Modell, aber behaltet im Hinterkopf für die Zukunft,
- dass die Oktettregel, die ebenfalls nur ein Modell ist, nicht ausnahmslos befolgt werden kann. Bei manchen Molekülen kann sie nicht erfüllt werden.
- Zum Beispiel wenn die Gesamtzahl der Außenelektronen ungerade ist oder kleiner ist als acht. Aber wie sagt man so schön: Ausnahmen bestätigen die Regel.
- Fassen wir noch mal zusammen: Wie könnt ihr euch mithilfe der Summenformel und der Oktettregel chemische Strukturformeln herleiten?
- Erstens: Schreibt euch die Außenelektronen als Punkte auf. Zweitens: Überlegt euch, wie die Atome im Molekül zusammenhängen, also in welcher Reihenfolge oder Konstellation
- sie miteinander verbunden sind. Drittens: Verbindet jeweils ein einzelnes Elektron, also einen Punkt, zu einer Bindung, also einem Strich.
- Viertens: Neben Einfachbindungen gibt es auch Zweifach- und Dreifachbindungen. Setzt die Bindungen so, dass die Oktettregel für alle Beteiligten erfüllt wird. Und fünftens: Freie Elektronenpaare werden ebenfalls als Striche dargestellt.
- Ich hoffe, die Einführung hat euch geholfen und ihr findet chemische Formeln jetzt weniger gruselig. Wenn ja, dann gebt uns doch einen Daumen nach oben!
- Und wenn ihr mehr Chemie-Videos sehen wollt, dann einfach abonnieren. Bis bald!
- Untertitel im Auftrag des ZDF für funk, 2017
Zum Nachlesen
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