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Lewis-Formel: Moleküle Schritt für Schritt zeichnen
Wie zeichnest du die Bindungen und Außenelektronen eines Moleküls? Eine Lewis-Formel zeigt, welche Atome verbunden sind und wie die Valenzelektronen verteilt sind. Bindende Elektronenpaare liegen zwischen Atomen; freie Elektronenpaare gehören zu einem Atom und bilden keine Bindung.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was zeigt eine Lewis-Formel?
Das Elementsymbol steht für den Atomrumpf: den Atomkern und die inneren Elektronen. Eingezeichnet werden nur die Valenzelektronen, also die Elektronen der äußersten Schale. Sie sind für Bindungen wichtig.
Lewis-Formel
Eine Lewis-Formel, auch Elektronenformel oder Lewis-Struktur genannt, stellt Atome durch Elementsymbole und Valenzelektronen durch Punkte oder Elektronenpaare dar. In der Strichschreibweise steht ein Strich für ein gemeinsames Elektronenpaar.
Auf dieser Seite verwenden wir Striche zwischen Atomen für bindende Elektronenpaare. Freie Elektronenpaare zeichnen wir als jeweils zwei Punkte am zugehörigen Atom. Die Zeichnungen zeigen die Verknüpfung und Elektronenverteilung, nicht unbedingt die räumliche Form des Moleküls.
Die Lewis-Formel von Chlorwasserstoff lautet:
$$\mathrm{H}-\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{Cl}}}\!:\!$$
Bei H–Cl ist der Strich zwischen H und Cl ein bindendes Elektronenpaar. Am Chlor bleiben drei freie Elektronenpaare. Wasserstoff besitzt damit zwei Elektronen in seiner ersten Schale; Chlor kann acht Außenelektronen zählen.
Wie stellst du eine Lewis-Formel auf?
Bei Hauptgruppenelementen hilft die Hauptgruppe, die Zahl der Valenzelektronen zu bestimmen. Für die Beispiele brauchst du vor allem: H hat 1, C hat 4, O hat 6 und F oder Cl haben 7 Valenzelektronen.
Die Oktettregel ist eine schulische Entscheidungshilfe: Viele Atome werden so angeordnet, dass sie acht Außenelektronen zählen können. Wasserstoff ist eine wichtige Ausnahme; seine erste Schale ist schon mit zwei Elektronen gefüllt. Das heißt Duettregel. Die Oktettregel hilft bei einfachen Molekülen, gilt aber nicht ausnahmslos.
Für die einfachen, ungeladenen Moleküle dieser Seite gehst du so vor:
- Schreibe alle Atome aus der Summenformel auf.
- Bestimme die Valenzelektronen jedes Atoms und addiere sie.
- Wähle eine sinnvolle Anordnung. Ein Atom mit mehreren möglichen Bindungen steht häufig in der Mitte; Wasserstoff bildet nur eine Bindung.
- Verbinde benachbarte Atome zunächst durch Einfachbindungen.
- Ergänze freie Paare zuerst an den äußeren Atomen bis zum Oktett; H erhält keine freien Paare. Verteile übrige Elektronen am Zentralatom.
- Fehlen dem Zentralatom noch Elektronen zum Oktett, verschiebe freie Paare benachbarter Atome in die Bindungen. So entstehen Mehrfachbindungen, ohne zusätzliche Elektronen einzuführen.
- Zähle am Ende alle eingezeichneten Elektronen und prüfe Duett beziehungsweise Oktett.
Eine Einfachbindung enthält ein bindendes Elektronenpaar, eine Doppelbindung zwei. Jedes bindende Paar zählt für beide verbundenen Atome.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Bei einer Lewis-Formel bestimmst du zuerst die . Eine Einfachbindung enthält Elektronen. Wasserstoff ist meist mit Elektronen in seiner ersten Schale vollständig.
Wie funktionieren H₂O, O₂ und CH₄?
Wasser H₂O
H₂O besitzt insgesamt $2 \cdot 1 + 6 = 8$ Valenzelektronen. Sauerstoff steht in der Mitte und bildet zu jedem H-Atom eine Einfachbindung.
Die Grundstruktur lautet H–O–H. Mit den freien Elektronenpaaren sieht die Zeichnung so aus:
$$\mathrm{H}-\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{O}}}-\mathrm{H}$$
Die beiden Einfachbindungen enthalten zusammen vier Elektronen. Die übrigen vier Elektronen liegen als zwei freie Elektronenpaare am O-Atom. Jedes H zählt zwei Elektronen, O zählt acht.
Sauerstoff O₂
Zwei O-Atome bringen zusammen $2 \cdot 6 = 12$ Valenzelektronen mit. Mit nur einer O–O-Bindung und insgesamt zwölf Elektronen können nicht beide O-Atome ein Oktett erhalten. In der Lewis-Formel zeichnest du deshalb eine Doppelbindung.
Die Struktur lautet O=O:
$$\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{O}}}=\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{O}}}$$
Die Doppelbindung enthält vier Elektronen. An jedem O-Atom liegen außerdem zwei freie Elektronenpaare. Insgesamt sind damit zwölf Valenzelektronen verteilt.
Methan CH₄
Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen, jedes H-Atom eines. Insgesamt sind es $4 + 4 \cdot 1 = 8$ Valenzelektronen.
C steht in der Mitte und bildet vier C–H-Einfachbindungen:
$$\begin{array}{ccc} &\mathrm{H}&\\ &|&\\ \mathrm{H}&-\mathrm{C}-&\mathrm{H}\\ &|&\\ &\mathrm{H}& \end{array}$$
Alle acht Valenzelektronen liegen in diesen vier bindenden Paaren. Am C-Atom bleibt in dieser Struktur kein freies Elektronenpaar.
Wie prüfst du CO₂ und erkennst Fehler?
CO₂ enthält ein C-Atom mit vier und zwei O-Atome mit je sechs Valenzelektronen:
$$1 \cdot 4 + 2 \cdot 6 = 16$$
Das sind acht Elektronenpaare. Die Anordnung O–C–O setzt das Kohlenstoffatom in die Mitte.
Beginne mit zwei Einfachbindungen. Sie verbrauchen vier Elektronen. Die übrigen zwölf verteilst du als je drei freie Paare an den O-Atomen. Jetzt zählen beide O-Atome acht Elektronen, C aber nur vier.
Verschiebe von jedem O ein freies Paar in die jeweilige C–O-Bindung. So entstehen zwei Doppelbindungen: O=C=O. An jedem O bleiben zwei freie Paare:
$$\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{O}}}=\mathrm{C}=\overset{\cdot\cdot}{\underset{\cdot\cdot}{\mathrm{O}}}$$
Die beiden Doppelbindungen enthalten zusammen acht Elektronen. An jedem O liegen außerdem zwei freie Paare, zusammen weitere acht Elektronen. Insgesamt sind alle 16 Valenzelektronen verteilt; jedes Atom zählt acht Außenelektronen.
Prüfe jede Lösung mit drei Fragen:
- Stimmt die Gesamtzahl der eingezeichneten Valenzelektronen?
- Hat H zwei und haben C oder O in diesen einfachen Beispielen acht gezählte Elektronen?
- Sind bindende und freie Paare klar unterschieden?
Ein häufiger Fehler ist, ein bindendes Elektronenpaar nur bei einem Atom zu zählen. Für die Oktettprüfung zählt es jedoch bei beiden verbundenen Atomen. Für die Gesamtzahl des Moleküls bleibt es trotzdem nur ein Paar mit zwei Elektronen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Lewis-Formel
- zeigt Atome und Valenzelektronen
- unterscheidet bindende und freie Paare
- entsteht durch Zählen, Verbinden und Verteilen
- nutzt Einfach- und Mehrfachbindungen
- wird mit Elektronenzahl und Oktett geprüft
- beachtet beim Wasserstoff das Duett