Übungsaufgaben – Molekular gebaute Stoffe und Elektronenpaarbindung
Aufgaben: Molekular gebaute Stoffe und Elektronenpaarbindung
Sie benötigen das Periodensystem der Elemente!
- Erläutern Sie unter Einbeziehung der Oktettregel die Bildung eines Wasser-Moleküls. Geben Sie die Valenzelektronenschreibweise des Wasser-Moleküls an.
- Geben Sie die Valenzstrichschreibweise der folgenden Moleküle an: Kohlendioxid, Sauerstoff, Ammoniak
- Beurteilen Sie die Polarität der Bindungen bzw. der Stoffe für die folgenden Moleküle: Kohlendioxid, Sauerstoff, Ammoniak
- Begründen Sie die folgenden Aussagen:
a) Wasser ist gut löslich in Wasserstoffperoxid.
b) Fluor ist reaktiver als Stickstoff.
Lösungen
Beschreibung der Molekülbildung unter Einbeziehung der Oktettregel:
Die Oktettregel besagt, dass alle Atome in einem Molekül von vier Valenzelektronenpaaren umgeben sind, mit Ausnahme des Wasserstoff-Atoms. Dieses ist von einem Valenzelektronenpaar umgeben.
Zur Bildung eines Wasser-Moleküls \(H_2O\) ist die Reaktion von Wasserstoff- und Sauerstoff-Atomen im Verhältnis 2:1 erforderlich. In der Valenzschale des Sauerstoff-Atoms befinden sich 6 Elektronen (2 Elektronenlücken), es kann max. 2 Elektronenpaarbindungen ausbilden. Ein Wasserstoff-Atom besitzt 1 Valenzelektron in seiner einzigen Schale, der K-Schale. Da diese mit max. 2 Elektronen voll besetzt ist, kann ein Wasserstoff-Atom nur 1 Elektronenpaarbindung ausbilden. Zur Bildung des Wasser-Moleküls überschneiden sich die Valenzschalen von 1 O-Atom und 2 H-Atomen. Jedes Wasserstoff-Atom bildet 1 Elektronenpaarbindung zum Sauerstoff-Atom aus, wodurch die Elektronenlücken beider Reaktionspartner aufgefüllt werden und alle drei Nichtmetall-Atome 8 bzw. 2 Elektronen auf der Valenzschale erhalten. Alle am Wasser-Molekül beteiligten Nichtmetall-Atome besitzen nun Edelgaskonfiguration, als besonders stabilen, energiearmen Zustand.
Valenzstrichschreibweise der Moleküle von Kohlendioxid, Sauerstoff und Ammoniak:
Polarität bei Kohlendioxid, Sauerstoff und Ammoniak:
Kohlendioxid: pA + nD = upS
Die Bindungselektronen zwischen dem Kohlenstoff-Atom und den Sauerstoff-Atomen sind unsymmetrisch verteilt, da Sauerstoff einen höheren Elektronegativitätswert hat als Kohlenstoff und damit die Bindungselektronen stärker an sich zieht. Die Differenz liegt zwischen 0,5 und 1,7, daher liegt eine polare Atombindung (pA) vor. Die entstandenen negativen Partialladungen an den Sauerstoffatomen fallen mit der positiven Partialladung am Kohlenstoffatom in einem Punkt zusammen, wodurch ein Nicht-Dipolmolekül (nD) vorliegt. Kohlendioxid ist daher ein unpolarer Stoff. (upS)
Sauerstoff: upA
Die Bindungselektronen zwischen den beiden Sauerstoff-Atomen sind symmetrisch verteilt, daher handelt es sich um zwei unpolare Atombindungen im Sauerstoff-Molekül. (upA)
Ammoniak: pA + D = pS
Die Bindungselektronen zwischen dem Stickstoff-Atom und den Wasserstoff-Atomen sind unsymmetrisch verteilt, da Stickstoff einen höheren Elektronegativitätswert hat als Wasserstoff und damit die Bindungselektronen stärker an sich zieht. Die Differenz liegt zwischen 0,5 und 1,7, daher liegt eine polare Atombindung vor. (pA) Die entstandene negative Partialladung am Stickstoff-Atom fällt nicht mit den positiven Partialladungen der Wasserstoff-Atome in einem Punkt zusammen, wodurch ein Dipolmolekül vorliegt. (D) Ammoniak ist daher ein polarer Stoff. (pS)
a) Polares löst sich in polarem, Unpolares in unpolarem. Wasser und Wasserstoffperoxid bestehen beide aus Dipol-Molekülen und sind daher beide polare Stoffe.
b) Mit steigender Bindungsanzahl nimmt die Bindungsenergie zu, das heißt es ist mehr Energie notwendig die am Molekül beteiligten Atome voneinander zu trennen. Für das Fluor-Molekül ist nur einmal Energie notwendig um die Einfachbindung zu trennen, beim Stickstoff-Molekül dreimal. Daher ist die Reaktivität von Chlor größer als von Stickstoff.