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Schritt-für-Schritt-Anleitung

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst

Aufgabe

Stelle die Strukturformeln folgender Verbindungen auf:

  1. HCl
  2. H2SO4

Erläuterung

Unter dem Begriff Strukturformel werden verschiedene Arten der Darstellung von Molekülen zusammengefasst. Darunter fallen z. B. die Elektronen- bzw. Lewisformel, die Valenzstrichformel und die Skelettformel von Molekülen. Abhängig davon, wie detailliert du Moleküle beschreiben willst, kannst du verschiedene Darstellungen verwenden. Hier entwickeln wir zunächst die Lewis- oder Elektronenformel und daraus dann die Valenzstrichformel.

Lösungsschritte für Teilaufgabe a

Stelle die Strukturformel für HCl auf.

Schritt 1: Notiere die Valenzelektronen an den Elementsymbolen

Um die Lewisformel eines Moleküls aufzustellen, benötigst du die Außen- bzw. Valenzelektronen der einzelnen Atome, aus denen das Molekül besteht. Sie werden als Punkte um das Elementsymbol herum eingezeichnet.

Wasserstoff steht in der 1. Hauptgruppe des Periodensystems, besitzt also genau ein Valenzelektron. Chlor hingegen, als Mitglied der 7. Hauptgruppe, besitzt 7 Valenzelektronen. Das sieht dann so aus:

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 1

Beim Einzeichnen der Valenzelektronen notierst du zunächst an jede Seite ein Elektron. Jedes weitere schreibst du dann zu einem bereits vorhandenen dazu. Dadurch entstehen sogenannte Elektronenpaare, von denen bei maximal 8 Valenzelektronen nur 4 pro Atom vorhanden sein können. Chlor hat mit 7 Valenzelektronen also 3 Elektronenpaare und 1 freies Elektron um sich herum.

Ein Elektronenpaar kannst du auch als Strich darstellen. Dann sieht das Ganze wie folgt aus:

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 2

Da Wasserstoff ja nur ein Elektron besitzt, ändert sich an der Darstellung nichts. Chlor hingegen hat nun 3 Elektronenpaare und ein ungepaartes Valenzelektron auf seiner äußersten Schale.

 

Schritt 2: Zeichne die Bindungselektronen ein

Im zweiten Schritt geht es darum, die Bindungselektronen der Verbindung einzuzeichnen. Atome verbinden sich möglichst so, dass sie jeweils die Edelgaskonfiguration erlangen. Um das zu erreichen, gehen Nichtmetallatome – wie Wasserstoff und Chlor – kovalente Bindungen ein. Dabei entstehen ein oder mehrere bindende Elektronenpaare, die sich zwischen den Atomen anordnen. Wasserstoff sowie auch Chlor benötigen nur ein weiteres Elektron, um ihre äußerste Schale komplett zu füllen. Daher stellt eine einfache kovalente Verbindung beide Atome zufrieden. Das Bindungselektronenpaar zeichnest du als Strich zwischen den beiden Elementsymbolen ein.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 3

Und damit ist die Valenzstrichformel für Chlorwasserstoff auch schon fertig.

Lösungsschritte für Teilaufgabe b

Stelle die Strukturformel für H2SO4 auf.

Schritt 1: Notiere die Valenzelektronen an den Elementsymbolen

Um nun die Strukturformel von Schwefelsäure, also H2SO4, aufzustellen, kannst du zunächst genauso wie bei Chlorwasserstoff vorgehen. Beginne also am besten mit den Valenzelektronen.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 4

 

Schritt 2: Zeichne das Zentralatom ein

Im zweiten Schritt versuchst du die Atome so miteinander zu verknüpfen, dass die Elektronenkonfigurationen möglichst erreicht werden. Im Fall von Schwefelsäure ist das schon etwas schwieriger als bei Chlorwasserstoff.

Beginnen solltest du mit dem Zentralatom der Verbindung. In unserem Fall ist das Schwefel, da Schwefel mehr Bindungen eingehen kann als Wasserstoff und Sauerstoff. Das liegt daran, dass Wasserstoff in der 1. Periode steht und nur ein Elektronenpaar in seiner Valenzschale (der L-Schale) unterbringen kann. Sauerstoff steht in der 2. Periode und kann in seiner Valenzschale (der M-Schale) 8 Elektronen unterbringen, also 4 Elektronenpaare. Schwefel hingegen steht in der 3. Periode. In die M-Schale, die die Valenzschale des Schwefels ist, passen bereits 18 Elektronen, die Bindungen eingehen können. Alle 6 Außenelektronen des Schwefels können also Bindungen eingehen.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 5

 

Schritt 3: Überlege dir mögliche Bindungen und Doppelbindungen

Nun müssen die 4 Sauerstoffatome an das zentrale Schwefelatom gebunden werden. Dafür besteht die Möglichkeit der einfachen kovalenten Bindung sowie der Doppelbindung. Beim Betrachten des Schwefels fällt auf, dass 2 Doppel- sowie 2 einfache Bindungen möglich sind.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 6

 Alle einzelnen Elektronen sowie alle Elektronenpaare auf der äußersten Schale des Schwefels gehen Bindungen mit Sauerstoff ein.

Nun kannst du erkennen, dass bei den beiden Sauerstoffatomen, die per Doppelbindung an den zentralen Schwefel gebunden sind, jeweils 2 einzelne Elektronen übrig bleiben. Diese kannst du nun zu einem Elektronenpaar zusammenfassen.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 7

 

Schritt 4: Füge die Wasserstoffatome an die einzelnen Elektronen an

Die beiden Sauerstoffmoleküle, die einfach an das zentrale Schwefelatom gebunden sind, haben nun jeweils noch ein freies, also ungepaartes Elektron, um Bindungen mit den beiden Wasserstoffatomen einzugehen. Sie können also im nächsten Schritt besetzt werden.

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 8

 

Schritt 5: Ersetze Elektronenpaare durch Striche

Da das Molekül mit allen Elektronen nun etwas unübersichtlich aussieht, empfiehlt es sich, jeweils ein Elektronenpaar als Strich zu schreiben. Ersetzt du also alle freien und bindenden Elektronenpaare, dann erhältst du:

Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 9

 

 

Lösung

Die Strukturformeln sehen wie folgt aus:

  1. HCl:
    Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 10
  2. H2SO4:
    Wie du die Strukturformeln von Verbindungen aufstellst - Abbildung 11

 

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