1.3 Räumlicher Bau von Molekülen 13 Valenzelektronenpaar-Abstoßungs-Modell Wasser und Kohlenwasserstoffe bestehen aus elektrisch ungeladenen Mo lekülen. Dennoch wird ein Wasserstrahl von einem elektrisch geladenen Hartgummistab abgelenkt (V1, B2), ein Benzinstrahl dagegen nicht (LV2). Daraus ist zu schließen, dass die Wasser-Moleküle Dipole sind (B3, B4), die Benzin-Moleküle nicht. Welche Va lenz strich for mel für das Wasser-Molekül gibt nun die experimentellen Ergebnisse richtig wieder? Wäre die gestreckte Formel in B1 richtig, dürfte das Wasser-Molekül kein Dipol sein, weil die Teilladungen symmetrisch verteilt sind und sich so aufheben: Das Wasser-Molekül muss „irgendwie“ gewinkelt sein. Eine Erklärung für den räumlichen Bau vieler Moleküle gibt das Valenz elektronenpaar-Abstoßungs-Modell, bei dem die Grundsätze gelten: 1. Die Valenzelektronenpaare stoßen sich ab; sie ordnen sich räumlich möglichst weit voneinander entfernt an. 2. Nichtbindende Valenzelektronenpaare stoßen benachbarte Elektronenpaare etwas stärker ab als bindende. Unpolare Moleküle Nach diesen Grundsätzen ordnen sich im Methan-Molekül CH4 die vier bindenden Valenzelektronenpaare tetraedrisch im Raum an (B5). Der Bindungswinkel beträgt somit jeweils 109 ° (Tetraederwinkel). Die Schwerpunkte der positiven und negativen Teilladungen fallen im Zentrum des Moleküls zusammen. Das Methan-Molekül ist daher ein unpolares Molekül. Polare Moleküle Im Wasser-Molekül befinden sich am Sauerstoff-Atom zwei bindende und zwei nichtbindende Valenzelektronenpaare. Damit ergibt sich für das Wasser-Molekül der räumliche Bau von B6. Wir können jetzt auch die Valenzstrichformel des Wasser-Moleküls richtig schreiben: B1, 2. Formel. Sie erklärt die Dipoleigenschaft des Moleküls. Das Wasser-Molekül ist ein polares Molekül. Valenzstrichformeln (Strukturformeln) Valenzstrichformeln zur übersichtlichen Darstellung von Molekülen enthalten nicht nur Striche zur Symbolisierung bindender und nichtbindender Valenzelektronenpaare, sondern erlauben auch die Andeutung von Bindungswinkeln. Die so erhaltenen Valenzstrichformeln werden daher oft auch Strukturformeln1 genannt. B5 Vier durch kurze Gummibänder zusammengehaltene Luftballons (=^ Molekülorbitale) ordnen sich im Raum tetraedrisch an. Jeder hat so den größten Abstand zu seinen Nachbarn. B6 Räumliche Anordnung der Atome und der freien Elektronenpaare im Wasser-Molekül. Der Bindungswinkel ist mit 105° etwas kleiner als 109°, weil die freien Elektronenpaare stärker abstoßen als bindende. Die Dipol-Eigenschaft des Wasser-Moleküls ergibt sich aus dem gewinkelten Bau des Moleküls. Schlüsselbegriffe Valenzelektronenpaar-Absto ßungs-Modell, polares Molekül, unpolares Molekül, Valenzstrichformel, Strukturformel 1 von struere (lat.) = aufbauen H H O Aufgabe A3 a) Gib für das Ammoniak-Molekül NH3 die Valenzstrichformel nach dem Valenzelektronenpaar-Abstoßungs-Modell an. b) Der Bindungswinkel im Ammoniak-Molekül ist mit 106° kleiner als der Tetraederwinkel von 109°, aber etwas größer als der im Wasser-Molekül mit 105°. Erkläre diesen Befund. c) Ist das Ammoniak-Molekül ein polares oder unpolares Molekül? Begründe deine Entscheidung. N u r zu P r fz e c k e n E ig e n tu m d e s C .C . B u c h n e r V e rl a g s