Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 20.09.10

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3.4 Die Struktur binärer Verbindungen

Material:
bulletModell Tetraeder
bulletModell Wassermolekül
bulletKalottenmodelle
bulletKugel/Stäbchenmodell

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Welches Atommodell ist nun das Richtige, um das Verhalten von Atomen zu verstehen?

Diese Frage ist falsch gestellt, denn es handelt sich nicht um eine Frage des "falsch" oder "richtig", sondern des Ausmaßes an Exaktheit in der Beschreibung von Atomen und der Nützlichkeit für einen bestimmten Lehrzweck. Wir müssen also vielmehr fragen: welche Modelldarstellung ist für unseren Zweck (hier: grundlegendes Verständnis von chemischen Bindungen) hilfreich und hinreichend?

In vielen Schul- und Lehrbüchern wird das Bohrsche Schalenmodell verwendet.

Tafelskizze/Folie: Bohrsche Schalen

Über eine gewisse Strecke ist das Modell hilfreich: es erklärt, warum sich p+ und e- nicht so weit anziehen, dass Elektronen in den Kern stürzen, und es erklärt die diskreten Energiezustände der Elektronen im Atom, die sich in den Spektrallinien äußern.

Nach der im vorausgehenden Kapitel "Atombindung" verwendeten Schreibweise müssten in Methan ausschließlich rechte Winkel vorkommen, während Wasser entweder linear oder rechtwinklig gebaut wäre:

Tafelskizze: Methan, Wasser in der projizierten Form (90°-Winkel!)

Gleichzeitig erhebt sich die Frage: wie kann es zu einer permanenten Bindung kommen, wenn die Elektronen innerhalb der Schalen stets in Bewegung sind?

Diese Widersprüche zwingen uns, zu einem anderen Atommodell zu greifen, um die beobachtete Struktur von Molekülen zu verstehen (Beweise dafür folgen im Teil "Polare Bindung"). Das Modell der Wahl heißt Kugelwolkenmodell (nach Kimball):

Folie 1: Entstehung der Bindung

Folie 2: Darstellung Methan 1 Folie 2': Darstellung Methan 2

Das Kugelwolkenmodell beschreibt die Anordnung von Elektronen der letzten Schale um ein Atom kurz vor dem Schließen von Bindungen.

Strukturformeln geben den exakten räumlichen Bau einer Verbindung an.

Das Modell von der Elektronenpaarabstoßung (VSEPR) beschreibt den Bau eines Moleküls kurz nach dem Schließen von Bindungen:

bulletdie Liganden ordnen sich so um das Zentralteilchen an, dass sie im Raum den größtmöglichen Abstand voneinander einnehmen; Grund: die Bindungselektronen stoßen sich ab.
bulletfreie Elektronenpaare des Zentralteilchens werden wie Liganden behandelt (manchmal beanspruchen sie sogar mehr Platz als Liganden, z.B. Wasserstoff).

Übungen:

bulletCF4 109.5° idealer Tetraeder
bulletNH3 106.8° "pyramidal", dennoch Tetraeder
bulletH2O 104.5° "gewinkelt", dennoch Tetraeder
bulletHCl 180°(?) "linear", dennoch Tetraeder

WICHTIG: Strukturformeln lassen sich nur für Moleküle angeben, d.h. für Atomverbände, die von kovalenten oder polaren Bindungen zusammengehalten werden!

Demonstration: Die Aussagekraft unterschiedlicher Molekülmodelle.

bulletKalottenmodell
bulletKugel-Stäbchen-Modell

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    E-Mail an: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de