EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungmodell)

EPA-Modell einfach erklärt

Das Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) oder auch VSEPR-Modell genannt, ist ein Modell aus der Chemie, mit dem du den räumlichen Bau von Molekülen vorhersagen und konstruieren kannst. 

Das Elektronenpaarabstoßungsmodell beschreibt die räumliche Anordnung eines Moleküls. Das ist auf die negativ geladenen Elektronenpaare zurückzuführen, die sich voneinander abstoßen. Deswegen bestreben sie eine Anordnung, bei der sie den größtmöglichen Abstand voneinander haben.

Allgemein musst du aber beachten, dass das EPA-Modell nur auf kovalente Verbindungen, bei der sich Atome Elektronenpaare teilen, anwendbar ist. Auf Ionen-Verbindungen kannst du es gar nicht anwenden und auf Komplexverbindungen nur sehr eingeschränkt. 

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EPA-Modell Regeln

Um die räumliche Struktur eines Moleküls vorauszusagen, musst du zunächst einige Regeln des Elektronenpaarabstoßungsmodells beachten:

1. Das Zentralatom ist an zwei oder mehrere Atome gebunden. 
2. Du betrachtest alle Elektronen der Valenzschale: nicht-bindende (= freie) sowie bindende Elektronenpaare!
3. Negativ geladene Elektronenpaare und Atomhüllen ordnen sich mit größtmöglichem Abstand voneinander an. Damit weichen sie der gegenseitigen Abstoßung aus.
4. Für jede Anzahl an gebundenen Elektronenpaaren am Zentralatom gibt es eine ideale Geometrie, die energetisch am günstigsten ist.
5. Abweichungen von der idealen Geometrie kannst du zurückführen auf: 
   1. Freie Elektronenpaare: Brauchen mehr Platz als gebundene Elektronenpaare.
   2. Mehrfachbindungen: Brauchen mehr Platz als Einfachbindungen.
   3. Elektronegativität der am Zentralatom gebundenen Atome: Je elektronegativer die Atome sind, desto weniger Platz brauchen die bindenden Elektronenpaare. 

EPA-Modell Beispiel Wasser

Der Einstieg in die praktische Anwendung des EPA-Modells gelingt mit einer Erklärung am Wassermolekül :  Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.

Dabei sind die einzelnen Atome räumlich so zueinander ausgerichtet, dass die Atome und die Elektronenpaare den größtmöglichen Abstand zueinander haben. Die sich ergebende Form des Wassermoleküls ist dann energetisch am günstigsten. Das H₂O-Molekül sieht so aus: 

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Das Wassermolekül besitzt jeweils zwei bindende und zwei nicht-bindende Elektronenpaare. Um den größtmöglichen Abstand voneinander zu erreichen, bildet sich eine gewinkelte Form. Du nennst die für das H₂O-Molekül typische Form mitsamt der freien Elektronenpaare auch Tetraeder.

Gut zu wissen: Die räumliche Struktur von Molekülen ist von großer Bedeutung für ihre chemische Reaktivität und ihre physikalischen Eigenschaften. So ergibt sich aus der gewinkelten Molekülstruktur des Wassers beispielsweise sein Dipolcharakter . 

Mit dem EPA-Modell erklärst du dir die Molekülgeometrie also ganz einfach. Doch wie gehst du nun vor, wenn du die Geometrie eines Moleküls selbst voraussagen willst? Das zeigen wir dir jetzt! 

Ideale Geometrie

Wie die ideale Geometrie von Molekülen aussieht, hängt davon ab, wie viele Substituenten sich um das Zentralatom befinden. Du kannst die ideale Molekülstruktur deiner Verbindung aber nur voraussagen, wenn alle Substituenten einer Art und keine Mehrfachbindungen enthalten sind.

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Merke: Ideale Raumstruktur meint die energetisch günstigste Struktur für ein Molekül, bei der sich keine Elektronenpaare voneinander abstoßen.

Elektronenpaarabstoßungsmodell Vorgehensweise

Das Vorgehen beim Elektronenpaarabstoßungsmodell für Moleküle mit einem Zentralatom lässt sich in 5 Schritten beschreiben. Dazu stellst du dir die folgenden Fragen:

1. Um welchen Bindungstyp handelt es sich?
   Zuerst überprüfst du, ob es sich bei deiner Verbindung tatsächlich um einen kovalenten Bindungstyp handelt. 
2. Wie sieht die Valenzstrichformel aus?
   In diesem Schritt stellst du die Valenzstrichformel des Moleküls auf. Achte darauf, dass du alle Elektronenpaare einzeichnest!
3. Wie viele Atome und freie Elektronenpaare gibt es?
   Du bestimmst nun die Anzahl der gebundenen Atome (B) und der freien Elektronenpaare (E) des Zentralatoms. 
4. Wie ist die ideale Geometrie?
   Aus der Summe von B und E ermittelst du den Molekültyp sowie die ideale Raumstruktur.
5. Gibt es Besonderheiten?
   Zum Schluss schätzt du ab, ob eine Abweichung der idealen Struktur vorliegen könnte.

Elektronenpaarabstoßungsmodell Beispiele

Anhand von mehreren Beispielen kannst du üben, wie du das Elektronenpaarabstoßungsmodell anwendest.

Beispiel 1: Methan (CH₄)

Die ideale Raumstruktur des Methan-Moleküls findest du ganz einfach heraus, indem du Schritt für Schritt alle Fragen durchgehst. Ganz am Ende überlegst du dir, wie das Molekül nun wirklich aussehen könnte. 

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Welcher Bindungstyp ?
Kovalente Bindung

Wie sieht die Valenzstrichformel aus?

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Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
5 Atome, keine freien Elektronenpaare,  4 bindende Elektronenpaare

Wie ist die ideale Geometrie?
Tetraedrisch

Gibt es Besonderheiten?
Nein, es gibt weder freie Elektronenpaare noch Mehrfachbindungen oder besonders elektronegative Atome. 

Beispiel 2: Schwefeldioxid (SO₂)

Auch Schwefeldioxid sieht auf den ersten Blick vielleicht etwas komplizierter aus als es ist. Schauen wir uns das doch genauer an:

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Welcher Bindungstyp?
Kovalente Bindung

Wie sieht die Valenzstrichformel aus?

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Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
3 Atome, 5 freie Elektronenpaare, 4 bindende Elektronenpaare

Wie ist die ideale Geometrie?
Gewinkelt: Bindungswinkel beträgt 119,5°.

Gibt es Besonderheiten?
Ja, die Elektronenpaare der Doppelbindungen brauchen mehr Abstand zum freien Elektronenpaar des Schwefelatoms. Auch platzieren sich die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs mit größtmöglichem Abstand im Molekül. 

Beispiel 3: Bortrifluorid

Als ein weiteres Beispiel eignet sich Bortrifluorid. Klingt schwierig? Mit den richtigen Überlegungen löst du auch die Struktur ganz schnell!

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Welcher Bindungstyp?
Kovalente Bindung

Wie sieht die Valenzstrichformel aus?

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Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
4 Atome, 9 freie Elektronenpaare, 3 bindende Elektronenpaare

Wie ist die ideale Geometrie?
Trigonal-planar

Gibt es Besonderheiten?
Ja, das Molekül enthält 9 freie Elektronenpaare. In einer planaren (flachen) Struktur erreichen sie größtmöglichen Abstand zueinander.

EPA-Modell — häufigste Fragen

• Was ist das EPA-Modell?
  Das EPA-Modell ist ein Modell, mit dem du die Geometrie eines Moleküls herausfinden kannst.
  
  
• Auf welchen Annahmen basiert das EPA-Modell?
  Das EPA-Modell basiert auf der Annahme, dass sich Elektronenpaare um ein Atom voneinander abstoßen und so mit größtmöglichem Abstand zueinander anordnen. Daraus entsteht eine Raumstruktur des Moleküls, die energetisch günstig ist.
  
  
• Wann kann ich das EPA-Modell nicht benutzen?
  Das EPA-Modell eignet sich nicht bei ionischen Bindungen sowie bei einigen Komplexverbindungen.
  
  
• Was sind freie Elektronenpaare / bindende Elektronenpaare und wie erkenne ich sie?
  Freie Elektronenpaare sind nicht an Bindungen zwischen Atomen beteiligt, sondern gehören einem Atom allein. Bindende Elektronenpaare verbinden zwei Atome durch eine kovalente Bindung. 

Atome

Super! Mit Molekülstrukturen kennst du dich nun bestens aus. Doch wie sieht’s mit Atomen aus? Falls du eine Auffrischung deines Wissens benötigst, schau gerne hier vorbei!