Chemie Grundlagen

Lewis Formel

Atome und Moleküle lassen sich auf verschiedene Arten darstellen. Eine Art ist die sogenannte Lewis Formel. In diesem Beitrag zeigen wir dir wie du die Formel aufstellst und ein paar Beispiele.

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Inhaltsübersicht

Lewis Schreibweise einfach erklärt

In der Chemie wird die Lewis Formel auch Elektronenformel genannt. Mit dieser kannst du die Struktur von Atomen und Molekülen darstellen. Basierend auf der Oktettregel und den unterschiedlichen Bindungsarten in der Chemie werden in der Lewis Schreibweise auch die Bindungen zwischen den Atomen abgebildet. An einer Bindung sind laut der Lewis Schreibweise nur die Valenzelektronen beteiligt.

So setzt sich die Lewis Formel aus dem Elementssysmbol und den jeweiligen Valenzelektronen zusammen. Die Valenzelektronen für ein Atom kannst du aus dem Periodensystem an der Hauptgruppe ablesen. Jedes Valenzelektron wird als Punkt dargestellt. Im Gegensatz zu der Valenzstrichformel werden Bindungen auch nur als Punkte gezeichnet und nicht miteinander zu einem Strich verbunden.

Damit werden alle inneren Elektronen und der Atomkern für die Lewis Formel nicht beachtet.

Lewisformel

Oft wird die Lewisformel mit der Valenzstrichformel verwechselt oder synonym genommen. Dennoch gibt es einen wichtigen Unterschied zwischen den beiden Schreibweisen der Moleküle.

Unterschied zur Valenzstrichformel

Bei der Lewisformel werden die Elektronen als Punkte dargestellt. Bei der Valenzstrichformel werden zwei Punkte zu einem sogenannten Valenzstrich verbunden.

Im Folgenden erklären wir dir noch ein paar Grundsätze für die Lewisformel, die man beachten sollte. Der Wasserstoff und die Halogene, wie Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat erreichen durch ein weiteres Atom eine Edelgaskonfiguration nach der Oktettregel . Deshalb können sie auch nur eine Bindung ausbilden und werden als einbindig bezeichnet.

Die Bindigkeit eines Atoms wird dabei durch seine Anzahl an Valenzelektronen bestimmt. Zum Beispiel ist das Sauerstoffatom zweibindig, da ihm noch zwei Atome fehlen, um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Das ist der Grund weshalb das Atom zwei Bindungen eingeht. Ein dreibindiges Atom wäre der Stickstoff. Vierbindige Atome sind zum Beispiel der Kohlenstoff und das Silizium.

Edelgase, wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, besitzen bereits 8 Valenzelektronen. Deshalb sind sie nach der Oktettregel sehr unreaktiv und gehen auch in der Lewis Formel keine Bindungen ein. 

Als letztes musst du noch beachten, dass es für bestimmt Moleküle möglich ist mehrer Lewis Formeln zu zeichnen. Du wählst dann die Schreibweise aus, deren Anordnung energetisch günstiger ist. Das sind gleiche Moleküle mit einer größeren Anzahl an Bindungen oder Bindungen zwischen zwei verschiedenen Atompartnern.

Elektronenschreibweise

Als Beispiel können wir uns jetzt einmal einzelne Elektronen in der Elektronenschreibweise, also Lewis Formel ansehen. Dabei nehmen wir das Elementsymbol als Atomkern mit den inneren Elektronen her und zeichnen die Valenzelektronen in Form von Punkten außen herum.

Für Fluor könnte das wie folgt aussehen:

Lewis Formel für Fluor
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Lewis Formel für Fluor

Mit der Schreibweise kannst du erkennen, dass Fluor 7 Valenzelektronen hat. Dem Atom fehlt ein Elektron, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Ein Sauerstoffatom sieht wie folgt aus:

Lewis Formel für Sauerstoff
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Lewis Formel für Sauerstoff

Sauerstoff hat 6 Valenzelektronen. Es würde noch gerne zwei Elektronen aufnehmen, um die Oktettregel zu erfüllen und energetisch stabiler zu sein. Deshalb geht Sauerstoff Doppelbindungen ein.

Du kannst auch so immer bei Molekülen vorgehen. Zuerst bestimmst du die einzelnen Atome und schreibst diese auf. Danach legst du mithilfe des Periodensystems  fest, wieviele Valenzelektronen jedes einzelne Atom hat. Ebenfalls bestimmst du die Bindigkeit der Atome. Nun kannst du das Atom mit der höchsten chemischen Wertigkeit %VERWEIS chemische Wertigkeit in die Mitte schreiben und versuchen die anderen mit dem mittigen nach der Oktettregel zu verknüpfen. Denke daran, dass es bei größeren Molekülen mehrere Möglichkeiten gibt, diese zu verbinden.

Lass uns nun das Konzept der Lewis Formel auf mehrere Atome anwenden.

CO2 Lewis Formel

Kohlenstoffdioxid besteht aus Kohlenstoff und zwei Sauerstoffatomen. Ein Kohlenstoffatom C ist vierbindig und ein Sauerstoffatom O zweibindig. Das Atom mit der höheren chemischen Wertigkeit %VERWEIS Wertigkeit steht meistens in der Mitte, weshalb das C Atom mittig platziert wird. Kohlenstoff hat 4 Valenzelektronen und Sauerstoff 6. Damit beide Atome die Oktettregel erfüllen beteiligen sich alle Außenelektronen von dem Kohlenstoff an der Bindung und jeweils zwei von den Sauerstoffatomen. Somit ergibt sich folgende Lewis Formel:

Lewis Formel für Kohlenstoffdioxid
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Lewis Formel für Kohlenstoffdioxid

Wasser Lewis Formel

Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen mit jeweils einem Valenzelektron und einem Sauerstoffatom mit 6 Außenlektronen. Wasserstoff möchte eine und Sauerstoff zwei Bindungen eingehen.

Lewis Formel für Wasser
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Lewis Formel für Wasser

Der Winkel im Molekül kommt durch den induktiven Effekt zustande. Das weitaus elektronegativere Sauerstoffatom zieht die Elektronen vermehrt zu sich und wird so etwas negativer geladen. Außerdem brauchen die nicht an der Bindung beteiligten Valenzelektronen räumlich mehr Platz.

Ozon Lewis Formel

Ozon besteht aus drei Sauerstoffmolekülen, also O3. Jedes dieser Sauerstoffatome hat 6 Valenzelektronen und möchte zwei Bindungen eingehen. Das ist aber bei diesem speziellen Molekül nicht möglich.

Deshalb kommt es zu einer sogenannten Mesomerie. Diese kommt zustande, wenn ein Molekül nicht durch eine einzige Schreibweise beschrieben werden kann, sondern nur durch Grenzformeln dargestellt werden kann. Die zwei Grenzformeln werden dann in eckigen Klammern geschrieben. Die Wirklichkeit, wie das Atom aussieht, befindet sich zwischen den Grenzstrukturen.

Lewis Formel für Ozon
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Lewis Formel für Ozon

 

Hier siehst du, dass die Bindungen in dem Molekül nicht stabil sind und zwischen der linken und rechten Lewis Strukturformel wechseln.

NO Lewis Formel

Das Stickstoffmonoxid besteht aus einem Stickstoffmolekül und einem Sauerstoffmolekül. Stickstoff hat 5 Valenzelektronen und möchte daher 3 Bindungen eingehen, Sauerstoff ist nur zweibindig. Weil die Anzahl der Elektronen nicht aufgeht, ist NO ein Radikal. Das bedeutet es besitzt ein ungepaartes Valenzelektron und ist daher sehr reaktionsfreudig.

Lewis Formel für Stickstoffmonoxid
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Lewis Formel für Stickstoffmonoxid

Das Molekül weißt außerdem wieder eine Mesomerie auf.

NO2 Lewis Formel

Bei Stickstoffdioxid kommt es ebenfalls durch die ungerade Anzahl an Elektronen zu einem Radikal und auch zu einer Mesomerie. Das ganze sieht dann wie folgt aus:

Lewis Formel für Stickstoffdioxid
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Lewis Formel für Stickstoffdioxid

 

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