Lewis Formel
Atome und Moleküle lassen sich in der Chemie auf verschiedene Arten darstellen. Eine Art ist die sogenannte Lewis Formel. In diesem Beitrag und im Video zeigen wir dir wie du die Formel aufstellst und ein paar Beispiele.
Lewis Schreibweise einfach erklärt
Die Lewis Formel (auch Elektronenformel) ist eine Strukturformel, mit der Atome und Moleküle dargestellt werden können. Die Lewis Schreibweise bildet die Atome, ihre Außenelektronen (Valenzelektronen) und die Bindungen zwischen Atomen ab. Die inneren Elektronen und der Atomkern werden bei der Lewis Formel hingegen nicht beachtet.
Die Lewis Formel setzt sich aus dem Elementsymbol und den jeweiligen Valenzelektronen zusammen. Die Anzahl der Valenzelektronen für ein Atom kannst du aus dem Periodensystem ablesen, denn sie entspricht der Hauptgruppe.
Wichtig: Bei der Lewis Formel wird jedes Valenzelektron als Punkt dargestellt — egal ob einzelnes Elektron, Elektronenpaar oder Bindungselektronen zweier Atome. Bei der Valenzstrichformel ist das anders.
Lewisformel aufstellen
Um eine Lewisformel von Atomen oder Molekülen aufzustellen, gehst du folgendermaßen vor:
- Zuerst bestimmst du die einzelnen Atome und schreibst diese auf.
- Danach legst du mithilfe des Periodensystems fest, wie viele Valenzelektronen jedes einzelne Atom hat.
- Nun kannst du die Bindigkeit der Atome bestimmen. Dabei handelt es sich um die Anzahl der Bindungen, die ein Atom eingeht, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.
- Du schreibst dann das Atom in die Mitte, das die meisten Bindungen eingehen müsste, um die Oktettregel zu erfüllen (Atom mit der höchsten chemischen Wertigkeit).
- Die anderen beteiligten Atome versuchst du dann mit dem Mittigen zu verknüpfen. Beachte dabei die Oktettregel und denke daran, dass es bei größeren Molekülen mehrere Möglichkeiten geben kann, diese zu verbinden.
Hier noch ein paar wichtige Informationen, die dir beim Aufstellen einer Lewisformel hilfreich sein können:
Jedes Atom versucht die Edelgaskonfiguration, also acht Außenelektronen, zu erreichen. Deswegen können die einzelnen Elemente nur jeweils so viele Atome aufnehmen, wie ihnen noch fehlen. Diese Regel nennst du auch Oktettregel . So brauchen Wasserstoff und Halogene, wie Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat, nur ein Elektron. Sie gehen also nur eine Bindung ein und werden deshalb als einbindig bezeichnet.
Das Sauerstoffatom ist hingegen zweibindig, da ihm noch zwei Atome bis zur Edelgaskonfiguration fehlen. Ein dreibindiges Atom ist z. B. Stickstoff. Vierbindige Atome sind zum Beispiel Kohlenstoff und Silizium. Aufgepasst: Edelgase , wie Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, besitzen bereits acht Valenzelektronen. Deshalb sind sie nach der Oktettregel sehr unreaktiv und gehen auch in der Lewis Formel keine Bindungen ein.
Sind für bestimmte Moleküle in der Theorie mehrere Lewis Formeln möglich, wählst du die Schreibweise aus, deren Anordnung energetisch günstiger ist. Das bedeutet, dass große Atome möglichst viel Platz haben.
Unterschied: Lewisformel und Valenzstrichformel
Oft wird die Lewisformel mit der Valenzstrichformel verwechselt oder synonym 
genannt. Dennoch gibt es einen wichtigen Unterschied zwischen den beiden Schreibweisen der Moleküle:
Im Gegensatz zu der Valenzstrichformel werden Elektronenpaare und Bindungselektronen bei der Lewis Formel nämlich nur als Punkte gezeichnet und nicht zu einem Strich verbunden.
Merke: Bei der Lewisformel werden die Elektronen als Punkte dargestellt. Bei der Valenzstrichformel werden zwei Punkte zu einem sogenannten Valenzstrich verbunden.
Sauerstoff Lewis Formel
Die Lewis Formel von Sauerstoff kannst du folgendermaßen zeichnen:
Sauerstoff hat sechs Valenzelektronen und kann somit zwei Bindungen eingehen (zwei Elektronen aufnehmen), um die Oktettregel zu erfüllen und energetisch stabiler zu sein. Deshalb geht Sauerstoff Doppelbindungen ein.
Molekularer Sauerstoff (O2) Lewis Formel
Wie du bereits weißt, hat Sauerstoff sechs Valenzelektronen und geht Doppelbindungen ein — auch mit anderen Sauerstoffatomen. Die Lewis Formel von O2 kannst du folgendermaßen zeichnen:
In der Natur kommt Sauerstoff in der Regel in dieser Form, also molekular, vor.
Kohlenstoffdioxid (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 ist hier also das C-Atom, deswegen steht es in der Mitte. Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen und Sauerstoff sechs. 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 für das Kohlenstoffdioxid:
Wasser (H2O) Lewis Formel
Wasser besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom. Die Wasserstoffatome haben jeweils ein Außenelektron, können also jeweils eine Bindung eingehen. Der Sauerstoff hat hingegen sechs Außenelektronen und kann somit zwei Bindungen eingehen. Daraus ergibt sich für das Wasser folgende Lewis Formel:
Hinweis: Der Winkel im Molekül kommt unter anderem dadurch zustande, dass die beiden freien Elektronenpaare des Sauerstoffs räumlich mehr Platz brauchen als die Außenelektronen, die an den Bindungen beteiligt sind.
Ozon (O3) Lewis Formel
Ozon besteht aus drei Sauerstoffmolekülen, also O3. Jedes dieser Sauerstoffatome hat sechs Valenzelektronen und ist bestrebt, zwei Bindungen einzugehen. Das ist hierbei allerdings nicht möglich. Deshalb kommt es zur sogenannten Mesomerie . Diese kommt zustande, wenn ein Molekül nicht durch eine einzige Schreibweise beschrieben, sondern nur durch Grenzformeln dargestellt werden kann. Die zwei Grenzformeln werden dann in eckigen Klammern geschrieben. Die Wirklichkeit darüber, wie das Atom aussieht, befindet sich zwischen den Grenzstrukturen.
Die Lewis Formel für Ozon kannst du so darstellen:
Hier siehst du, dass die Bindungen in dem Molekül nicht stabil sind und zwischen der linken und rechten Lewis Strukturformel wechseln.
Stickstoffmonoxid (NO) Lewis Formel
Das Stickstoffmonoxid besteht aus einem Stickstoffmolekül und einem Sauerstoffmolekül. Stickstoff hat fünf Valenzelektronen und ist daher bestrebt, drei Bindungen einzugehen, Sauerstoff ist hingegen nur zweibindig. Weil nicht alle Valenzelektronen eine Bindung eingehen können, ist NO ein Radikal. Das bedeutet, es besitzt ein ungepaartes Valenzelektron und ist daher sehr reaktionsfreudig.
Die Lewis Formel für NO stellst du folgendermaßen dar:
Das Molekül weißt außerdem wieder eine Mesomerie auf.
Strukturformel
Die Lewis Formel ist eine Darstellungsweise für Atome und Moleküle, doch es gibt noch zahlreiche weitere. Schau dir unser Video zu den Strukturformeln an und finde heraus, welche es sind und wie du sie zeichnest!
