Chemie Grundlagen

Strukturformel

Was ist eine Strukturformel und welche verschiedenen Arten gibt es? In diesem Beitrag zeigen wir dir die verschiedenen Formeln und wie du sie zeichnen kannst.

Schau dir gerne unser Video  zum Thema an, wenn du Strukturformel noch schneller erklärt haben möchtest.

Inhaltsübersicht

Strukturformel einfach erklärt

Eine Strukturformel ist eine chemische Darstellungsweise, mit der du verschiedenste Moleküle zeichnen kannst. Durch sie kannst du die Verknüpfung einzelner Atome, Elektronenpaare und die räumliche Aufteilung darstellen.

Es existieren mehrere mögliche Formelschreibweisen der Strukturformel.

Die Lewis Formel (Elektronenformel) beschreibt ein Molekül mit allen seinen Außenelektronen (Valenzelektronen) als Punkte.

Die Valenzstrichformel veranschaulicht die Außenelektronen als Striche. Die Striche zwischen den einzelnen Atomen stehen für Einfachbindungen oder Mehrfachbindungen.

Mit der Skelettformel kannst du das Kohlenstoffgerüst organische Moleküle als verbundene Striche relativ simpel zeichnen.

Die sogenannte Keilstrichformel stellt die räumliche Anordnung aller Atome im Molekül dar.

Die Konstitutionsformel oder auch Halbstrukturformel ist mit der klassischen Summenformel verwandt. Sie zeigt nur die chemischen Bindungen zwischen Atomen an.%Patrick: ist das hier schon zu viel für ein einfach erklärt oder wollen wir schon, dass die Leute hier schon ein gutes Bild vom Thema haben?

Lewis Formel

Die Lewis Formel oder auch Elektronenformel stellt die Elektronen als Punkte dar. Auch die Bindungen zwischen den Atomen schreibst du bei der Lewis Schreibweise als Punkte.

Nachfolgend ist als Beispiel das Molekül Ethanol in der Lewis Formel dargestellt:

Lewis Formel, Ethanol, Elektronenformel
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Lewis Formel am Beispiel Ethanol

Schau dir gerne unseren Beitrag zur Lewis Formel an, um weitere Informationen über sie mit einigen Beispielen zu erfahren.

Valenzstrichformel

Eine weitere Art, eine Verbindung darzustellen, ist die Valenzstrichformel. Sie ist eine der häufigsten Darstellungsformen einer chemischen Struktur.

Oft wird die Valenzstrichformel auch mit der Lewis Formel verwechselt. Doch die Besonderheit der Valenzstrichformel ist, dass die Elektronenpaare nicht über Punkte dargestellt werden. Stattdessen zeichnest du bei Valenzstrichformeln für ein Elektronenpaar einen Strich. Diesen Strich kannst du auch als Valenzstrich bezeichnen.

Die Verbindung zwischen den Atomen erfolgt auch über Striche. Eine Einfachbindung wird mit einem Strich und eine Mehrfachbindung analog mit mehreren Strichen dargestellt.

Ethanol (C_2 H_6 O) sieht als Valenzstrichformel so aus:

Valenzstrichformel, Ethanol, Sauerstoff
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Valenzstrichformel am Beispiel Ethanol und Sauerstoff

Oftmals werden die Elektronenpaare um das Sauerstoffatom (O) auch weggelassen.

Obwohl die Valenzstrichformel sehr oft als Darstellung verwendet wird, hat sie auch einige Nachteile. In der Realität liegen die Atome nicht exakt in einer Linie. Die Bindungen stehen in einer realen Verbindung nicht in einem 90°-Winkel, sondern in einem meist höheren Bindungswinkel.

Außerdem werden viele Bindungen zwischen Atomen nur vereinfacht dargestellt.

Ein Beispiel hierfür ist der Sauerstoff (O_2). Sauerstoff ist durch seine spezielle Bindungsordnung ein sogenanntes Diradikal. Das bedeutet, dass Sauerstoff eine Doppelbindung besitzt, von denen eine Bindung aus zwei ungepaarten Elektronen besteht. Die Valenzstrichformel von Sauerstoff wird also vereinfacht dargestellt, wie du im obigen Bild sehen kannst.

Skelettformel

Die Skelettformel oder auch Gerüstformel ist eine noch weiter vereinfachte Darstellung der Molekülstruktur. Sie wird bei organischen Verbindungen verwendet. Mit ihr kannst du relativ schnell komplizierte und lange Moleküle aufzeichnen.

Der Begriff Skelett bezieht sich hierbei auf das Kohlenstoffgerüst der organischen Verbindung. Dieses Kohlenstoffgerüst kann als Hauptkette, Seitenkette und/oder Ring die Basis der organischen Verbindung bilden.

Zuerst musst du für die Skelettschreibweise die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Verbindung kennen. Da Wasserstoffatome die häufigsten Bindungspartner der Kohlenstoffatome sind, musst du diese in der Skelettformel an den Kohlenstoffatomen nicht explizit hinzufügen. Alle Atome, die nicht Kohlenstoff oder an Kohlenstoff gebundener Wasserstoff sind, musst du aber trotzdem mit ihren Elementsymbolen darstellen.

Wenn du die Anzahl der Kohlenstoffatome kennst, kannst du diese ganz einfach als verbundene Striche einzeichnen.

Nachfolgend steht das Beispiel für Ethanol:

Skelettformel, Ethanol, Strukturformel
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Skelettformel am Beispiel Ethanol

Wie du siehst, wurde die funktionelle Hydroxygruppe (OH) mit ihren jeweiligen Elementen aufgezeichnet.

Die Skelettformel hat, wie auch die anderen Strukturformeln, einige Beschränkungen. Für organische Moleküle mit nur einem Kohlenstoffatom (Methan, Methanol, …) kannst du sie nicht aufzeichnen. Außerdem kannst du die Skelettformel nur in Kombination mit organischen Molekülen anwenden.

Keilstrichformel

Die Keilstrichformel (Keilstrich Schreibweise) erlaubt dir die räumliche Darstellung von Molekülbestandteilen.

Die Regeln für das Zeichnen der Keilstrichformel lauten:

  • Wenn das Atom bzw. die Bindung in der Zeichenebene liegt, wird sie mit einer einfachen Linie gezeichnet.
  • Ein dicker Keil gibt an, dass das Atom aus der Zeichenebene herausragt.
  • Mit einem gestrichelten Keil gibst du an, dass sich das Atom hinter der Zeichenebene befindet.

Für Ethanol sieht die Keilstrichformel wie folgt aus:

Keilstrichformel, Ethanol, Strukturformel
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Keilstrichformel am Beispiel Ethanol

Für die Keilstrichformel gibt es noch weitere, verwandte Darstellungsweisen. Die Fischer Projektion eignet sich, um chirale Moleküle räumlich darzustellen. Die sogenannte Sägebock Projektion stellt die räumliche Anordnung von zwei benachbarten Kohlenstoffatomen in Form eines Sägebocks dar. Bei der Newman Projektion betrachtest du das Molekül entlang der Rotationsachse einer ausgewählten Einfachbindung. Die Haworth Projektion eignet sich besonders für ringförmige Moleküle mit fünf oder sechs Gliedern.

Schau dir gerne unseren Beitrag zur Fischer Projektion%Verweis (Ich würde die anderen Arten auch in das Video für Fischer projektion packen und noch einige Beispiele dazu machen) an, um mehr über sie und die drei verwandten Arten mit einigen Beispielen zu erfahren.

Halbstrukturformel

Die sogenannte Halbstrukturformel oder auch Konstitutionsformel ist keine klassische Strukturformel. Du kannst sie dir als eine Kombination aus Summenformel und Strukturformel vorstellen.

Im Gegensatz zu einer einfachen Summenformel, kannst du durch die Konstitutionsformel nicht nur die Anzahl/das Verhältnis der Atome darstellen. Du kannst zusätzlich auch noch Informationen darüber geben, wie die Atome innerhalb eines Moleküls verknüpft sind.

Für Ethanol sieht die Konstitutionsformel so aus:

CH_3 - CH_2 - OH

Die Konstitutionsformel stellt die Moleküle in einer recht simplen Form dar. Ein großer Nachteil dabei ist, dass du mit ihr bestimmte Bindungsverhältnisse (Doppelbindung, …) nicht beschreiben kannst.

Strukturformel Übersicht

Um dir die Arten der Strukturformeln auf einen Blick zu zeigen, haben wir dir hier eine Übersicht erstellt:

Strukturformel, Ethanol, Lewis Formel, Keilstrichformel, Valenzstrichformel, Skelettformel, Halbstrukturformel, Konstitutionsformel
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Zusammenfassung der verschiedenen Strukturformeln von Ethanol

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