VSEPR-Modell: Wie bestimmst du die Form eines Moleküls aus der Anzahl der Domänen?

Was ist das VSEPR-Modell?

VSEPR steht für „valence shell electron pair repulsion“, also die Abstoßung der Elektronenpaare in der Valenzschale. Die Domänen um ein Zentralatom stoßen sich ab und ordnen sich so weit voneinander entfernt wie möglich an. Eine Bindung oder ein freies Elektronenpaar ist eine Domäne. Auch eine Doppel- oder Dreifachbindung ist eine Domäne, denn ihre Elektronen zeigen in dieselbe Richtung.

Verwechsle diese beiden Begriffe nicht:

• Elektronenpaargeometrie: die Anordnung aller Domänen, einschließlich der freien Elektronenpaare.
• Molekülform: nur die Anordnung der Atome, ohne die freien Elektronenpaare.

Tabelle: Elektronenpaargeometrie und Molekülform

Jede Zeile steht für eine Gesamtzahl von Domänen, jede Spalte für eine Anzahl freier Elektronenpaare. Die Anzahl der Bindungen ist die Differenz der beiden.

Ein Molekül mit 1 Bindung hat 2 Atome und ist deshalb immer linear.

Von der stärksten zur schwächsten sind die Abstoßungen: freies Paar mit freiem Paar, freies Paar mit Bindung, Bindung mit Bindung. Freie Elektronenpaare drücken die Bindungen deshalb näher zusammen und verkleinern die Winkel. In einer trigonalen Bipyramide besetzt ein freies Paar eine Position in der trigonalen Ebene. In einem Oktaeder liegen 2 freie Paare einander gegenüber.

Wie zählst du freie Elektronenpaare?

1. Bestimme die Anzahl der Valenzelektronen des Zentralatoms.
2. Zieh die Elektronen ab, die in Bindungen stecken: 1 für eine Einfachbindung, 2 für eine Doppelbindung, 3 für eine Dreifachbindung.
3. Teile die restlichen Elektronen durch 2. Das ergibt die Anzahl der freien Elektronenpaare.

Zum Beispiel hat Schwefel in SF₄ 6 Valenzelektronen. Davon stecken 4 in Bindungen. Es bleiben 2 Elektronen, also 1 freies Elektronenpaar. Mit 4 Bindungen und 1 freien Elektronenpaar ist das Molekül wippenförmig.

Wie benutzt du den Simulator?

1. Der Simulator öffnet sich mit einem Molekül mit 4 Bindungen und ohne freie Elektronenpaare. Die violette Kugel A ist das Zentralatom.
2. Füge im unteren Feld mit den Buttons − und + in den Reihen Bindung und Freies Elektronenpaar Domänen hinzu oder entferne sie. Ihre Summe kann 6 nicht überschreiten.
3. Lies Molekülform, Elektronenpaargeometrie und Bindungswinkel auf der Karte oben links ab.
4. Die Buttons Einfach, Doppelt und Dreifach zeichnen alle Bindungen mit dieser Bindungsordnung.
5. Der Button Winkel zeigen zeichnet einen Bogen zwischen den ersten beiden Bindungen und schreibt den Winkel dazu.
6. Der gelbe Button oben rechts führt zum Startzustand zurück.

Aufgaben für den Simulator

• Lass die Summe bei 4 Domänen und stelle die freien Elektronenpaare auf 0, 1 und 2. Was ändert sich nicht? Antwort: Die Elektronenpaargeometrie bleibt tetraedrisch, die Form wechselt von tetraedrisch über trigonal-pyramidal zu gewinkelt.
• Stelle 3 Bindungen und 1 freies Elektronenpaar ein und tippe dann auf Doppelt und Dreifach. Ändert sich die Form? Antwort: Nein, sie bleibt trigonal-pyramidal.
• Sag die Form von XeF₄ voraus und prüfe sie. Xenon hat 8 Valenzelektronen. Antwort: 4 Bindungen, 2 freie Elektronenpaare, quadratisch-planar.

Häufige Fehler

• Die Elektronenpaargeometrie als Form angeben. Die Elektronenpaargeometrie von NH₃ ist tetraedrisch, seine Form aber trigonal-pyramidal.
• Eine Doppelbindung als 2 Domänen zählen. CO₂ hat 2 Doppelbindungen und damit 2 Domänen.
• Freie Elektronenpaare an den äußeren Atomen zählen. Nur freie Elektronenpaare am Zentralatom beeinflussen die Form.

Wenn du neu in diesem Thema bist, beginne mit den Grundlagen der Molekülformen.

Quellen

• PhET: Molecule Shapes
• Chemistry LibreTexts: VSEPR, Molecular Geometry