4 Atombindung = Elektronenpaarbindung
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Hier empfehle ich auf jeden Fall die Übungsseite!
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Beispiel 1: Bildung eines Wasserstoffmolekül (H₂)
Nähern sich zwei Wasserstoffatome (H•), so können sich die beiden „Kugelwolken“ (Orbitale) in einem gewissen Ausmaß durchdringen („überlappen“). Es bildet sich eine neue Molekülorbital, die beide Atomkerne umschließt.
Zwischen den beiden Kernen kommt es zu einer Verdichtung der negativen Ladung, zu der beide Elektronen gleichviel beitragen und die zur Anziehung zwischen den beiden positiv geladenen Kernen führt. Die beiden Elektronen bezeichnet man als bindendes Elektronenpaar. Beide Atome nutzen das Elektronenpaar gemeinsam.
Beispiel 2: Bildung eines Chlor-Moleküls, Cl₂-Molekül
Versucht nun einmal selbständig die Abbildungen vom Wasserstoff oben auf das Beispiel Chlor zu übertragen. Kommt ihr nicht weiter oder seid ihr fertig, macht die Lösung auf.
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Bindigkeit: Zahl der von einem Atom gebildeten Atombindung.
Im Chlormolekül ist Chlor einbindig; beide Chlor-Atome gelangen durch das gemeinsame (bindende) Elektronenpaar in den Besitz von 8 Außenelektronen (Oktett, Edelgaskonfiguration).
Beispiel 3: Bildung eines Stickstoffmoleküls, N₂-Moleküls
Jetzt solltet ihr einmal die Bildung eines Stickstoffmoleküls zeichnen (einmal noch nach den Kugelwolkenmodell und einmal in Lewis-Formel):
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3 Edelgasregel
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Problem: Wie kann man die Summenformel der Synthese von Wasser ableiten? 2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂O (l)
Teilproblem: Warum liegen Edelgase atomar vor, während gasförmige Elemente molekular vorliegen?
Edelgas-Atome besitzen eine Elektronenhülle mit vollständig besetzter Außenschale. Diese Elektronenverteilung, die Edelgaskonfiguration, ist besonders günstig. Edelgas-Atome gehen deshalb kaum Bindungen ein.
Elemente anderer Hauptgruppen sind bestrebt, die „Edelgaskonfiguration“ zu erreichen und bilden deshalb Moleküle.
Edelgas-Regel: Atome sind bestrebt, die Elektronenkonfiguration der Edelgase zu erreichen.
Bsp.: Wasserstoffatom im H₂-Molekül besitzt die Elektronenkonfiguration von Helium (2 Valenzelektronen).
„Oktett“-Regel: Bei Nichtmetall-Atomen ist in Molekülen die Gesamtzahl der bindende und der nichtbindenden Elektronen in der Regel acht. Ein Atom hat dann Edelgaskonfiguration, wenn es 4 Elektronenpaare in der Valenzschale besitzt.
Bsp.: Fluoratom (vgl. Tabelle) im F₂-Molekül besitzt die Elektronenkonfiguration von Neon.
Übung: Wie erfüllt das Sauerstoff-Molekül diese Regel? O₂
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Das ist vielleicht noch etwas schwierig zu verstehen, aber spätestens beim nächsten Thema, der Atombindung, wird es klarer. ?
Was du auf dieser Seite lernst
Die Lewis-Formel (= Valenzstrichformel) zeigt die Außenelektronen (Valenzelektronen) eines Atoms als Punkte und Striche. Du lernst die Regeln, zeichnest die Lewis-Formeln für alle Elemente der ersten drei Perioden und erkennst den Zusammenhang mit dem Periodensystem.
Grundlagen aus der 9. Klasse
Für Lewis-Formeln musst du die Valenzelektronen kennen: → 2.6 PSE und Valenzelektronen · → 2.5 Kugelwolkenmodell · → 3. Edelgasregel
2.7 Lewis-Formeln – Regeln zum Aufstellen
Teil I: Für einzelne Atome
Man zeichnet an jedes Atom die Außenelektronen (Valenzelektronen) als Punkte und Striche:
Regel 1 – Einfach besetztes Orbital (ein Elektron) → · Punkt
Regel 2 – Doppelt besetztes Orbital (Elektronenpaar) → – Strich
Regel 3 – Reihenfolge: Zunächst wird jede Seite des Symbols (oben, rechts, unten, links) einzeln belegt (Hund'sche Regel), bevor ein zweites Elektron dazukommt. Die Elektronen der inneren Schalen werden nicht gezeichnet.
Teil II: Für Moleküle
Für Moleküle gelten zusätzlich:
- Die Elementsymbole werden entsprechend ihrer Verknüpfung im Molekül angeordnet.
- Zwischen den Atomen werden so viele bindende Elektronenpaare gebildet, dass alle Atome die Edelgasregel erfüllen (→ Oktettregel).
- Dabei sind Einfach- und Mehrfachbindungen möglich.
- Bindende und nichtbindende Elektronenpaare werden durch einen Strich ersetzt.
Übung: Lewis-Formeln der ersten drei Perioden
Am einfachsten versteht man es, wenn man zunächst die ersten Elemente der Hauptgruppen zeichnet. Versuche die Lewis-Formeln für alle Elemente der ersten drei Perioden selbst – dann klappe die Lösung auf.
Ein PSE wäre recht hilfreich: → PSE herunterladen
(Hinweis: Jede der 4 Seiten wird zuerst einfach besetzt, dann doppelt – analog zur Hundschen Regel.)
✅ Muster:
Blauer Punkt · = 1 Elektron (einfach besetzt) ·
Roter Strich – = Elektronenpaar (doppelt besetzt)
🔑 Zusammenhang PSE: Die Hauptgruppennummer = Anzahl der Valenzelektronen = Anzahl der Punkte/Striche insgesamt.
Zusammenhang: Lewis-Formel und PSE
Die Lewis-Formel lässt sich direkt aus dem Periodensystem ableiten:
= Anzahl der Valenzelektronen = Anzahl der Punkte + 2 × Anzahl der Striche
= Anzahl der Elektronenschalen. Nur die äußerste Schale wird in der Lewis-Formel gezeichnet.
8 Valenzelektronen = 4 Striche = vollständig besetzt = besonders stabil → Edelgasregel!
Übungsaufgaben – Lewis-Formeln
Afg. 1 Wie viele Punkte (·) und Striche (–) hat die Lewis-Formel von Sauerstoff (O)?
Afg. 2 Schreibe die Lewis-Formel für Phosphor (P). Wie viele freie Elektronenpaare hat P?
Afg. 3 Warum haben Edelgase (z. B. Ne, Ar) keine Punkte in der Lewis-Formel?
Afg. 4 Welches Element hat genau 2 Punkte und 2 Striche in der Lewis-Formel?
Afg. 5 Zeichne die Lewis-Formel für Stickstoff (N) und erkläre, warum N 3 Bindungen eingehen kann.
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
Punkt ·
Ein Punkt = 1 Elektron in einem einfach besetzten Orbital. Dieses Elektron ist für eine Bindung verfügbar.
Strich –
Ein Strich = 2 Elektronen (Elektronenpaar) in einem doppelt besetzten Orbital. Freies Paar – nicht bindend.
Hauptgruppe
Hauptgruppennummer = Anzahl der Valenzelektronen = Summe aller Punkte und Striche (×2) in der Lewis-Formel.
Edelgasregel
Edelgase: 4 Striche = 8 Elektronen = volle Außenschale. Alle anderen Elemente streben diesen Zustand durch Bindungen an.
Häufige Fragen – Lewis-Formeln
Was ist der Unterschied zwischen einem Punkt und einem Strich in der Lewis-Formel?
Ein Punkt (·) steht für ein einzelnes Elektron in einem einfach besetzten Orbital – dieses Elektron ist für eine chemische Bindung verfügbar. Ein Strich (–) steht für zwei Elektronen (ein Elektronenpaar) in einem doppelt besetzten Orbital – dieses Paar ist normalerweise nicht an Bindungen beteiligt (freies Elektronenpaar). Der Zusammenhang mit dem Kugelwolkenmodell: grüne Kugelwolke (einfach besetzt) → Punkt, rote Kugelwolke (doppelt besetzt) → Strich.
Wie leite ich die Lewis-Formel aus dem PSE ab?
Schritt 1: Hauptgruppennummer ablesen = Anzahl der Valenzelektronen. Schritt 2: Die ersten 4 Elektronen auf die 4 Positionen (oben, rechts, unten, links) je einzeln verteilen (Hund'sche Regel → Punkte). Schritt 3: Vom 5. bis 8. Elektron beginnt die Doppelbesetzung der schon belegten Positionen (Punkte werden zu Strichen).
Warum werden bei Lewis-Formeln nur die Valenzelektronen gezeichnet?
Nur die Elektronen der äußersten Schale (Valenzelektronen) nehmen an chemischen Reaktionen und Bindungen teil. Die Elektronen der inneren Schalen sind viel stärker an den Kern gebunden und stehen nicht für Bindungen zur Verfügung. Bei Kohlenstoff (Z=6) z. B.: 2 Elektronen der K-Schale werden nicht gezeichnet, nur die 4 Valenzelektronen der L-Schale.
Was besagt die Edelgasregel (Oktettregel) in Bezug auf Lewis-Formeln?
Die Edelgasregel besagt: Atome streben einen Zustand mit 8 Valenzelektronen an (Ausnahme: H und He mit 2). In der Lewis-Formel bedeutet das: ein Atom ist „zufrieden", wenn es 4 Striche in seiner Lewis-Formel hat (= 8 Elektronen). Einzelne Elektronen (Punkte) können dazu mit anderen Atomen geteilt werden → chemische Bindung. Mehr dazu: → 3. Edelgasregel
Wozu braucht man Lewis-Formeln?
Lewis-Formeln sind die Grundlage für das Verständnis chemischer Bindungen. Mit ihnen lässt sich vorhersagen: Wie viele Bindungen geht ein Atom ein? Welche Molekülstruktur entsteht? Wo sitzen freie Elektronenpaare (wichtig für die Molekülgeometrie, → VSEPR-Modell in der Kursstufe)? Außerdem zeigen sie direkt, welche Bindungspartner sich gegenseitig zur Edelgaskonfiguration vervollständigen.
Lernkarten – Lewis-Formeln
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Was bedeuten Punkte und Striche in einer Lewis-Formel?
· = 1 Elektron (einfach besetzt, für Bindungen verfügbar)
– = 2 Elektronen (Elektronenpaar, freies Paar)
Wie viele Punkte und Striche hat Stickstoff (N) in der Lewis-Formel?
N (HG V, 5 VE): 3 Punkte + 1 Strich. Die 3 Punkte stehen für mögliche Bindungen (z. B. 3 N–H-Bindungen in NH₃).
Wie lautet die Lewis-Formel für ein Edelgas (z. B. Argon, Ar)?
Ar (HG VIII, 8 VE): 4 Striche, je einer oben, rechts, unten, links. Kein einziger Punkt → keine freien Elektronen für Bindungen → chemisch sehr stabil.
Wie bestimme ich die Anzahl der Valenzelektronen aus dem PSE?
Hauptgruppennummer = Anzahl der Valenzelektronen. Beispiel: Cl steht in HG VII → 7 Valenzelektronen → Lewis-Formel: 3 Striche + 1 Punkt.
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Lewis-Formel und Kugelwolkenmodell?
Grüne Kugelwolke (einfach besetzt, 1e) → Punkt ·
Rote Kugelwolke (doppelt besetzt, 2e) → Strich –
Die Lewis-Formel ist eine vereinfachte 2D-Darstellung der äußeren Kugelwolken.
Weiter im Kapitel: Atombau und PSE
← 2.6 PSE und Atommodelle → 3. Edelgasregel → 4. Atombindung
🔁 Grundlagen: Kugelwolkenmodell · PSE · PSE herunterladen
Was du auf dieser Seite lernst
Das Periodensystem der Elemente (PSE) ordnet alle bekannten Elemente nach ihrer Ordnungszahl und gibt dir auf einen Blick Auskunft über Atommasse, Elektronenkonfiguration, Schalen und Valenzelektronen. Du lernst, wie das PSE aufgebaut ist, was Gruppen und Perioden bedeuten und wie du Valenzelektronen ablesen kannst.
Grundlagen aus der 9. Klasse
Um das PSE zu verstehen, solltest du Protonen, Elektronen und Neutronen sowie Elektronenschalen kennen: → 2.3 Rutherford-Modell · → 2.4 Bohr-Schalenmodell · → 2.5 Kugelwolkenmodell
Das Periodensystem der Elemente (PSE)
Periodensystem – Nur Hauptgruppenelemente
↑ Zum Vergrößern klicken · Farben: Alkalimetalle Erdalkalimetalle Metalloide Nichtmetalle Halogene Edelgase
Das Periodensystem der Elemente ist eine große Hilfe, um Voraussagen bezüglich chemischer Reaktionen zu treffen und Eigenschaften zu benennen. Man muss es nicht auswendig lernen – wichtig ist, es lesen zu können.
Ursprünglich wurden die Elemente nach steigender Atommasse geordnet. Heute erfolgt die Anordnung nach der Ordnungszahl (= Kernladungszahl = Anzahl der Protonen) und nach periodisch wiederkehrenden Ähnlichkeiten in den Eigenschaften.
Ordnungsprinzipien
- Reihenfolge: Die Elemente sind nach steigender Ordnungszahl (Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen) angeordnet.
- Periode (= Zeile): Die Periodennummer gibt die Anzahl der Elektronenschalen an.
Beispiel: H, He → 1 Schale · Li…Ne → 2 Schalen · Na…Ar → 3 Schalen - Gruppe (= Spalte): Elemente mit gleicher Anzahl an Außenelektronen (Valenzelektronen) stehen in einer Gruppe.
↑ PSE-Symbol-Erklärung – zum Vergrößern klicken
Bedeutung des PSE
- Voraussage damals unbekannter Elemente (z. B. Germanium – von Mendeleev 1871 vorausgesagt, 1886 entdeckt).
- Ablesen von physikalischen und chemischen Eigenschaften aus der Stellung im PSE.
- Das Kurzperiodensystem enthält nur die Hauptgruppenelemente.
Was bedeuten die Felder eines PSE-Eintrags?
Klicke auf ein farbiges Feld der Elementbox, um zu erfahren, was es bedeutet. Beispiel: Aluminium (Al, Z = 13)
← Klicke auf ein Feld der Elementbox
661 = Schmelzpunkt in °C · 2467 = Siedepunkt in °C
1,5 = Elektronegativität (EN) nach Pauling · 6,0 = weitere Eigenschaft (EN-Skala oder Ionisierungsenergie – je nach PSE-Version). Diese Werte sind für Klasse 9 noch weniger wichtig.
Elementarteilchen aus dem PSE ablesen
Mit Hilfe des PSE können wir sehr schnell die Anzahl der einzelnen Elementarteilchen bestimmen. Wichtig ist dabei: Im PSE sind die Elemente immer so notiert, dass sie elektrisch neutral sind.
Beispiel: Natrium 23₁₁Na
| Größe | Ableitung aus PSE | Wert für Na |
|---|---|---|
| Kernladungszahl (Z) | = Ordnungszahl = Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen | 11 |
| Nukleonenzahl (A) | = Anzahl der Protonen + Anzahl der Neutronen | 23 |
| Neutronen | = Nukleonenzahl − Kernladungszahl = 23 − 11 | 12 |
Merke: Da das Atom elektrisch neutral ist → Anzahl Protonen (11+) = Anzahl Elektronen (11−) → Ladung = 0
Übungen: Elementarteilchen aus dem PSE ablesen
Überlege zunächst selbst, dann klappe die Lösung auf.
Afg. 1 Nenne die Anzahl der Elektronen von Kohlenstoff (C).
Afg. 2 Nenne die Anzahl der Protonen von Brom (Br).
Afg. 3 Nenne die Anzahl der Neutronen von Schwefel (S, Nukleonenzahl 32).
Afg. 4 Wie groß ist die Masse von einem Bor-Atom (B)?
Afg. 5 Nenne das Symbol und die Anzahl der Protonen von Gallium.
Perioden = Anzahl der Elektronenschalen
Niels Bohr zeigte, dass sich die Elektronen auf unterschiedliche Energieniveaus (= „Schalen") verteilen. Diese Anzahl der Schalen findest du auch im PSE wieder – nämlich in der Angabe der Zeile (= Reihe = Periode).
🔑 Merke: Die Periodennummer im PSE = die Anzahl der besetzten Elektronenschalen des Atoms.
Übungen: Perioden und Elektronenschalen
Afg. 1 Nenne alle Elemente, die nur 1 Energieniveau/Schale besitzen.
Afg. 2 Wie viele „Schalen" besitzt Phosphor (P)?
Afg. 3 Wie viele Energieniveaus besitzt Xenon (Xe)?
Afg. 4 Wie viele Elektronenschalen besitzt Sauerstoff (O)?
Haupt- und Nebengruppenelemente
Im PSE unterscheidet man zwei Typen von Elementen:
Hauptgruppenelemente (grün)
Die Elemente der 1., 2. und 13.–18. Gruppe. Sie unterscheiden sich stärker voneinander. Ihre Anzahl an Valenzelektronen ist direkt aus der Hauptgruppennummer ablesbar. Im Kurzperiodensystem sind nur Hauptgruppenelemente enthalten.
Nebengruppenelemente (grau)
Die Elemente der 3.–12. Gruppe (Übergangsmetalle). Sie besitzen entweder 1 oder 2 Außenelektronen und sind sich chemisch recht ähnlich. Auf den folgenden Seiten werden sie zunächst „weggeschnitten", um mehr Platz zu haben.
Hauptgruppen-Namen: I. HG: Alkalimetalle · II. HG: Erdalkalimetalle · III. HG: Borgruppe · IV. HG: Kohlenstoffgruppe · V. HG: Stickstoffgruppe · VI. HG: Chalkogene (Erzbildner) · VII. HG: Halogene (Salzbildner) · VIII. HG: Edelgase
⚠️ Metallischer vs. nichtmetallischer Charakter: Metallischer Charakter nimmt nach links unten zu · Nichtmetallischer Charakter nimmt nach rechts oben zu · Halbmetalle stehen diagonal dazwischen.
Valenzelektronen und Hauptgruppennummer
Innerhalb einer Hauptgruppe stehen häufig chemisch sich ähnelnde Elemente. Für die chemischen Eigenschaften sind vor allem die Außenelektronen (= Valenzelektronen) verantwortlich.
Die Hauptgruppennummer (gelb unterlegt im PSE) gibt die Anzahl der Valenzelektronen wieder. „Chemie ist die Physik der Valenzelektronen!"
🔑 Merke: H ist in der 1. HG → 1 Valenzelektron · O ist in der 6. HG (VIA) → 6 Außenelektronen · Edelgase haben 8 Valenzelektronen (He: 2) → besonders stabil (→ Edelgasregel)
Übungen: Valenzelektronen und Hauptgruppenelemente
Für diese Übungen benötigst du das PSE. Bei Klassenarbeiten (und im Abitur) darf es verwendet werden.
Afg. 1 Wie viele Außenelektronen besitzt Rubidium (Rb)?
Afg. 2 Wie viele Valenzelektronen hat Stickstoff (N)?
Afg. 3 Wie viele Valenzelektronen hat Aluminium (Al)?
Afg. 4 Wie viele Außenelektronen besitzt die 4. Hauptgruppe?
Afg. 5 Wie viele Außenelektronen besitzt Calcium (Ca)?
Afg. 6 Wie viele Valenzelektronen hat Chlor (Cl)?
Afg. 7 Wie viele Valenzelektronen hat Helium (He)?
Afg. 8 Wie viele Außenelektronen besitzt die 8. Hauptgruppe (Edelgase)?
Auf einen Blick – die wichtigsten Aussagen
Ordnungszahl
Die Ordnungszahl = Kernladungszahl = Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen (neutral).
Periode
Die Periodennummer = Anzahl der besetzten Elektronenschalen (Energieniveaus).
Hauptgruppe
Die Hauptgruppennummer = Anzahl der Valenzelektronen (Außenelektronen). Entscheidet über chemische Eigenschaften.
Nukleonenzahl
Nukleonenzahl = Protonen + Neutronen. Neutronen = Nukleonenzahl − Ordnungszahl.
Häufige Fragen – PSE und Atombau
Wie lese ich die Ordnungszahl, Atommasse und Valenzelektronen aus dem PSE ab?
Die Ordnungszahl steht oben links beim Elementsymbol (= Anzahl der Protonen). Die relative Atommasse steht meist oben im Feld. Die Valenzelektronen (Außenelektronen) entsprechen direkt der Hauptgruppennummer. Beispiel: Chlor (Cl) steht in der 7. Hauptgruppe → 7 Valenzelektronen, Ordnungszahl 17 → 17 Protonen, 17 Elektronen.
Was ist der Unterschied zwischen Gruppe und Periode im PSE?
Eine Periode ist eine waagerechte Zeile. Die Periodennummer gibt an, wie viele Elektronenschalen das Atom hat. Eine Gruppe (= Spalte) fasst Elemente mit gleicher Anzahl an Valenzelektronen zusammen – sie haben daher ähnliche chemische Eigenschaften. Beispiel: Alle Alkalimetalle (1. HG) haben 1 Valenzelektron und reagieren ähnlich mit Wasser.
Was sind Valenzelektronen und warum sind sie wichtig?
Valenzelektronen (= Außenelektronen) befinden sich auf der äußersten besetzten Elektronenschale. Sie sind entscheidend für alle chemischen Reaktionen, weil Atome bevorzugt ihre äußere Schale vollständig besetzen wollen (→ Edelgasregel). Die Anzahl der Valenzelektronen ist direkt aus der Hauptgruppennummer ablesbar.
Wie berechne ich die Anzahl der Neutronen eines Atoms?
Neutronen = Nukleonenzahl − Ordnungszahl (= Nukleonenzahl − Protonenzahl). Beispiel: Natrium ²³Na → Nukleonenzahl 23, Ordnungszahl 11 → 23 − 11 = 12 Neutronen. Achtung: Die im PSE angegebene Atommasse ist ein Mittelwert über alle Isotope – für die Neutronenberechnung nimmt man den gerundeten ganzzahligen Wert.
Was ist der Unterschied zwischen Haupt- und Nebengruppenelemente?
Hauptgruppenelemente stehen in Gruppe 1–2 und 13–18. Die Hauptgruppennummer entspricht direkt der Anzahl der Valenzelektronen. Nebengruppenelemente (Gruppen 3–12, Übergangsmetalle wie Eisen, Kupfer, Zink) haben meistens 1–2 Valenzelektronen. Im Kurzperiodensystem werden Nebengruppen oft weggelassen. → 2.7 Lewis-Formeln
Lernkarten – PSE und Atombau
Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen.
Was gibt die Ordnungszahl im PSE an?
Ordnungszahl = Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen (im neutralen Atom) = Kernladungszahl.
Was sagt die Periode (Zeile) im PSE aus?
Die Periodennummer = Anzahl der besetzten Elektronenschalen (Energieniveaus) des Atoms.
Wie viele Valenzelektronen hat Chlor? Wie liest du das ab?
Cl steht in der 7. Hauptgruppe → 7 Valenzelektronen. Hauptgruppennummer = Anzahl der Valenzelektronen.
Wie berechnet man die Anzahl der Neutronen?
Neutronen = Nukleonenzahl − Ordnungszahl. Beispiel: Na ²³Na → 23 − 11 = 12 Neutronen.
Wie viele Valenzelektronen haben Edelgase und warum sind sie so stabil?
Edelgase haben 8 Valenzelektronen (He: 2) → vollständig besetzte Außenschale → energetisch sehr stabil → kaum Reaktionen (→ Edelgasregel).
Weiter im Kapitel: Atombau und PSE
← 2.5 Kugelwolkenmodell → 2.7 Lewis-Formeln → 3. Edelgasregel
🔁 Grundlagen: Rutherford · Bohr-Schalenmodell · Kugelwolkenmodell · PSE herunterladen