Lewis-Formel

2.7 Lewis – Formeln für Moleküle
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:
1. Die Elementsymbole werden entsprechend ihrer Verknüpfung im Molekül angeordnet.
2. Zwischen den Atomen werden so viele bindende Elektronenpaare gebildet, dass alle Atome die Edelgasregel erfüllen (→ Oktettregel).
3. Dabei sind Einfach- und Mehrfachbindungen möglich.
4. Bindende und nichtbindende Elektronenpaare werden durch einen Strich ersetzt.
🔗 Verbindung zum Kugelwolkenmodell: Einfach besetzte Kugelwolken (grün im KWM) = Punkt · · Doppelt besetzte Kugelwolken (rot im KWM) = Strich – . Damit direkt aus dem KWM ableitbar!

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

· = 1 Elektron (einfach besetzt) – = 2 Elektronen (doppelt besetzt / Elektronenpaar) Blau = Punkt · Rot = Strich

🖊 Interaktiv – Lewis-Formeln Perioden 1–3 → Versuche es erst selbst, dann Lösung einblenden

📝 Aufgabe: Zeichne für die Elemente der ersten 3 Perioden (H bis Ar) alle Außenelektronen in der Lewis-Schreibweise (Punkte und Striche). Nutze die Regeln oben.
(Hinweis: Jede der 4 Seiten wird zuerst einfach besetzt, dann doppelt – analog zur Hundschen Regel.)

Periode 1 – K-Schale

· · H · ·
Wasserstoff 1 VE · HG I

· · He · ·
Helium 2 VE · HG VIII

Periode 2 – L-Schale

· · Li · ·
Lithium 1 VE · HG I

· · Be · ·
Beryllium 2 VE · HG II

· · B · ·
Bor 3 VE · HG III

· · C · ·
Kohlenstoff 4 VE · HG IV

· · N – ·
Stickstoff 5 VE · HG V

· – O – ·
Sauerstoff 6 VE · HG VI

– – F – ·
Fluor 7 VE · HG VII

– – Ne – –
Neon 8 VE · HG VIII

Periode 3 – M-Schale

· · Na · ·
Natrium 1 VE · HG I

· · Mg · ·
Magnesium 2 VE · HG II

· · Al · ·
Aluminium 3 VE · HG III

· · Si · ·
Silicium 4 VE · HG IV

· · P – ·
Phosphor 5 VE · HG V

· – S – ·
Schwefel 6 VE · HG VI

– – Cl – ·
Chlor 7 VE · HG VII

– – Ar – –
Argon 8 VE · HG VIII

✅ 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:

Hauptgruppennummer
= Anzahl der Valenzelektronen = Anzahl der Punkte + 2 × Anzahl der Striche

Periode (Zeile)
= Anzahl der Elektronenschalen. Nur die äußerste Schale wird in der Lewis-Formel gezeichnet.

Edelgase (HG VIII)
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)?

Lösung: O steht in der 6. Hauptgruppe → 6 Valenzelektronen. In der Lewis-Formel: 2 Punkte (oben und unten, einfach besetzt) + 2 Striche (rechts und links, doppelt besetzt) = 2 Punkte + 2 Striche. Probe: 2×1 + 2×2 = 6 Elektronen ✓

Afg. 2 Schreibe die Lewis-Formel für Phosphor (P). Wie viele freie Elektronenpaare hat P?

Lösung: P steht in der 5. Hauptgruppe → 5 Valenzelektronen. Lewis-Formel: 3 Punkte (oben, unten, links) + 1 Strich (rechts) = 3 Punkte + 1 Strich. Freie Elektronenpaare: 1 Paar (der Strich rechts). 3 Elektronen sind für Bindungen verfügbar (P bildet in Molekülen oft 3 Bindungen).

Afg. 3 Warum haben Edelgase (z. B. Ne, Ar) keine Punkte in der Lewis-Formel?

Lösung: Edelgase haben 8 Valenzelektronen (He: 2), alle als Paare. Alle 4 Positionen in der Lewis-Formel sind mit Strichen (–) besetzt → keine einzelnen Elektronen mehr. Diese vollständige Besetzung macht Edelgase so stabil (→ Edelgasregel).

Afg. 4 Welches Element hat genau 2 Punkte und 2 Striche in der Lewis-Formel?

Lösung: 2 Punkte + 2 Striche = 2×1 + 2×2 = 6 Valenzelektronen → 6. Hauptgruppe. Das sind: O, S, Se, Te (Chalkogene). In unserer Tabelle: Sauerstoff (O) und Schwefel (S).

Afg. 5 Zeichne die Lewis-Formel für Stickstoff (N) und erkläre, warum N 3 Bindungen eingehen kann.

Lösung: N (HG V) hat 5 Valenzelektronen → Lewis-Formel: 3 Punkte + 1 Strich. Die 3 einzelnen Elektronen (Punkte) können je mit einem Elektron eines anderen Atoms ein bindendes Elektronenpaar bilden → N geht 3 Bindungen ein (z. B. in NH₃, drei N–H-Bindungen). Das freie Elektronenpaar (Strich) bleibt als nichtbindendes Paar erhalten.

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.

1
Was bedeuten Punkte und Striche in einer Lewis-Formel?

· = 1 Elektron (einfach besetzt, für Bindungen verfügbar)
– = 2 Elektronen (Elektronenpaar, freies Paar)

2
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).

3
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.

4
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.

5
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
4.2 Summenformel
4.2 Summenformel

Ein Thema, was häufig etwas mehr Schwierigkeiten macht ist das richtige Erstellen von Summenformeln. Erschwert wird das ganze durch die „Faulheit der Chemiker“:

Bei chemischen Reaktionsgleichungen und Formeln wird selten eine allein stehende 1 geschrieben. Meistens wird sie weggelassen (denkt sie euch aber dazu).

Die Summenformel zeigt an aus welchen und wie viel Atomen ein Molekül besteht. Dabei schreibt man die Elementsymbole hin. Im Index hinter dem Elementsymbol schreibt dann noch die Anzahl der Atome eines Elements in arabischen Ziffern.

Vorgehensweise zum Erstellen einer Summenformel
1. Alle Elementsymbole hinschreiben aus denen ein Molekül besteht.
2. Die Anzahl der Atome eines Elements zählen.
3. Die Anzahl im Index hinter das Elementsymbol schreiben. (Falls es eine 1 ist, die 1 weglassen).
Beispiel: Wasser
1. Schritt: H O (hinschreiben)
2. Schritt: Wasser besteht aus 2 Hs und 1 O
3. Schritt: H₂O₁ => faule, also richtige Schreibweise: H₂O
In kurz:

Jetzt kommen wir zu ein paar Übungen. Zunächst wiederholen wir die HNO-Regel.

Zeichnet die Summenformel wie auch die Strukturformel als Übung für folgende Elemente:

Element Wasserstoff

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H₂

{/sliders}

Element Stickstoff

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N₂

{/sliders}

Element Chlor

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Cl₂

{/sliders}

Bevor wir zu etwas komplexeren Molekülen kommen möchte ich noch eine andere Ziffer einführen. Manchmal hat man ja nicht nur ein Molekül, sondern 2, 3, 4, … (bzw um eine realistische Zahl zu haben 1 mol, 2 mol, 3 mol,...). Diese Ziffer schreiben wir vor der Summenformel.

Bsp.: Ich habe in einem Behälter folgende Anzahl an Wassermoleküle:

bzw.

Ergebnis:

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3 H₂O

{/sliders}

Wichtig ist es, den Unterschied zu verstehen, wann eine Zahl in den Index kommt und wann davor.

Hier einmal zwei Beispiele:

In einem Gefäß sind 3 Wasserstoff-Moleküle:

Schreibe die dazu passende Summenformel:

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3 H₂

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In einem Gefäß sind 6 Wasserstoff-Atome, ohne dass sie als Molekül gebunden sind:

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6 H₁ => denkt an die faule Schreibweise: 6 H (da man keine 1 schreibt).

{/sliders}

Ihr seht, dass in beiden Behältern jeweis 6 H-Atome drin sind; allerdings ist es nicht das gleiche. Und das muss man auch an den Summenformeln erkennen.

Weitere Beispiele:

Schreibe die Summenformel für folgende Verbindungen:

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C₁H₄ => CH₄ (= Methan, ein Molekül welches aus 1 C-Atom und 4 H-Atomen besteht.

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Lösung: Cl₂

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Lösung: P₄

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Und zum Abschluss noch zwei Moleküle Ammoniak:

bzw.

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Lösung: 2 N₁H₃ bzw. richtig: 2 NH₃

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Beim nächsten Thema führen wir das gelernte (Strukturformeln und Summenformeln) bei den Reaktionsgleichungen zusammen.
4.3 Reaktionsgleichungen in Lewis-Schreibweise und Summenformeln

4.3 Reaktionsgleichungen in Lewis-Schreibweise und Summenformeln

Jetzt kommt nichts neues mehr sondern nur zusammenfassend die vorherigen Themen als Übungen kurz und knapp verbunden. Ihr müsst für alle Aufgaben die Edelgas-Regel und die HNO-Regel anwenden.

1. Übung: Formuliert für die Synthese von Wasser aus seinen Elementen die Reaktionsgleichung in (a) Lewis-Schreibweise und (b) mit Hilfe von Summenformeln.

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2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

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2. Übung: Formuliert für die Synthese von Ammoniak aus seinen Elementen die Reaktionsgleichung in (a) Lewis-Schreibweise und (b) mit Hilfe von Summenformeln.

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3 H₂ + N₂ → 2 NH₃

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3. Übung: Formuliert für die Synthese von Chlorwasserstoff aus seinen Elementen die Reaktionsgleichung in (a) Lewis-Schreibweise und (b) mit Hilfe von Summenformeln.

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H₂ + Cl₂ → 2 HCl

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4. Übung: Ein Kohlenstoffatom soll mit Wasserstoff reagieren. Formuliere hierfür die Reaktionsgleichung in (a) Lewis-Schreibweise und (b) mit Hilfe von Summenformeln.

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C + 2 H₂ → CH₄

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