Frage von herbort, 32

Gibt es ein signifikantes Merkmal wie ich ein Moleküle erkenne?

Die Frage kam mir heute im Unterricht auf.

Wir sollten Oxidationszahlen berechnen und da unterscheidet man zwischen Mehrelementenverbindungen und Molekülen aber wie sehe ich was was ist?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von DedeM, Community-Experte für Chemie, 15

Moin,

Ich versuche einmal, eine möglichst umfassende Erklärung zu formulieren. Wenn du nur an einer kurzen Erklärung der Begrifflichkeiten interessiert bist, überspringe den jetzt folgenden Teil und lies erst ab der fett markierten Stelle unten weiter...

Sieht man einmal von "Sonderformen" von Bindungstypen wie "London-Kräften", "van-der-Waals-Kräften", "Wasserstoffbrückenbindungen", "dativen Bindungen", "Ligandenbindungen" in Komplexen oder der "metallischen Bindung" ab, so kannst du zwei "Hauptbindungsarten" voneinander unterscheiden, nämlich die sogenannte Ionenbindung und die Atombindung (= Elektronenpaarbindung = kovalente Bindung).

Bei der Ionenbindung bilden geladene Teilchen (Ionen) aufgrund ihrer elektrostatisch entgegengesetzten Ladung ein riesiges Gitter (Ionengitter). Das kommt dadurch zustande, dass die Ladung eines Ions nicht in eine bestimmte, sondern in alle Raumrichtungen gleichzeitig wirkt. Darum zieht ein negativ geladenes Ion (Anion) auch aus allen Raumrichtungen positiv geladene Ionen (Kationen) an und wird von diesen umringt. Umgekehrt werden dann auch wieder die Kationen von Anionen umgeben. Das passiert so oft, wie die entgegengesetzt geladenen Ionen Platz haben (irgendwann stoßen sich nämlich die umringenden, gleich geladenen Ionen auch gegenseitig ab, so dass die Annäherung weiterer gleich geladener Ionen unmöglich wird).
Am Ende hast du dann also einen riesigen Verbund von jeweils entgegengesetzt geladenen Ionen, der hochstrukturiert ist und in dem jedes Ion einen festen Platz einnimmt. Solche Strukturen bezeichnet man auch als "Kristall". Da du in einem Kristall aber nicht genau bestimmen kannst, welches Ion mit welchem Gegenion genau verbunden ist (die Ionen umgeben sich mit so vielen Gegenionen, wie Platz da ist!), und weil es auf der anderen Seite überaus umständlich (und manchmal geradezu unmöglich) ist, immer die genaue Anzahl aller beteiligten Ionen in einem Kristall anzugeben, benutzt man in der chemischen Formelsprache das kleinste Verhältnis von Anionen und Kationen zueinander, das nötig ist, um ein nach außen nicht geladenes Gebilde in einer Formel auszudrücken. Das führt dann zu einer sogenannten "Verhältnisformel". Die Formel von Natriumchlorid (Kochsalz) NaCl bedeutet also, dass auf jedes Natrium-Kation (Na^+) genau ein Chlorid-Anion (Cl^–) kommt. Das ist logisch, weil die eine positive Ladung des Natrium-Kations genau von der einen negativen Ladung eines Chlorid-Anions in seiner Wirkung aufgehoben wird. Die Formel von Natriumsulfid Na2S besagt dagegen, dass auf jedes Sulfid-Anion (S^2–) zwei Natrium-Kationen (Na^+) kommen. Auch das ist logisch, denn die beiden negativen Ladungen eines Sulfid-Anions können nur durch zwei einfach positiv geladene Natrium-Kationen in ihrer Wirkung ausgeglichen werden.
Diese Beispiele sind einfach. Es gibt aber neben den sogenannten "einfachen" Ionen auch noch die "zusammengesetzten" Ionen, zum Beispiel Sulfat (SO4^2–), Nitrat (NO3^–), Carbonat (CO3^2–), Ammonium (NH4^+)...
Diese zusammengesetzten Ionen musst du dir wie ein Molekül vorstellen (Erklärung siehe im Folgenden), das als Ganzes geladen ist.
Was jetzt deine Frage angeht, so erkennst du die meisten Ionenverbindungen daran, dass Metall-Kationen (Na^+, K^+, Mg^2+, Ca^2+, Al^3+...) mit Nichtmetall-Anionen (Cl^–, Br^–, S^2–, SO3^2–, SO4^2–, PO4^3–...) in einer Verhältnisformel verbunden sind. Das bedeutet, du erkennst Formeln von Ionenverbindungen daran, dass Metall-Elementsymbole zusammen mit Nichtmetall-Elementsymbolen (oder Nichtmetall-Elementsymbolgruppierungen) zusammen vorkommen.

Was die Moleküle angeht, so erhältst du eine "Molekülformel" immer dann, wenn die daran beteiligten Elementsymbole nicht als Ionen auftreten, sondern Atome bleiben, was ja auch in der Bezeichnung "Atombindung" schon zum Ausdruck gebracht wird. Bei einer Atombindung nutzen die Bindungspartner gemeinsam mindestens ein Elektronenpaar (woher der Name "Elektronenpaarbindung" kommt). Nur der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass es sich bei den gemeinsam genutzten Elektronen in der Regel um die Außenelektronen (Valenzelektronen) der beteiligten Atome handelt, die miteinander kooperieren, was die Bezeichnung kovalente Bindung erklärt.
Wie auch immer, wichtig ist, dass die Bindung über Elektronenpaare nur eindeutig in eine bestimmte Raumrichtung zwischen zwei Atomen ausgebildet werden kann. Im Gegensatz zu einer Ionenbindung gibt es also klar definierte Bindungspartner in einer Atombindung. Dadurch entstehen am Ende klar voneinander abgrenzbare Moleküle (die allerdings auch eine riesige Größe erreichen können - Stichwort Makromoleküle). Die Formeln, in denen man diese Teilchen dann auch angibt, bezeichnet man folglich als "Molekülformeln", aus denen man - wieder im Gegensatz zu Ionenverbindungen - im Grunde das kleinste Teilchen der Verbindung ablesen kann, zum Beispiel bei Wasser H2O, bei dem jedes Wassermolekül aus einem Sauerstoffatom und zwei daran gebundene Wasserstoffatome besteht.
Was nun für dich interessant ist, ist, dass man Molekülformeln gut daran erkennt, dass sie sich aus Nichtmetall-Elementsymbolen zusammensetzen.
Dazu ein Beispiel: Die Formel von Natriumsulfat Na2SO4 ist eine Verhältnisformel, weil sie das Verhältnis zweier Ionensorten zueinander angibt. Das erkennst du daran, dass ein Elementsymbol das eines Metalls ist (Natrium), während die anderen Elementsymbole allesamt zu Nichtmetallen gehören (Schwefel und Sauerstoff). Das Sulfat-Anion (SO4^2–) setzt sich seinerseits ausschließlich aus Nichtmetall-Elementsymbolen zusammen. Die Atome dieses Teilchens werden daher über Atombindungen zusammengehalten. Wie du allerdings sehen kannst, hindert der Zusammenhalt der einzelnen Atome in dieser Gruppierung die Gesamtstruktur nicht daran, selbst ein geladenes Teilchen (ein Ion) zu sein. Es ist vielmehr so, dass das Sulfat-Anion wie ein Teilchen agiert. Das kommt daher, weil die Atome in diesem Teilchen über stabile Atombindungen miteinander verbunden sind. Trotzdem kann dieser stabile Verbund selbst (als Ganzes) geladen sein und sich daher wie ein Ion verhalten.

Was nun deine Frage konkret angeht: Eine Mehrelementenverbindung erkennst du immer daran, dass in der Formel mehr als ein Elementsymbol vorkommt (NaCl, MgSO3, HNO3, H2O...).
Eine Molekülverbindung erkennst du in der Regel daran, dass nur Nichtmetall-Elementsymbole in der Formel vorkommen (HNO3, H2O, H2, Br2, O2...)
Eine Ionenverbindung erkennst du in der Regel daran, dass in der Formel mindestens ein Metall-Elementsymbol vorhanden ist.

Das bedeutet, dass eine Mehrelementenverbindung sowohl Ionenverbindungen als auch Molekülverbindungen umfasst. Aber keine Elemente, die in molekularer Form auftreten (Wasserstoff, H2; Stickstoff, N2; Sauerstoff, O2; oder die vier Halogene Fluor, F2; Chlor, Cl2; Brom, Br2 und Iod, I2 und - streng genommen auch nicht Schwefel, S8). Eine Molekülverbindung umfasst alle Verbindungen, in denen Nichtmetalle miteinander verbunden sind (einschließlich der gerade erwähnten Elemente), während eine Ionenverbindung praktisch immer Metall-Elementsymbole beinhaltet.

Ich hoffe, diese langen Erläuterungen der Zusammenhänge haben dich nicht abgeschreckt, sondern dir den Zugang zu den Begrifflichkeiten erleichtert.

LG von der Waterkant.

Antwort
von labmanKIT, 21

Das Wort Mehrelementenverbindung höre ich zum ersten mal, wenn du das etwas genauer beschreiben könntest würde es vielleicht helfen. Die Definition für ein Molekül ist dass es aus zwei oder mehr Atomen besteht welche durch kovalente Bindungen verbunden sind.

Kommentar von herbort ,

siehe die Antwort von 

 DedeM

der hat es sehr ausführlich beschrieben :)

Antwort
von Lazybear, 14

Eine mehrelementenverbindung ist eine verbindung aus mehreren elementen, was auch ein molekül ist zb. CO2! ein molekül ist eine verbindung aus mindestens 2 atomen zb CO2, H2O, H2, O2, CH3COOH etc.! Ein molekül erkennst du immer dadran, dass es aus mehr als einem einzigen atom besteht, alles wo mindestens 2 atome egal wie gebunden sind nennt sich molekül! Lg

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