Ist die strukturgleichung richtig?
Das obere habe ich gemacht die Lösung ist es untere ist meins aber auch richtig Fragezeichen und woher weiss ich wie richtig isst?
8 Antworten
Die gezeigten Moleküle sind VERSCHIEDEN. Es ist NICHT der gleiche Stoff.
Deine Lösung ist falsch.
UNTEN
- Das untere Molekül heißt Methanal (Formaldehyd). Es ist ein typisches organisches Molekül auf Schulniveau.
- Jeder Sauerstoff hat genau zwei Bindungen, jeder Kohlenstoff genau vier, jeder Wasserstoff genau eine Bindung. Wenn du dich an diese Regel hältst, dann zeichnest du immer "erlaubte" oder "korrekte" Strukturen.
OBEN
- Das obere Molekül heißt Hydroxycarben (Elektronenpaare müssten allerdings angepasst werden). Es ist eine der seltenen Ausnahmen von der vorgenannten Regel und wird erst im Chemiestudium besprochen. Es ist extrem reaktiv und nicht stabil.
- Solche Strukturen sollte man nur dann zeichnen, wenn man sie wirklich versteht. Auf Schulniveau gelten solche Strukturen schlicht und einfach als Fehler und da muss man auch nicht diskutieren.
Die obere Strukturformel zeigt ein Hydroxycarbenmolekül, welches nicht meist nur temporär existiert, aufgrund der hohen Reaktivität des Kohlenstoffatoms, welche aus den nicht-bindenden freien Elektronen resultiert.
Dabei geht dann in den meisten Fällen dann auch dein zweiter Stoff - Methanal - hervor.
Das Aufstellen von Strukturformel mag einem anfänglich erst einmal als sehr schwer und komplex vorkommen, aber das ist es nicht, wenn man das System dahinter versteht.
Valenzelektronen
Jedes Atom hat Valenzelektronen (= Elektronen in der äußersten Schale) und ein energetisch günstiger Zustand für ein Atom ist die Edelgaskonfiguration, welche vorhanden ist, sobald ein Atom 8 (Wasserstoff, Lithium, Helium, ... 2) Valenzelektronen besitzt.
Diese kann durch beispielsweise eine Elektronenabgabe oder -aufnahme, oder durch das gemeinsame Nutzen von Valenzelektronen (kovalente Bindung) erfolgen.
Jetzt steht aber die Frage im Raum, woher man weiß, wie viele Valenzelektronen ein Stoff überhaupt aufweist.
Das ist nicht einmal so schwer, da bei den meisten Hauptgruppenelementen die Zahl der Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente auch der Zahl der Valenzelektronen entspricht.
Kohlenstoff steht beispielsweise in der vierten (IV) Hauptgruppe und weist somit 4 Valenzelektronen auf.
Wasserstoff steht in der ersten (I) Hauptgruppe und weist folglich 1 Valenzelektron auf.
Dennoch sind nicht immer alle Valenzelektronen relevant, da nicht alle Valenzelektronen Bindungen ausbilden können.
Das Sauerstoffatom hat insgesamt 6 Valenzelektronen, wobei nur 2 dieser Elektronen Bindungen ausbilden können, während die anderen 2 Elektronenpaare natürlicherweise keine Bindung ausbauen.
Um herauszufinden, wie viele Elektronenpaare ein Atom besitzt, muss man sich vorstellen, dass ein Atom sozusagen 4 "Felder" hat, welche jeweils mit 2 Elektronen befüllt werden können.
Dabei versucht man, dass jedes Feld so wenig wie möglich Elektronen enthält, das heißt, dass wenn wir Valenzelektronen haben, nicht nur zwei dieser "Felder" mit jeweils 2 Elektronen befüllen, sonder dass jedes Feld mit einem Elektron befüllt wird, damit jedes Feld so wenig Elektronen wie möglich enthält.
Sollten wir 5 Valenzelektronen haben, so liegt folglich eine Elektronenpaarbindung vor, während wir noch 3 einzelne Elektronen haben, welche allesamt eine Elektronenpaarbindung eingehen können.
Ionenbindung oder kovalente Bindung
Bevor wir jetzt aber unsere Strukturformel zeichnen können, müssen wir erst einmal klarstellen, ob es sich um eine Ionenbindung oder um eine kovalente Bindung zwischen zwei Atomen handelt.
Um dies herauszufinden, benutzen wir die Elektronegativitätswerte der einzelnen Atome (nach Pauling).
(Quelle: http://www.biologie-schule.de/elektronegativitaet.php)
Sollte die Elektronegativitätsdifferenz zwischen zwei Stoffen ungefähr höher oder gleich 1,7 sein, so handelt es sich um einen Ionenbindung.
Sollte die Elektronegativitätsdifferenz aber niedriger als 1,7 sein, so handelt es sich um eine kovalente Bindung (Grenzen teilweise fließend).
Eine O-H Bindung ist eine kovalente Bindung, da die Elektronegativitätsdifferenz unter 1,7 liegt.
Kovalente Bindung
Bei der kovalenten Bindung teilen sich zwei oder mehr Atome ihre Außenelektronen, damit diese 8 Valenzelektronen erreichen.
Das Sauerstoffatom weist insgesamt 6 Valenzelektronen auf und benötigt zwei weitere Elektronen, damit es die Elektronenkonfiguration erreicht.
Um dies zu erreichen, kann das Sauerstoffatom seine Elektronen mit einem anderen Atom teilen.
Sauerstoff kommt im Normalfall molekular vor, wobei zwei Sauerstoffatome ihre Valenzelektronen miteinander teilen.
Das Ganze sieht modellhaft folgendermaßen aus:
Methan
Nun haben wir ein paar theoretische Aspekte beleuchtet und versuchen das Ganze mal in der Praxis anzuwenden, indem wir die Strukturformel des Stoffes Methan (CH₄) zeichnen.
Anfänglich gucken wir erst einmal, wie viele Valenzelektronen die Atome aufweisen, indem wir einen Blick ins Periodensystem der Elemente werfen.
Wir sehen, dass der Wasserstoff in der ersten Hauptgruppe steht und folglich 1 Valenzelektron aufweist.
Des Weiteren erreicht das Wasserstoffatom den angestrebten Edelgaszustand erreicht, wenn es 2 Valenzelektronen besitzt.
Zudem steht der Kohlenstoff in der vierten Hauptgruppe, weswegen das Kohlenstoffatom 4 Valenzelektronen besitzt und 8 Valenzelektronen für die Edelgaskonfiguration benötigt.
Danach überlegen wir, ob es sich um eine Ionenbindung oder eine kovalente Bindung handelt, wobei wir die Elektronegativitätsdifferenz zwischen den verschiedenen Bindungspartnern überprüfen.
Wir sehen, dass es sich um eine kovalente Bindung handelt und überlegen uns folglich, wie die Strukturformel unseres Moleküls aussehen könnte.
Wir wissen, dass wir durch die Wasserstoffatome insgesamt 4 Valenzelektronen haben und wir wissen, dass das Kohlenstoffatom 4 Valenzelektronen aufweist, wobei wir zusammen 8 Valenzelektronen haben.
Günstig wäre es also, wenn jedes Wasserstoffatom eine Einfachbindung zum Kohlenstoffatom ausbaut, da folglich auch jedes Wasserstoffatom die Edelgaskonfiguration erreicht, da es dann 2 Valenzelektronen hat, wobei es sich diese jeweils mit dem Kohlenstoffatom teilt.
Folglich erhalten wir diese Strukturformel:
Methanal
Nun kommen wir zu deinem Beispiel, wobei wir wissen, dass unser Molekül zwei Wasserstoffatome, ein Sauerstoffatom und ein Kohlenstoffatom enthalten soll.
Anfänglich gucken wir erst einmal, wie viele relevante Valenzelektronen die einzelnen Atome aufweisen, welche eine bindende Elektronenpaarbindung ausbilden könne, wobei wir davon beim Wasserstoffatom 1, beim Sauerstoffatom 2 und beim Kohlenstoffatom 4 haben.
Insgesamt haben wir also 8 Valenzelektronen.
Als nächstes prüfen wir wieder die Elektronegativitäten:
Es handelt sich in allen Fällen um eine kovalente Bindung, die ausgebildet werden kann.
Nun müssen wir überlegen, wie die Struktur des Moleküls aussehen könnte, damit auch alle Atome die Edelgaskonfiguration erreichen, wobei es sich hier anbietet, dass das Sauerstoff- und Kohlenstoffatom eine Doppelbindung ausbilden, während die Wasserstoffatome mit dem Kohlenstoffatom jeweils eien Einfachbindung ausbilden, wodurch jedes Atom die Edelgaskonfiguration erreicht.
Ich hoffe ich konnte dir - zu dieser späten Stunde - die Grundlagen etwas näherbringen.
Falls du nur die Summenformel gegeben hast, kann es auch sein, dass mehrere Strukturformeln richtig sind, das sind dann Isomere.
Isomere sind Moleküle, die die gleiche Summenformel haben, sich aber hinsichtlich ihrer Strukturformel unterscheiden.
~Johannes
Und du meinst, das hilft dem Fragesteller mit der Titelfrage?
Ich wette, 99% davon gehen weit über das hinaus, was er wissen wollte...
Hydroxycarben ist auf dem Niveau der 8. Klasse völlig egal und verwirrt nur. Der Fragesteller benötigt die Grundregel, nicht die Ausnahmen.
Ich habe das Ganze so eingeschätzt, dass dem Fragesteller essenzielle Grundlagen fehlen, welche ich hier versuche oberflächlich zu vermitteln.
Du kannst auch von niemandem verlangen, dass er ein Buch liest, obwohl die Person nicht lesen kann.
Generell finde ich es nicht schlimm, wenn man mehr vermittelt, als gefordert wird.
~Johannes
Von "etwas mehr" kann ja aber nicht die Rede sein. Es geht völlig an dem Wissensstand des Fragestellers (8. Klasse) vorbei.
Woher soll ich wissen, in welche Klasse der Fragesteller geht? Ich werde sicher nicht das Ganze Profil o.ä. durchforsten, nur um das herauszufinden.
Des Weiteren hat der Fragesteller in einem Kommentar gefragt, woher er weiß, wie er das zeichnen muss, weswegen ich diesen Beitrag überhaupt erst geschrieben habe.
Generell sind Strukturformeln in BW 9./10. Klasse, wobei man eigentlich erst beigebracht bekommt, wie man das Ganze angeht.
~Johannes
Zusätzlich zu den bisherigen richtigen Antworten:
Das obige wäre ein zweifach negatives Ion, denn du hast 7 Elektronenpaare eingezeichnet, die Außenelektronen von 2 * H + C + O reichen aber nur für 6.
Das obige wäre also ein Methanol, das 2 Protonen abgegeben hat, und auch noch beide vom C-Atom, obwohl es am O-Atom eher passiert.
Üblicherweise hat ein Kohlenstoffatom (C) kein lone pair bzw. nichtbindendes Elektronenpaar. EInfach gesagt, an jedem Kohlenstoff müssen immer vier Bindungen weg zeigen. Meistens entweder zu anderen Kohlenstoffatomen oder Wasserstoff oder auch mal Sauerstoff, ... . Somit ist die obere Formel schon mal nicht richtig. Die untere Strukturformel zeigt Formaldehyd an.
Ich denke mal, dass ihr in der Schule vielleicht die Keto-Enol Tautomerie besprochen habt. Dabei formt sich ein Keton (bzw. Aldehyd) zu einem Enol (ein Alkohol mit einer Doppelbindung) um. Prinzipiell liegt das Gleichgeweicht meistens stark auf der Keto-Seite. Google am besten mal Keto-Enol Gleichgewicht oder lies dir das genau im Lehrbuch durch.
In diesem speziellen Fall kann sich gar kein Enol bilden, weil sich dazu eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen bilden muss. Formaldehyd hat jedoch nur ein Kohlenstoffatom.
Obige Verbindung ist falsch, da das C Atom 4 Außenelekronen hat.
Die untere Formel ist Methanal oder auch Formaldehyd genannt. Die H Atome noch abgewinkelt zeichnen und das Sauerstoff Atom hat noch 2 freie Elektronenpaare.
Viel Erfolg
Genau..