Bindungsordnungen von Stoffen mit mesomeren Grenzstrukturen

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4 Antworten

Bei Naphthalin hilft es zur Bestimmung der Bindungsordnungen ein bestimmtes C-Atom und dessen Orbitale anzuschaun. Du hast die p-Orbitale, die senkrecht auf dem Ring stehen und ein pi-System erzeugen können. Das System kann sowohl nach rechts als auch nach links sich fortpflanzen, also hat man weniger als eine Doppelbindung, aber mehr als eine Einfachbindung, da es zwei gleichwertige Möglichkeiten gibt liegt die Bindungsordnung genau in der Mitte. Man könnte es auch als drei-Zentren-zwei-Elektronen-System bezeichnen, dann kommt die Bindungsordnung noch besser raus.

Als Allheilmittel hilft in jedem Fall ein MO-Diagramm. Gerade bei solch Komplexen Molekülen ist das aber viel aufwendiger als genaues hinsehen, bei anorganischen Verbindungen lohnt es sich aber oft doch mal ein Blick darauf zu werfen. Damit kann man die Bindungsordnung IMMER bestimmen.

Die Anzahl der mesomeren Grenzstrukturen spiegelt nicht zwangsläufig die Bindungsordnung wieder, da man sehr viele theoretische mesomere Grenzstrukturen bilden könnte (z.B. mit einer positiven an einer Stelle des Rings und einer negativen an einer anderen) die aber eine Lebensdauer von Nanosekunden haben und daher keinen nennenswerten Beitrag zur tatsächlichen Elektronenverteilung liefern. Merkt dir einfach, dass du im Falle der Mesomerie-Stabilisierung i.d.R. ein 3-Zentren-2-Elektronensystem hast.

Xeasnio 26.06.2014, 23:13

MO-Diagramm komme ich noch nicht so gut klar, das muss ich mir unbedingt mal wieder anschauen. Aber vielen Dank für deine Hilfe. Ich werde es mir morgen nochmal durchlesen, mein Kopf ist gerade schon am explodieren als ich mir eben noch 4 Vorlesungen angesehen habe über die Nomenklatur von organischen Stoffen. Wieso tut die IUPAC einen so etwas an?

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Kaeselocher 27.06.2014, 08:49
@Xeasnio

um möglichst alle Stoffe so bennen zu können, dass man anhand des Namens auf die exakte Struktur schließen kann ;-)

Die ganzen Ausnahmen kommen aus der Historie, Wasser heißt nun mal schon immer Wasser und jeder weiß was damit gemeint ist. Der Aufwand überall Wasser durch H2O zu ersetzen wäre viel zu groß, ähnlich ist es auch mit anderen Stoffen.

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Xeasnio 27.06.2014, 13:24
@Kaeselocher

Ja, das ist mir schon klar, aber wenn ich dann schon solche Stoffe benennen muss, wo dann sowas wie 3,5,7,9-Tetraoxa-bicyclo[2.4.1]nonadec-2,4-dien raus kommt, dann fängt langsam die Verzweiflung an. :D

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Das mit Naphtalin ist aber echt schwer, ich hab bis zum letzten Moment daran gezweifelt, dass es mehr als 2 mesomere Grenzformeln gibt.

Wie wär`s mit Bindungen und Doppelbindungen zählen. Bei Naphatlin gibt es 11 Bindungen, mit 5 Doppelbindungen. Daraus kann man doch erkennen, dass es mehr als 2 mesomere Grenzformeln geben muss.

Bei anorganischen Molekülen ist es doch meistens einfacher. Auch dort müsste man doch die Anzahl der Doppelbindungen zählen können und schauen über wie viele Bindungen sich diese verteilen? Ich hab mir das gerade nur auf die schnelle ausgedacht, ich bin mir nicht sicher ob das hilft.

Xeasnio 26.06.2014, 20:59

Ja, aber es muss ja einfach erkennbar sein. Die eine mesomere Grenzstruktur bei Naphthalin kann man drehen und wenden wie man möchte, man kommt nicht auf andere mesomere Grenzstrukturen. Die zweite und die dritte sind denn wohl drehbar und dann sind diese deckungsgleich.

Es geht aber nicht darum, dass diese deckungsgleich sind, sondern um die Anordnung der Elektronen und wie diese innerhalb der delokalisierten Systeme vorliegt.

Jetzt fällt mir aber auch wieder auf, wenn das mit den zwei mesomeren Grenzstrukturen klappt, dann muss es mit den, der nicht deckungsgleich ist auch klappen. Dies würde bedeuten (theoretisch) das Naphthalin eine weitere mesomere Grenzstruktur aufweisen müsste.

Dann müsste doch an der Aussage, dass Naphthalin drei mesomere Grenzstrukturen hat, doch etwas falsch sein? Es müssten doch zwei sein, oder in diesem Fall dann vier? Langsam sehe ich nicht mehr durch hier. :D

Das mit den drei mesomeren Grenzstrukturen habe ich aus Youtube Aufnahme von 'nem Prof. Vorlesung Organische Chemie.

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Hi Xeasnio!

Wie vieles in der Chemie sind die Mesomerie und "Grenzformeln" nur Modelle.

In diesem Falle sogar Modelle von Modellen, die der Anfänger versteht. Folge mir trotzdem mal:

Im Prinzip ist jedes Elektron über den ganzen Weltraum verteilt. Es einem Atom zuzuordnen, ist aber meist zweckmäßig, und die Unterschiede zur reinen Theorie sind gering.

Im Prinzip sind in einem Methan-Moleküle alle Elektronen über alle 5 Atome verteilt - stärker jedenfalls als im Rest des Weltalls ;-) Die Beschreibung als jede Menge Rumpfelektronenpaare mit genau vier bindenden Elektronenpaaren zwischen dem C und den vier H ist aber, du errätst es vielleicht zweckmäßig, und die Unterschiede zur reinen Theorie sind gering.

Falls du das normale Sauerstoffmolekül kennst, da tut sich die Lücke auf! Die Beschreibung mit 6 bindenden Elektronen (= 3 Paare)und 2 antibindenden (einzeln!) ist natürlich auch ein Modell, die übliche Darstellung mit einer Doppelbindung dagegen eine reine Vereinfachung, um Schüler und sonstige Anfänger nicht weiter zu verwirren. Die Tatsache, dass Sauerstoff ein Diradikal ist, also zwei ungepaarte Elektronen enthält, wird schlicht unterschlagen. Verbergen lässt es sich angesichts der Reaktionen aber nicht wirklich. Du lustigen Bilder von flüssigem Sauerstoff unter dem Einfluss von Magneten (google mal!) erklären sich so auch nicht.

Beim Benzol, dass du kennen müsstest, wenn du mit Naphthalin jonglierst, sind alle 6 C und alle C-C-Bindungen gleichwertig. Und es ist auch eine Vereinfachung der ersten Art, wenn man alle Sigma-Bindungen, also die C-H- und C-C-Einfachbindungen als lokale Bindungen zwischen je zwei Atomen betrachtet. Die 6 übrigen Elektronen verteilen sich auf die 6 Pi-Orbitale der C-Atome. Und sechs sechszentrige Orbitale kombinieren sich zu 6 mehr oder weniger bindenden Molekülorbitalen. VEREINFACHT.

Eine weitere Vereinfachung ist es, daraus 3 Bindungen und 3 Leerstellen zu machen. Dies dient einzig und allein den Anfängern. Und auf dem Weg zum Experten, noch weit ab von der Physikalischen Chemie, so etwa mein Niveau, sind die Grenzformeln eine Fingerübung. Geht immer auf, wenn man's richtig macht, wenn ...

"Den Grenzformeln kommt keinerlei physikalische Realität zu" meine ich mal gelesen zu haben.

Ebensowenig wie der Vier oder Pi. Aber trotzdem musst du damit jonglieren können, um gut in Mathe oder Chemie zu sein.

Man kann nicht jedes Fach mit "Die Erde war wüst und leer beginnen lassen". Ein Baby lernt auch nicht sprechen, wenn du nur Fehler korrigierst, statt zu antworten. Modelle sind nicht überflüssig, sondern werden je nach Wissensstand immer komplexer.

So läuft's halt, und zwar nicht schlecht. Zoelomat

P.S: Und auch ich als Experte, auf mittlerem Niveau, habe natürlich meist im Kopf und am liebsten als Formelbild genau diese vereinfachte Vereinfachung. DIe sind halt nicht ohne Grund so beliebt.

P.P.S. Nimm einfach als Regel, dass die Wahrheit in der Mitte liegt. So ist die Mesomerie gedacht. Auch nicht richtig, aber leicht zu merken.

Xeasnio 27.06.2014, 12:41

Vielen Dank für deine ausführliche Antwort.

Das mit Disauerstoff fand ich auch kurios, als ich dies erfahren habe. Was mich daran besonders stört ist, dass ich aus Wissen über den Aufbau von Elementen (u.a. Diradikalität von Disauerstoff) die Reaktion nachvollziehen können möchte bzw. im Allgemeinen die Eigenschaften des mir vorliegenden Stoffes.

Mit Fingerübung bzgl. mesomere Grenzstrukturen heißt es demnach also, dass es eine reine Übungssache ist sich ein geschultes Auge dafür zu entwickeln, oder?

Da stellt sich mir die Frage, wozu Bindungsordungen denn auch gut sind. Ich meine, man kann diese ausrechnen, und wozu dienen diese dann? Kann man damit in etwa die Anfälligkeit für Reaktivität schätzen (nach dem Motto: Die Bindungsordnung liegt gemittelt bei XX. Daraus lässt sich in etwa der häufigste Wert der Bindungsenergie berechnen und demnach die Anfälligkeit für Reaktivitiät mit anderen Stoffen schätzen)?

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Zoelomat 29.06.2014, 20:50
@Xeasnio

Deine Ansätze gehen alle in die richtige Richtung.

Erfahrungsgemäß muss man aber alle komplizierten Probleme einkreisen. In der Militärsprache heißt das einkesseln, wie in Stalingrad. Also sich immer wieder von allen Seiten nähern, bis man's begriffen hat.

Rom wurde auch nicht an einem Tag, sondern auf sieben Hügeln erbaut.

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Dies kommt dadurch, dass diese mesomeren Grenzstrukturen der Stoffe einfach zwei Stoffe sein könnten, die spiegelverkehrt sind und durch Drehung wieder einen Stoff ergeben.

NEIN!

Mesomere Grenzstrukturen unterscheiden sich durch Anordnung von Elektronen und ggf. Ladungen. Alle Atome bleiben, wo sie sind. Hat nichts mit Bild und Spiegelbildung und Drehung zu tun!

Für die Bindungsordnung betrachtet man nur zwei aneinander gebundene Atome. Die Bindungsordnung ist dann der Durchschnitt aller mesomeren Grenzstrukturen (soweit sie nicht zu energiereich sind).

Xeasnio 26.06.2014, 20:27

Ich habe es ungünstig formuliert. Ich meine natürlich, dass mesomere Grenzstrukturen einen Stoff angehören und das die "Wahrheit" irgendwo inmitten dieser Grenzstrukturen liegt.

Aber wenn man zwei mesomere Grenzstrukturen anschaut, könne man denken es wäre die selbe Verbindung (kommt manchmal vor, s. Beispiel unten) nicht mit unterschiedlicher Anordnung von Elektronen, sondern wurde einfach nur um 180° gedreht, sodass eine andere Anordnung der Elektronen sich nicht ergeben würde.

Daraus schlussfolgere ich ziemlich schnell immer, dass zwei mesomere Grenzstrukturen nicht vorhanden wären, sodass sich als Folgefehler eine nicht korrekte Bindungsordnung ergibt.

Hiermit beziehe ich mich auf eine Verbindung mit mehr als zwei mesomeren Grenzstrukturen (weil eine Verbindung mit nur einer mesomeren Grenzstruktur wäre ja quatsch). Bei Napthalin komme ich zum Beispiel auf zwei mesomere Grenzstrukturen. Drei wären aber richtig.

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FK1954 26.06.2014, 20:51
@Xeasnio

Na gut, beim Beispiel Naphthalin gibt es zwei Grenzstrukturen, die spiegelbildlich zueinander sind.

Bei den meisten anderen Stoffen ist das nicht der Fall.

Übrigens hat Naphthalin SEHR viel mehr Grenzstrukturen, die aber alle viel energiereicher sind als die üblichen.

Z. B. mit entkoppelten Elektronenpaaren oder Ladungstrennung.

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Xeasnio 26.06.2014, 21:06
@FK1954

Ich frage mich dann hauptsächlich wie es mir machbar sein soll die Bindungsordnung zu bestimmen.

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