Räumlicher Bau von Molekülen
Während Moleküle aus nur zwei Atomen immer linear (geradlinig) gebaut sind, können Moleküle mit mehr als zwei Atomen unterschiedliche räumliche Strukturen bilden. Ihre Form ist entscheidend für ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften.
Das Kugelwolkenmodell hilft uns, diese Strukturen zu verstehen. Beim Wassermolekül (H₂O) zum Beispiel sind die Elektronenpaare tetraedrisch angeordnet, wobei zwei Elektronenpaare bindend (mit Wasserstoffatomen) und zwei nichtbindend sind. Diese Anordnung ergibt die typische gewinkelte Struktur von Wasser mit einem Bindungswinkel von etwa 105°.
Weitere Beispiele für räumliche Strukturen sind Methan (CH₄) mit tetraedrischer Form und Ammoniak (NH₃) mit pyramidaler Struktur. Bei CH₄ beträgt der Bindungswinkel 109°, während er bei NH₃ etwa 107° beträgt.
💡 Merke: Die räumliche Struktur eines Moleküls hängt direkt von der Anzahl und Art der Elektronenpaare am Zentralatom ab. Diese Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und nehmen daher die größtmögliche Entfernung zueinander ein.
Das Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) erklärt diese Strukturen: Alle Elektronenpaare am Zentralatom ordnen sich so an, dass sie maximalen Abstand zueinander haben. Nichtbindende Elektronenpaare benötigen mehr Platz als bindende und verzerren dadurch die ideale Geometrie. Bei vier Elektronenpaaren (wie bei CH₄, NH₃ und H₂O) ist die Grundstruktur immer tetraedrisch, auch wenn die tatsächliche Molekülgeometrie durch nichtbindende Elektronenpaare beeinflusst wird.