Räumlicher Bau von Molekülen
Während Moleküle aus nur zwei Atomen immer linear aufgebaut sind, können Moleküle mit mehr Atomen unterschiedliche räumliche Strukturen annehmen. Diese Strukturen beeinflussen die Eigenschaften des Stoffes maßgeblich.
Das Kugelwolkenmodell hilft uns, die räumliche Anordnung zu verstehen. Bei Wasser (H₂O) beispielsweise ist das Sauerstoffatom von vier Elektronenpaaren umgeben: zwei bindende (mit Wasserstoff) und zwei nichtbindende. Diese Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und erzeugen eine gewinkelte Struktur mit einem Bindungswinkel von etwa 105°.
Vergleichen wir verschiedene Moleküle: Methan (CH₄) hat eine tetraedrische Struktur mit Bindungswinkeln von 109°, Ammoniak (NH₃) ist pyramidal aufgebaut mit 107° Bindungswinkeln, und Wasser ist gewinkelt. Der räumliche Bau hängt direkt von der Anzahl und Art der Elektronenpaare ab.
💡 Merke dir: Nichtbindende Elektronenpaare brauchen mehr Platz als bindende und verzerren dadurch die ideale Tetraederstruktur. Deshalb sind die Bindungswinkel in H₂O kleiner als in CH₄.
Das Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) erklärt diese Strukturen: Elektronenpaare stoßen sich gegenseitig ab und nehmen den größtmöglichen Abstand zueinander ein. Bei vier Elektronenpaaren entsteht als Grundstruktur ein Tetraeder. Die tatsächliche Molekülgeometrie wird dann durch die Unterscheidung zwischen bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren bestimmt.