Mesomere Grenzformeln - Oktettregel

Wissenschaft Chemie
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Hallo

Bevor ich zur eigentlichen Frage komme, möchte ich eine erste Unsicherheit ansprechen:
Es existieren ja verschiedene Regeln über die Richtigikeit und die Priorität von Grenzformeln. Ich versteh nun nicht ganz, ab wann eine Grenzformel wirklich eine „korrekte“ Granzformeln ist, die zwingend aufzuführen ist. Dass Grenzformeln, die benachbarte gleiche Formalladungen besitzten, erst gar nicht zu berücksichtigen sind (da sie eigentlich keine „echte“ Granzformeln sind) weiss ich bereits. Nun spricht man aber häufig von der Priorität bzw. Bedeutung einzelner Grenzformeln, die nach verschiedenen Regeln (die mir bekannt sind) bestimmt werden kann. Wie ist das genau: Sie alle Grenzformeln aufzuführen oder nur die, die diese Regeln am besten erfüllen und am „wichtigsten“ sind? Werden die „unwichtigeren“ noch als Grenzformeln anerkannt?

Nun zur eigentlichen Frage:

Eine Regel besagt, dass jeweils die Grenzformeln am wichtigsten sind, die die kleinste Anzahl an Formalladungen und die kleinsten Formalladungsbeträge aufweisen. Nun frage ich mich: Wie sind Moleküle zu beeurteilen, bei denen durch ein Umgehen der Oktettregel Formalladungen vermieden werden können? Was ist von entscheidenderer Bedeutung: das Einhalten der Oktettregel oder das Vermeiden von Formalladungen?

Ein Beispiel wäre Phosphorsäure: Ich hätte jetzt das freie Elektronenpaar des Phospohrs als Bindung zum vierten Sauerstoff-Atom eingesetzt, wodurch O und P Formalladungen erhalten würden. Nun findet man aber meist eine Lewis-Formeln, in der Phosphor eine Doppelbindung mit dem vierten Sauerstoff eingeht und dadurch an 4 Bindungen beteiligt ist (Oktettregel nicht eingehalten. Mir stellen sich nun folgende Fragen:

a) Sind beide Formeln richtig? Darf ich von zwei Grenzformeln sprechen, wobei die ohne Formalladung von grösserer Priorität ist?

b) Wie muss ich das Verwenden eines freien Elektronenpärchens zur Ausbildung einer Doppelbindung mit je zwei einzelnen Elektronen eines benachbarten Atoms verstehen? Irgendwie kann ich das nicht mit dem vereinbaren, was ich bisher so gelernt habe. Mich stört nicht die Nichteinhaltung der Oktettregel, sondern dass ein freies Päärchen für Bindungszwecke verwendet wird, ohne dass Formalladungen entstehen.

Danke im Voraus für Antworten

mfg phychem

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Hi,

Sie alle
Grenzformeln aufzuführen oder nur die, die diese Regeln am
besten erfüllen und am „wichtigsten“ sind? Werden die
„unwichtigeren“ noch als Grenzformeln anerkannt?

Ich versteh deine Frage zwar nicht genau, aber Grenzstrukturen sind eine besondere Art der Darstellung, um eine Eigenart des Moleküls deutlich zu machen. So kann man z.B. zeigen, wie es funktioniert, dass durchkonjugierte Systeme nicht an der funktionellen Gruppe selbst, sondern am ganz anderen Ende angegriffen werden.
Je nach dem, was du zeigen willst musst du andere Grenzformen zeichnen.
Handelt es sich um eine Aufgabe in einer Prüfung, dann sollte es in der Aufgabenstellung stehen. Steht da „Zeichnen Sie alle Grenzformen…“, dann müssen auch ALLE gezeichnet werden…

Was ist von entscheidenderer Bedeutung: das Einhalten
der Oktettregel oder das Vermeiden von Formalladungen?

Das wird wohl davon abhängen, um welches Molekül es sich handelt und wen du fragst. Beim Kohlenstoffmonoxid wird eher die bippolare Struktur gezeichnet, da eine Vierfachbindung jedem Chemiker die Netzhaut verbrennt.

Ein Beispiel wäre Phosphorsäure: Ich hätte jetzt das freie
Elektronenpaar des Phospohrs als Bindung zum vierten
Sauerstoff-Atom eingesetzt, wodurch O und P Formalladungen
erhalten würden. Nun findet man aber meist eine Lewis-Formeln,
in der Phosphor eine Doppelbindung mit dem vierten Sauerstoff
eingeht und dadurch an 4 Bindungen beteiligt ist (Oktettregel
nicht eingehalten. Mir stellen sich nun folgende Fragen:

Die Grenzstruktur in der das vierte Sauerstoffatom negativ geladen und mit einer Einfachbindung an das positiv geladene Phosphoratom gebunden ist ist irreführend. Es könnte der Eindruck entstehen, dass hier (am negativen Sauerstoff) ein Proton aufgenommen werden könnte. Das Gegenteil ist aber der Fall: Die OH-Gruppen geben recht leicht ein Proton ab. Spätestens wenn du diese Struktur zeichnest wirst du sehen, dass das fürchterlich aussieht.

a) Sind beide Formeln richtig? Darf ich von zwei Grenzformeln
sprechen, wobei die ohne Formalladung von grösserer Priorität
ist?

Ja - formal richtig sind beide…

b) Wie muss ich das Verwenden eines freien Elektronenpärchens
zur Ausbildung einer Doppelbindung mit je zwei einzelnen
Elektronen eines benachbarten Atoms verstehen? Irgendwie kann
ich das nicht mit dem vereinbaren, was ich bisher so gelernt
habe. Mich stört nicht die Nichteinhaltung der Oktettregel,
sondern dass ein freies Päärchen für Bindungszwecke verwendet
wird, ohne dass Formalladungen entstehen.

Da hast du irgendwie einen Denkfehler. Zum Einen ist bekannt, dass die Oktettregel eigentlich nur für die 2. Periode gilt. Und zum Anderen ist ein gebundenes Elektron für das Atom nicht verloren.

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Sind alle
Grenzformeln aufzuführen oder nur die, die diese Regeln am
besten erfüllen und am „wichtigsten“ sind? Werden die
„unwichtigeren“ noch als Grenzformeln anerkannt?

Ich versteh deine Frage zwar nicht genau, aber Grenzstrukturen
sind eine besondere Art der Darstellung, um eine Eigenart des
Moleküls deutlich zu machen. So kann man z.B. zeigen, wie es
funktioniert, dass durchkonjugierte Systeme nicht an der
funktionellen Gruppe selbst, sondern am ganz anderen Ende
angegriffen werden.
Je nach dem, was du zeigen willst musst du andere Grenzformen
zeichnen.
Handelt es sich um eine Aufgabe in einer Prüfung, dann sollte
es in der Aufgabenstellung stehen. Steht da „Zeichnen Sie alle
Grenzformen…“, dann müssen auch ALLE gezeichnet werden…

Grenzformeln dienen doch grundsätzlich dazu, die Struktur eines Moleküls, welche nicht eindeutig bestimmt ist sondern als ein Mittelding verschiedener Zustände bzw. Strukturen zu verstehen ist, anzugeben. Richtig? Meine Frage ist nun: Ab wann ist eine Grenzformel falsch (und damit keine echte Grenzformel) und wann ist sie zwar richtig, aber nur von untergeordneter Bedeutung?
Wenn ich beispielsweise eine Formeln aufzeichne, die benachbarte gleiche Formalladungen enthält, darf ich diese dann überhaupt als Grenzformel aufführen oder muss sie weggelassen werden? Oder wenn ich zwei Formeln zeichne, von denen die eine mehr Formalladungen enthält, ist dann die mit der höheren Anzahl wegzulassen oder zwar aufzuführen, im Wissen, dass sie von kleinerer Bedeutung als die andere ist?

Was ist von entscheidenderer Bedeutung: das Einhalten
der Oktettregel oder das Vermeiden von Formalladungen?

Das wird wohl davon abhängen, um welches Molekül es sich
handelt und wen du fragst. Beim Kohlenstoffmonoxid wird eher
die bippolare Struktur gezeichnet, da eine Vierfachbindung
jedem Chemiker die Netzhaut verbrennt.

Man wählt also aus reiner Gewohnheit eine Formel?? Gibt es nicht irgendwie ne Regel, die das Vermeiden von Formalladungen oder das Einhalten der Oktettregel im Sinne einer theoretisch fundierten Konvention einführt?

b) Wie muss ich das Verwenden eines freien Elektronenpärchens
zur Ausbildung einer Doppelbindung mit je zwei einzelnen
Elektronen eines benachbarten Atoms verstehen? Irgendwie kann
ich das nicht mit dem vereinbaren, was ich bisher so gelernt
habe. Mich stört nicht die Nichteinhaltung der Oktettregel,
sondern dass ein freies Päärchen für Bindungszwecke verwendet
wird, ohne dass Formalladungen entstehen.

Da hast du irgendwie einen Denkfehler. Zum Einen ist bekannt,
dass die Oktettregel eigentlich nur für die 2. Periode gilt.
Und zum Anderen ist ein gebundenes Elektron für das Atom nicht
verloren.

Hmm. Ich finde irgendwie nix darüber was mir weiterhilft. Also ich hab irgendwie gelernt, dass Bindungen für gewöhlich zwischen zwei freien Elektronen gebildet werden. In speziellen Fällen kann aber auch ein Atom gleich beide Bindungselektronen in die Bindung miteinbringen; es werden dann Formalladungen verteilt.
Was mir unklar ist:

i) Kann ein Atom, das nur über 2-4 Valenzelektronen und damit über keine freien Elektronenpaare verfügt zwei Elektronen in eine Einfachbindung investieren?

ii) Können die beiden Elektronen eines freien Elektronenpäärchens zur Ausübung zweier Einfachbindungen verwendet werden?

mfg phychem