[Chemie] Summenformel von geladenen Molekülen?
Guten Abend,
ich benötige noch ein bisschen Hilfe, um diesen Abschnitt (siehe Bild) zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure ausführlichen Erklärungen.
- Wie genau kann ich feststellen, dass das zuerst genannte Molekül insgesamt negativ geladen ist?
- Wie kann ich feststellen, dass wenn das zuerst genannte Molekül mit Calcium eine Verbindung eingeht, diese Verbindung insgesamt elektrisch neutral ist?
2 Antworten
Moin,
du kannst feststellen, dass das Dihydrogenphosphat einfach negativ geladen ist, indem du entweder die Lewisformel aufmalst:
Dann siehst du, dass es ein zentrales Phosphoratom mit einer positiven Formalladung gibt und zwei Sauerstoffatome, die jeweils eine negative Formalladung tragen.
Zweimal Minusladung, einmal Plusladung ergibt insgesamt ein einfach negativ geladenes Ion.
Oder du kannst dir das herleiten, indem du die Protolyseschritte der Phosphorsäure durchgehst:
1. Protolyseschritt:
H3PO4 ⇌ H+ + H2PO4–
2. Protolyseschritt:
H2PO4– ⇌ H+ + HPO42–
3. Protolyseschritt:
HPO42– ⇌ H+ + PO43–
Dann siehst du, dass aus der Phosphorsäure (H3PO4) ein einfach negativ geladenes Dihydrogenphosphat-Anion (H2PO4–) wird, wenn ein Proton (H+) abgespalten wird.
Solche zusammengesetzten „Molekül”-Ionen sind häufig Reste von Säuren.
Was die andere Frage angeht: das ist so wie immer bei einer Salzbildung aus zwei entgegengesetzt geladenen Ionen.
Das Calcium-Kation ist zweifach positiv geladen (Ca2+). Das Dihydrogenphosphat-Anion ist einfach negativ geladen (H2PO4–).
Damit nun aus diesen beiden Ionen eine Salz-Verhältnisformel gebildet werden kann, musst du dich fragen, wie viele Kationen und wie viele Anionen ich wenigstens brauche, damit keine der Ladungen unausgeglichen übrig bleibt?
2+ und 1–... Dann brauche ich 1 • 2+ und 2 • 1–, denn 1 • 2+ + 2 • 1– = 0. Logisch, oder?
Also muss deine Formel ausdrücken, dass du 1 x Ca2+ und 2 x H2PO4– haben musst. Und genau das tut die Formel Ca(H2PO4)2.
Alles klar?
LG von der Waterkant
Flapsig formuliert geht es einem Atom darum, eine mit Elektronen voll gefüllte Außenschale zu haben. Das sind meistens acht Elektronen (Oktettregel), weil diese Anzahl mit denen der meisten Edelgasatome (außer Helium) übereinstimmt. Und Edelgase sind bekanntlich energetisch besonders stabil.
Wenn es also ein Atom hinbekommt, eine mit acht Elektronen voll gefüllte Außenschale zu erhalten, dann ist es dem Atom völlig egal, ob es dafür eine Ladung oder sonst etwas in Kauf nehmen muss.
Wenn du dir meine Darstellung in der Antwort anschaust, dann siehst du, dass vom zentralen P-Atom vier Bindungen zu O-Atomen ausgehen. Das macht (weil ja die bindenden Elektronen von beiden Bindungspartnern gleichzeitig als zu sich gehörend angesehen werden können) acht Elektronen (vier bindende Elektronenpaare sind acht Elektronen).
Aber wenn du die bindenden Elektronenpaare formal zwischen den jeweiligen Bindungspartnern gerecht aufteilst, dann gehören dem P-Atom nur vier Elektronen davon. Die anderen vier Elektronen würden den vier O-Atomen zugeteilt werden.
Tja, aber ein P-Atom im ungebundenen Zustand hat eigentlich fünf Außenelektronen (P steht in der 5. Hauptgruppe im PSE). Da es also nun in der Verbindung nach der formalen Aufteilung der bindenden Elektronenpaare ein Elektron weniger hat als im ungebundenen Zustand, ist das quasi so, als hätte das P-Atom ein Elektron abgegeben. Deshalb ist es formal einfach positiv geladen.
Aber noch einmal: das ist formal so. Dem P-Atom geht es darum, auf acht Außenelektronen zu kommen, was ja der Fall ist. Und weil alles andere nur aus einer formalen Sicht geschieht, heißt diese Ladungsform Formalladung.
Das gleiche kannst du auch an zwei der vier Sauerstoffatome sehen (nur mit umgedrehten Vorzeichen). Die Sauerstoffatome ohne die H-Atome kommen beide auf acht Außenelektronen (jeweils ein bindendes Elektronenpaar zum P-Atom und drei freie, nicht-bindende Elektronenpaare.
Wenn du aber diesen Sauerstoffatomen formal ein Elektron aus dem bindenden Elektronenpaar zusprichst, dann kommen diese Sauerstoffatome formal auf sieben Außenelektronen (eins aus der Bindung und drei freie Elektronenpaare macht sieben Elektronen).
Ein ungebundenes Sauerstoffatom hat aber nur sechs Außenelektronen (O steht in der 6. Hauptgruppe im PSE). Das ist also in der Verbindung formal ein Elektron mehr und deshalb haben diese Sauerstoffatome eine einfach negative Formalladung.
Das klingt jetzt vielleicht so, als würden die Formalladungen nur aus den genannten formalen Gründen zustande kommen und hätten ansonsten keine weitere Bedeutung. Aber das stimmt nicht. Sie werden zwar mit Hilfe formaler Kriterien ermittelt, aber sie wirken sich am Ende eben doch aus. Im konkreten Fall gibt es eine positive, aber zwei negative Formalladungen, die am Ende dazu führen, dass das gesamte Teilchen einfach negativ geladen ist.
Eine Partialladung ist dagegen etwas anderes. Die Partialladung kommt zustande, weil ein bindendes Elektronenpaar zwischen zwei Bindungspartnern nicht gleichmäßig verteilt in der Mitte liegt, sondern stärker zu einem der beiden Atomrümpfe hin verschoben ist. Das passiert, wenn die beiden Bindungspartner unterschiedliche Elektronegativitäten haben und der Differenzbetrag dieser EN-Werte größer als 0,4 ist.
Das trifft auch auf die P–O-Bindung zu, den Phosphor hat eine EN von 2,2 (Pauling-Skala) und Sauerstoff von 3,5. Die Differenz beträgt also (3,5 – 2,2 =) 1,3. Das ist eine ziemlich polare Atombindung. Die bindenden Elektronenpaare sind also jeweils zu den O-Atomen hin verschoben.
Das heißt, dass die Sauerstoffatome nicht nur eine negative Formalladung, sondern auch noch eine negative Partialladung haben. Aber weil die Formalladung wie eine echte Ladung wirkt, ist sie stärker als die Partialladung, so dass man die Partialladung in der Regel unberücksichtigt lässt.
Sonst könntest du auch immer argumentieren, dass es bei jedem Mehrelektronensystem immer zu natürlichen Schwankungen in der Elektronendichte und damit zu induzierten Dipolmomenten kommen kann, die zu van-der-Waals-Kräften führen. Wenn es stärkere intermolekulare Bindungskräfte gibt, lässt man die anderen unberücksichtigt...
Unter Protolyse versteht man das Abspalten UND Übertragen eines Protons von einem Molekül auf ein anderes.
Das geschieht in einer sogenannten Säure-Base-Reaktion...
Vielen Dank für deine Antwort 🤩
Ich habe vorab direkt eine kleine Frage zu diesem Wort:
Dihydrogenphosphat
Ich habe mir vor ein paar Minuten ein Video auf YouTube angeschaut: „Benennung von Verbindungen | Chemie endlich Verstehen“
Dort wurde z.B. an N2O5 erklärt, dass zuerst das griechische Zahlwort geschrieben wird: „Di“, dann der deutsche Name des ersten Verbindungspartners: „Stickstoff“, dann das griechische Zahlwort des Index des zweiten Verbindungspartners: „Penta“, dann der griechische/lateinische Stammname des zweiten Verbindungspartners: „ox“ und dann die Endung: „id“.
In dem Beispiel wäre N2O5: Distickstoffpentaoxid.
Nochmal zu deinem Wort:
Dihydrogenphosphat
- Hierbei handelt es sich also nicht um eine Verbindung, oder?
- Wieso wird hier „hydro“ geschrieben und nicht „Wasserstoff“?
Unterscheidet sich die von dir genutzte Schreibweise von der im Video erklärten Schreibweise („Benennung von Verbindungen | Chemie endlich Verstehen“)? In welchem Fall nutzt man die von dir genutzte Schreibweise und in welchem Fall nutzt man die im Video erklärte Schreibweise (die ich an N2O5 oben gezeigt habe, wie es im Video erklärt wurde)?
Wasserstoff heißt auf „schlau” Hydrogenium.
Ob du nun „Dihydrogen...” oder „Diwasserstoff...” sagst, ist im Grund wumpe! Ich finde, dass „Dihydrogen...” einfach besser klingt. Aber wie gesagt, das ist egal.
Ansonsten: das Dihydrogenphosphat-Teilchen ist ein zusammengesetztes Anion (negativ geladenes Ion). Als solches ist es zumindest der anionische Teil einer Salzverbindung, der auch als Molekülion aufgefasst werden kann.
Aber es gibt keinen Stoff Dihydrogenphosphat. Damit es eine Verbindung wird, brauchst du ein positiv geladenes Gegenion.
Jetzt habe ich aber auch einmal eine Frage: Warum stellst du so viele Fragen zu so verschiedenen chemischen Bereichen? Interesse oder Ausbildung??
LG nochmals von der Waterkant
Melde mich gleich per Privatnachricht bezüglich deiner Frage
Die Ladung ergibt sich aus dem Periodensystem. Calcium steht in der 2. Hautpgruppe und ist zweifach positiv geladen, daher liest man auch oft als Ion Ca2+. Chlor ist in der 7. Hauptgruppe und ist einfach negativ geladen. Das wäre dann Cl-. Allerdings kommt Chlor elemntar (nicht immer) zweiatomig vor. Somit heißt es Cl2. Ähnlich wie Wasserstoff (H2)
Jetzt hast du ein Calciumatom, dass zweifach positiv ist, und Chlor, dass insgesamt zweifach negativ ist, weil du ja 2 Chloratome hast.
Der Stoff heißt nun Calciumchlorid (CaCl2). Und ist insgesamt neutral geladen. Hättest du nur 1 Chloratom, wäre es in der Summe einfach negativ (CaCl-). Den Stoff gibt es aber soweit ich weiß nicht. Gilt nur als Beispiel.
Kannst du es mir vielleicht an meinem Beispiel erklären (siehe Bild)? Das mit NaCl verstehe ich bereits.
H2 (+2) , 0 (-2), da 6. Hauptgruppe. Sauerstoff kommt allerdings in dieser Verbindung 4 mal vor, also insgesamt -8.
Jetzt muss man nur rechnen, welche Ladung Phosphor haben muss, damit der Stoff insgesamt einfach negativ geladen ist. Somit: +2 -8 +x = -1
x wäre die Ladung von Phosphor und somit +5.
Wasserstoff hat meistens die Ladung (Oxidationszahl) +1, Sauerstoff meistens -2. Somit kannst du oft alleine dadurch die Ladung des anderen Elements einer Verbindung berechnen. In diesem Fall eben bei Phosphor.
Ich habe mir dazu gerade nochmal ein Video zu Strukturformeln/Lewis/„-Formeln aufstellen angeschaut und ich habe es verstanden. Aber ich verstehe leider noch nicht, was eine Formalladung ist und wie man darauf kommt, dass es ein zentrales Phosphoratom mit einer positiven Formalladung gibt und zwei Sauerstoffatome, die jeweils eine negative Formalladung tragen. Das Bild von dir erinnert mich ein bisschen an Partialladungen und Ladungsschwerpunkten (der positiven und negativen Partialladungen).
Vielleicht könntest du mir das ja erklären 🙋♂️
Das sagt mir bis jetzt noch gar nichts (Protolyseschritte) und das Thema hatte ich auch noch nicht beim lernen (ich versuche es, es mit dem Aufmalen der Lewis-Formeln/Strukturformeln zu verstehen)