Lewis-Formel

Wassermolekül

Lewis-Formel von Kohlendioxid

Methan, die einfachste Kohlenwasserstoffverbindung

Natriumsulfat mit hypervalentem Schwefelatom

Sauerstoff liegt in Wirklichkeit als Diradikal vor

Die Lewisschreibweise (nach Gilbert Newton Lewis), auch Lewisformel oder Valenzstrichformel genannt, ist ein Konzept aus der Chemie. Sie dient zur Darstellung und zum grundlegenden Verständnis der Struktur von einfachen Molekülen. Sie basiert auf der Oktettregel.

Geschichte

Das im Jahr 1923 von Lewis in seinem Werk „Valence and the Structure of Atoms and Molecules“ vorgeschlagene Verfahren erwies sich als sehr erfolgreich bei der Beschreibung und Darstellung der Bindungen zwischen zwei Atomen. Das Konzept der Strukturformel war zwar nicht neu, Lewis erarbeitete allerdings zuerst einen systematischen Zugang zur Anordnung der Atome in Molekülen. Während sie bei zweiatomigen Molekülen sehr häufig erfolgreich ist, insbesondere was die ersten zwei Perioden im PSE betrifft, konnte mit der von Lewis ursprünglich vorgestellten Theorie weder die Geometrie der Bindungen noch die Struktur komplizierterer Moleküle erklären. Trotzdem hat sich die Lewisschreibweise an sich erhalten, indem die später entwickelten Methoden durch spezielle Konventionen zur Symbolik aufgenommen wurden (z.B. Mesomerie, Long-Bond-Strukturen, Mehrzentrenbindungen). Heute wird die Lewisschreibweise in ihrer ursprünglichen Form in Schulen gelehrt, um einen einfachen Einstieg in die genauere Struktur der Moleküle zu ermöglichen, da sich vom Standpunkt der von Lewis entwickelten Theorie heraus viele der später entwickelten Methoden aufbauen lassen.

Anwendung

Bei der Verwendung der Lewisschreibweise werden nur die äußersten Elektronen des Atoms, also die Valenzelektronen, beachtet. Alle inneren Elektronen haben keinen Einfluss, genauso wie der eigentliche Kernaufbau. Die Anwendung der Lewisschreibweise beschränkt sich im wesentlichen auf die Elemente ab der vierten Hauptgruppe (Gruppe 14 nach IUPAC-Nomenklatur), die zur Ausbildung kovalenter Bindungen neigen, sowie auf Wasserstoff. Die Valenzelektronen des Atoms werden als Punkte symbolisiert um das Elementsymbol des Atoms gruppiert. Anschließend werden solange Elektronen des Atoms mit denen des Bindungspartners durch einen Strich verbunden, bis jedes der beiden Atome von 8 Elektronen umgeben werden. Elektronen, die nicht durch einen Strich verbunden sind, zählen nur zu dem Atom, um das sie gruppiert werden. Bindungsstriche werden gleichermaßen zu beiden Atomen gezählt.

Erfolge

Mit der Lewisschreibweise können die meisten aus zwei Atomen aufgebauten, nichtradikalischen Moleküle beschrieben werden. Beispiele sind Wasserstoff, Stickstoff und die Halogene. Auch Moleküle aus mehr als zwei Atomen können häufig in Lewisschreibweise notiert werden, wie Wasser, Kohlenstoffdioxid und die meisten organischen Verbindungen.

Versagen

Bei der Anwendung der Lewisschreibweise stößt man bei hypervalenten Molekülen auf Probleme, also bei solchen Molekülen, die die Oktettregel offensichtlich nicht erfüllen. So wird das Sulfation klassischerweise mit zwei Doppelbindungen und zwei Einfachbindungen beschrieben, was 12 Elektronen in der Außenhülle des Schwefelatoms ergeben würde (Oktetterweiterung). Grundsätzlich eignet sich die Lewisschreibweise nicht zur Vorhersage des räumlichen Baus von Molekülen, man kann allerdings den räumlichen Bau ähnlich wie in Strukturformeln andeuten, wenn er bekannt ist. Als Methode zum Erfassen der Molekülgeometrie eignet sich oft das VSEPR-Modell. Auch das magnetische Verhalten wird mit der Lewisschreibweise häufig nicht berücksichtigt, siehe Sauerstoff.

Alternative Schreibweisen

Neben der Lewisschreibweise gibt es weitere Möglichkeiten, ein Molekül zweidimensional darzustellen:

• Skelettformel, verkürzte Schreibweise in der Organischen Chemie
• Fischer-Projektion, um chirale Verbindungen wie Zucker zu zeichnen
• Newman-Projektion, zur Bestimmung der Stereochemie

Es gibt auch dreidimensionale Darstellungen:

• Kalottenmodell
• Stäbchenmodell

Literatur

• Gilbert Newton Lewis: Valence and the structure of atoms and molecules. 1923, ISBN 0486615553
• Gilbert Newton Lewis: The Atom and the Molecule. J. Am. Chem. Soc. 1916, 38, 762-785. doi:10.1021/ja02261a002

Weblinks