8.1 Lewisstructuren + 8.2 ruimtelijke bouw

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

8.1 Lewisstructuren

Je kan kiezen om de video´s van Kemia te bekijken en dan de oefeningen ervan te maken of bekijk de slides van 10 tot aan paragraaf 8.2 .

Om te oefenen

https://www.kemia.nl/images/KEMIA/PDFs/Oefenen-VWO/Lewisstructuren1.pdf

Kijk daarna videoles slide 7 voor bespreken antwoorden

Om uit te printen

https://www.kemia.nl/images/KEMIA/PDFs/Oefenen-VWO/Lewisstructuren2.pdf

Kijk daarna videoles slide 8 voor bespreken antwoorden

vrije elektronen?

een vrij elektronen-paar is een paar elektronen, dan niet betrokken is bij een binding, dus een 'reserve'-paar. Het neemt echter wel ruimte in, vandaar dat het molecuul deze vorm heeft.

Om de structuur van een molecuul te kunnen tekenen moet je weten wat de covalentie van de atomen is. Wat is covalentie?

1. De lading als het atoom een ion wordt
2. Het aantal elektronen in de buitenste schil
3. Het aantal bindingen dat een atoom kan aangaan
4. Het aantal elektronen dat mist in de buitenste schil

Wat is de juiste covalentie van de volgende atomen ...
N, C, H en O

1. N; 2, C; 4 H; 1 , O; 2
2. N; 5, C; 4 H; 1 O; 6
3. N; 3 C; 6 H; 1, O; 2
4. N; 3, C; 4 H; 1, O; 2

covalentie en Lewis structuren

De covalentie van atomen helpt ons een molecuulstructuur te tekenen.

Soms is dit echter niet genoeg. Hoe zijn de elektronen verdeeld? Wanneer krijg je een enkele of een dubbele binding?

Hiervoor is de Lewis structuur een goed hulpmiddel.

De Lewis structuur is een structuurformule met ALLE valentie elektronen.

Lewis structuur van C, N en O

1. Teken de structuurformule

2. Alle atomen van niet-metalen, behalve H,B en He, krijgen 4 elektronenparen
     = 4 'streepjes' (=octetregel)

3. Vul de atomen met elektronenparen aan tot alle atomen 8 elektronen
    (= 4 streepjes) hebben.

4. Controleer of de atomen 'hun eigen aantal elektronen' hebben uit de buitenste
    schil.
    Teveel ==> krijgen - lading
    Te weinig ==> krijgen + lading

stappenplan: de snelle manier

En nu de snelle manier (die > 99% van de keren prima werkt) voor CO₂

1)  tekenen structuurformule van CO₂ dus O=C=O

2) maak lewisformule / elektronenformule af door ontbrekende 'streepjes' te zetten

De eerste uitgebreide methode werkt altijd maar kost veel tijd en er is vast wel een voorbeeld te bedenken waarbij de tweede methode niet/minder goed werkt maar deze gaat wel véééééééél sneller

1. Noteer het totaal aantal valentie elektronen van alle atomen en het aantal gewenste elektronen (tabel). Delen door 2 geeft het aantal paren. Het aantal gewenste paren minus het aantal aanwezige paren is het aantal gedeelde bindingen tussen atomen.

2. Vind het minst elektronegatieve atoom; teken deze het in het midden. Zet de andere atomen er omheen en verbindt met een enkele binding (= 2 elektronen). H komt altijd aan de buitenkant H kan maar één binding aangaan.

3. Maak de octetten compleet door de overige elektronenparen te tekenen, begin bij de meest elektronegatieve.

4. Atomen met incomplete octetten kunnen worden aangevuld door elektronenparen te delen (dus: extra binding tussen 2 atomen), check of dit klopt met het aantal gedeelde elektronen paren (tabel)

Stappenplan; de echte manier (die altijd werkt)

voorbeeld 1: H₂O

(1) waterstof heeft 1 valentie-elektron, er zijn 2 H's

zuurstof heeft 6 valentie-elektronen

samen zijn er 2+6 = 8 elektronen beschikbaar

dat zijn 8/2 = 4 elektronen paren beschikbaar

(2) waterstof wil graag 2 elektronen in de buitenste schil

zuurstof wil graag 8 elektronen in de buitenste schil (octet regel!)

gewenst zijn (2*2 = 4)  + 8 = 12 elektronen

dat zijn 12/2 = 6 elektronen paren gewenst 

Er moeten dus 6 - 4 = 2 elektronenparen gedeeld worden, dat zijn de atoombindingen

tabel maken en tekenen H₂O

dan tekenen:

dan de overige (=2) elektronenparen verdelen:

checken: nu zijn er 4 elektronenparen, elk atoom heeft zijn gewenste aantal elektronen in de buitenste schil (door te delen!)

Dit is de Lewis structuur voor H₂O!

	beschikbaar	gewenst
2 x H	2	4
O	6	8
totaal	8	12
paren	8/2=4	12/2=6
		6-4 = 2 gedeeld

tip

gewenst betekent: hoeveel elektronen 'wil' een atoom zodat het aan de edelgasconfiguratie voldoet? Dat zijn er 2 voor H, en voor alle anderen zijn dat er 8 (octetregel)

we gaan er eentje samen doen: CO₂

stap (1) neem deze tabel over in je schrift, vul alles in voor CO2

	e- beschikbaar	e- gewenst
C
2 x O
totaal
paren
gedeeld?	xxxxxxxx

we gaan er eentje samen doen: CO₂

stap (1) neem deze tabel over in je schrift, vul alles in voor CO2

	e- beschikbaar	e- gewenst
C	4	8
2 x O	2x6 = 12	2x8 = 16
totaal	4+12 = 16	8+16 = 24
paren	16/2 = 8	24/2 = 12
gedeeld?	xxxxxxxx	12-8 = 4 bindingen

na stap (1) tekenen, in stapjes

(2)  tekenen, de minst E-negatieve in midden

(3) tekenen, de meest E-negatieve eerst octet 'geven'

(4) octetten compleet maken

C komt 4 elektronen te kort, (2 paren), dit kan gefixed worden door ze te delen met een elektronenpaar met een zuurstof atoom (2x, want 2 O-atomen). Deze verschuiven dus naar c=o.

Lewis structuur

streepjes of stipjes?

je mag voor vrije elektronenparen streepjes of twee stipjes gebruiken in een Lewis structuur. Een binding (gedeeld elektronenpaar) is een streepje.

later: lading en 3D structuur

met de Lewis structuren kunnen we details in molecuulstructuren zoals (dubbele) bindingen en de elektronenverdeling beredeneren.

Later leren we wat voor effect dit heeft op de molecuulbouw (lineair? gebogen?) en de formele lading (waar zit de lading eigenlijk?).

nog wat hulp nodig? 

Filmpjes over opstellen Lewis structuren voor 5V:

Scheikunde lessen: https://www.youtube.com/watch?v=v0BWyb9Mgtg

Scheikundehulp: https://youtu.be/cvdOq7OxT_s

Lewis structuren oefenen

zuurstof: O₂

methanal: CH₂O

hydrazine: N₂H₄

methylethanoaat: CH₃OOCCH₃

1. Noteer het totaal aantal valentie elektronen van alle atomen en het aantal gewenste elektronen (tabel). Delen door 2 geeft het aantal paren. Het aantal gewenste paren minus het aantal aanwezige paren is het aantal gedeelde bindingen tussen atomen: 

gewenste paren - aanwezige paren= aantal gedeelde bindingen

2. Vind het minst elektronegatieve atoom; teken deze het in het midden. Zet de andere atomen er omheen en verbindt met een enkele binding (= 2 elektronen). H komt altijd aan de buitenkant H kan maar één binding aangaan.

3. Maak de octetten compleet door de overige elektronenparen te tekenen, begin bij de meest elektronegatieve.

4. Atomen met incomplete octetten kunnen worden aangevuld door elektronenparen te delen (dus: extra binding tussen 2 atomen), check of dit klopt met het aantal gedeelde elektronen paren (tabel)

stappenplan methode (officieel hoe het hoort)

hulpmiddel

hulpmiddel: tabel invullen

@stap (1) neem deze tabel over in je schrift, vul alles in voor de gevraagde stof

	e- beschikbaar	e- gewenst
totaal
paren
gedeeld?	xxxxxxxx

hulpmiddel

Lewis structuren van enkele atomen

hulpmiddel

periodiek systeem van elektronegativiteit: 

hoge 'toren' = grote elektronegativiteit

hulpmiddel

bespreking/uitleg

zuurstof: O₂

methanal: CH₂O

hydrazine: N₂H₄

methylethanoaat: CH₃OOCCH₃

Lewis structuur van ionen en formele lading

ionen:

Lewis structuren tekenen van geladen deeltjes, die door lading WEL aan octet-regel voldoen is dus hetzelfde als bij andere deeltjes, vergeet niet de (extra of missende) elektronen mee te rekenen.

formele lading:

door het verdelen van de elektronen krijgt elke atoom een 'plaatselijke' lading, de formele lading. 

De juiste/beste Lewis structuur heeft de minste formele lading.

wat is de formule van carbonaat?

1. CO₂²‾
2. CO₃²‾
3. CO₂‾
4. CO₃‾

Opstellen Lewis structuur met formele ladingen van CO₃²‾

1)structuurformule
          1                                             2                                                  3

        

2) Lewisformule (octetregel)

3) Plaats ladingen door tellen van electronen

formele lading

• tel het aantal elektronen dat rondom het atoom zit
• vergelijk met het 'reguliere/standaard' aantal uit Binas 99
• verschil? dat is de formele lading op dat atoom

'standaard': valentie = 7

extra elektron: 8 elektronen - 7 = 1, dus formele lading op dit atoom 1-

 voorbeeld chloride-ion

+ of -

méér elektronen dan normaal: overschot dus min-lading

minder elektronen dan normaal: tekort dus plus-lading

formele lading CO₃²‾

	valentie	gewenst
C	4	8
3xO	3x6=18	3x8=24
e-	2
tot	22+2=24	32

7-6 = 1 (min-lading)

7-6 = 1 

6-6 = 0 (geen lading)

4-4 = 0

om zelf na te kijken: 

video lewis CO₃²‾ met formele ladingen (engels)

wat is de formule van nitriet?

1. NO₂²‾
2. NO₃²‾
3. NO₂‾
4. NO₃‾

teken nu zelf
de Lewis structuur van NO₂‾
Geef aan op welk atoom de lading zit

antwoord: Lewis structuur van NO₂‾ (snelle manier)

1) 1 N met 2 O ==> 1 O krijgt 1 binding en 1 O 2 bindingen
2) Lewis-formule afmaken (4 paren op elk atoom)
3) elektronen tellen en formele lading noteren
         op juiste plek

antwoord: Lewis structuur van NO₂‾ (officiële manier)

atoom	e rondom	e valentie	verschil?
O	7	6	1 (min)
N	5	5	0
O	6	6	0

formele lading?

hulp nodig? 

Filmpjes over opstellen Lewis structuren voor 5V:

Scheikunde lessen: https://www.youtube.com/watch?v=v0BWyb9Mgtg

Scheikundehulp: https://youtu.be/cvdOq7OxT_s

Opstellen Lewis structuur met formele ladingen van CO₃²‾

1)structuurformule
          1                                             2                                                  3

        

2) Lewisformule (octetregel)

3) Plaats ladingen door tellen van electronen

Opstellen mesomere grensstructuur (een lewisstructuur) met formele ladingen van CO₃²‾

1) laat een vrij e-paar 1 plek verspringen. 
          1                                             2                                                  3

        

2) check of een atoom dan de juiste covalentie heeft; zo niet (te veel) laat dan een e-paar van een binding 1 plek verspringen waardoor covalentie weer klopt en noteer formele ladingen.

3) kijk of je stap 4 en 5 herhaald kunnen worden

Teken twee grensstructuren van SO₂
waarbij de S géén uitgebreid octet (dus niet meer dan 4 e-paren) heeft, maar wél formele lading '1+'

Het antwoord

formele lading op S: 5 elektronen terwijl valentie = 6, dus 1 e- tekort, = lading 1+.

3 mesomere grensstructuren: zeer stabiele structuur

Wat is er niet logisch aan deze Lewis structuur
30 sec

1. Het totaal aantal valentie-elektronen
2. de O-atomen voldoen niet aan de octetregel
3. niets, alles klopt.
4. De formele ladingen zijn te groot (niet logisch 2+ en 4*-1)

Wat is de formele lading van P in dit molecuul?

1. -1
2. 0
3. +1
4. -2

Wat is de formele lading van O in dit deeltje?

1. -1
2. 0
3. +1
4. -2

Welke grensstructuur is het meest logisch?
(denk aan octet-regel/covalentie, etc)

1. de eerste
2. de tweede
3. de derde
4. maakt niet uit

8.1 Lewisstructuren

Kan je een lewisformule opstellen met formele ladingen

0100

Kan je mesomere grensstructuren tekenen en stabiliteit uitleggen?

0100

8.2: Omringingsgetal en dipoolmolecuul

8.2 ruimtelijke bouw van moleculen

dus ruimtelijke vorm CO2 = lineair en ruimtelijke vorm NH3 = tetraeder

omringingsgetal C = 2

omringingsgetal O = 3

omringingsgetal N = 4

Hoe bepaal je de ruimtelijke bouw van een molecuul?

stap 1  Teken de Lewisstructuur

stap 2  Bepaal het omringingsgetal van elk atoom
= aantal 'buren' =
'atomen aan bindingen die je ziet in de structuurformule + vrije e-paren

                                       - één (vrij) elektronenpaar = 1 plek

                                       - een binding of (drie)dubbele binding = 1 plek

Molecuul ruimtelijk weergeven

stappen

• uit de Lewisstructuur het omringingsgetal van een atoom bepalen
• ruimtelijke notatie gebruiken voor binding die uit het vlak naar voren komen of in het vlak naar achteren verdwijnen
  
• in vlak                   naar voren      en naar achteren =  

Molecuul ruimtelijk weergeven

Succescriteria:

• uit de Lewisstructuur het omringingsgetal van een atoom bepalen
• bijbehorende bindingshoek tekenen
• ruimtelijke notatie gebruiken voor binding die uit het vlak naar voren komen of in het vlak naar achteren verdwijnen
  
• in vlak = / of -  naar voren =      en naar achteren  

Wat is het omringingsgetal van N in NH3
20 sec

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Wat is het omringingsgetal van zuurstof in H2O?
20 sec

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Wat is het omringingsgetal van C in H2CO?
20 sec

1. 1
2. 2
3. 3
4. 4

Leerdoel 3 

Bepalen of het molecuul een dipoolmolecuul is

Succescriteria:

• met elektronegativiteit bepalen of er polaire atoombinding aanwezig is, zo ja:
  
• met Lewisstructuur en VSEPR model ruimtelijke bouw bepalen
  
• onderzoeken of ladingen elkaar opheffen (symmetrie), zo nee:
  
• in het dipoolmolecuul de partiële ladingsverdeling aangeven.
  

Een molecuul is een dipool als

• er polaire atoombindingen aanwezig zijn,
  
• het zwaartepunt van de delta- ladingen niet samenvalt met het zwaartepunt van de delta + ladingen (geen symmetrie).
  

Dipoolmoment (Binas T.55)

• een dipoolmolecuul (geen volledige symmetrie) heeft een dipoolmoment groter dan nul
• moleculen die wel polaire atoombindingen hebben, maar volledig symmetrisch zijn en dus geen dipoolmolecuul zijn,
  hebben een dipoolmoment = 0
• Het opzoeken van het dipoolmoment kan je dus helpen bij het bepalen van de ruimtelijke bouw van een molecuul

Is dit een dipoolmolecuul?
30 sec

1. Ja, links en rechts gelijk maar onder en boven niet ==>asymmetrisch
2. Nee, links en rechts gelijk
3. Geen idee

Wat is de vorm van dit molecuul? (30s)

1. rechte lijn, omringingsgetal 2 ==> symmetrisch; geen dipool
2. platte driehoek, omringingsgetal 3 ==> asymmetrisch; dipool
3. platte driehoek, omringingsgetal 4
4. tetraëder, omringingsgetal 4

Teken twee grensstructuren van SO₂
waarbij de S géén uitgebreid octet heeft,
maar wél formele lading '1+'

Het antwoord

formele lading op S: 5 elektronen terwijl valentie = 6, dus 1 e- tekort, = lading 1+.

3 mesomere grensstructuren: zeer stabiele structuur

Welke ruimtelijke structuur heeft een etheenmolecuul rondom beide C-atomen?
30 sec

1. lineair, want 1 dubbele binding
2. platte driehoek want 3 buren (dus in 1 vlak)
3. tetraëdrisch, want 4 bindingen
4. dat verschilt per C-atoom

Welke ruimtelijke structuur heeft een ethynmolecuul rondom beide C-atomen?
20 sec

1. lineair want 2 buren
2. plat vlak want drievoudige binding
3. tetraëdrisch want 4 bindingen
4. dat verschilt per C-atoom

Wat is er ook al weer niet logisch aan deze Lewis structuur
30 sec

1. Het totaal aantal valentie-elektronen
2. de O-atomen voldoen niet aan de octetregel
3. niets, alles klopt.
4. De formele ladingen zijn te groot

het omringingsgetal van
het centrale N-atoom
in dit molecuul is:

1. 1 (1 vrij e-paar)
2. 2
3. 3 (3 atomen)
4. 4 (1 vrij e-paar en 3 atomen)

Het omringingsgetal
van P in dit molecuul is ...
en de 3D-vorm (geometrie)
is daarom een ...

1. omringingsgetal = 3 bouw = vlakke driehoek
2. omringingsgetal = 4 bouw = vlakke driehoek
3. omringingsgetal = 3 bouw = tetraeder
4. omringingsgetal = 4 bouw = tetraeder

Is waterstofchloride
een dipoolmolecuul? ?

1. Ja, want 0,4 < dEN < 1,7 en centrum d+ en d- liggen niet op elkaar
2. Nee, d+ en d- heffen elkaar op
3. Ja, want 0,4 < dEN < 1,7

Is CCl4 een
een dipoolmolecuul? ?

1. Ja, want 0,4 < dEN < 1,7 en centrum d+ en d- liggen niet op elkaar
2. Nee, d+ en d- heffen elkaar op
3. Ja, want 0,4 < dEN < 1,7
4. Nee, want 0,4 < dEN < 1,7 maar centrum d+ en d- liggen op elkaar

Heeft zwaveldioxide een dipoolmoment

1. Ja, vanwege rechte structuur
2. Nee, vanwege de rechte structuur
3. Ja, vanwege de niet volledig symmetrische niet-rechte structuur
4. Nee, vanwege de niet volledig symmetrische niet-rechte structuur

Een stof die uit dipool-moleculen bestaat noemen we:

1. Polair
2. Apolair
3. Dipool-Dipool interactie
4. Geen specifieke naam

Heeft het acetaat-ion een dipoolmoment?

1. Nee, geen polaire atoombindingen
2. Nee, 'delta +' en 'delta - ' vallen samen
3. Nee, het is een platte driehoek
4. Ja, het is een ion en 'delta +' en 'delta - ' vallen NIET samen.

Teken de ruimtelijke bouw van de volgende moleculen en geef aan welke van de moleculen een dipoolmoment hebben en dus dipoolmoleculen zijn. (meerdere antwoorden mogelijk)

1. chloormethaan
2. dichloormethaan
3. trichloormethaan
4. tetrachloormethaan

Teken de ruimtelijke bouw van de volgende moleculen en geef aan welke van de moleculen een dipoolmoment hebben en dus dipoolmoleculen zijn.
(meerdere antwoorden mogelijk)

1. chloormethaan
2. dichloormethaan
3. trichloormethaan
4. tetrachloormethaan

8.2 ruimtelijke bouw van moleculen

check of je de leerdoelen beheerst

beheers je het voorspellen van de ruimtelijke bouw (VSEPR methode)

0100

kan je uitleggen of een molecuul een dipoolmolecuul is

0100