EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungmodell)
Wodurch wird die räumliche Anordnung eines Moleküls bestimmt? Die Antwort liefert dir das EPA-Modell aus der Chemie. Was das ist und wie du das anwendest, erfährst du hier !
Inhaltsübersicht
EPA-Modell einfach erklärt
Das Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) oder auch VSEPR-Modell genannt, ist ein Modell aus der Chemie, mit dem du den räumlichen Bau von Molekülen vorhersagen und konstruieren kannst.
Das Elektronenpaarabstoßungsmodell beschreibt die räumliche Anordnung eines Moleküls. Das ist auf die negativ geladenen Elektronenpaare zurückzuführen, die sich voneinander abstoßen. Deswegen bestreben sie eine Anordnung, bei der sie den größtmöglichen Abstand voneinander haben.
Allgemein musst du aber beachten, dass das EPA-Modell nur auf kovalente Verbindungen, bei der sich Atome Elektronenpaare teilen, anwendbar ist. Auf Ionen-Verbindungen kannst du es gar nicht anwenden und auf Komplexverbindungen nur sehr eingeschränkt. 
EPA-Modell Regeln
Um die räumliche Struktur eines Moleküls vorauszusagen, musst du zunächst einige Regeln des Elektronenpaarabstoßungsmodells beachten:
- Das Zentralatom ist an zwei oder mehrere Atome gebunden.
- Du betrachtest alle Elektronen der Valenzschale: nicht-bindende (= freie) sowie bindende Elektronenpaare!
- Negativ geladene Elektronenpaare und Atomhüllen ordnen sich mit größtmöglichem Abstand voneinander an. Damit weichen sie der gegenseitigen Abstoßung aus.
- Für jede Anzahl an gebundenen Elektronenpaaren am Zentralatom gibt es eine ideale Geometrie, die energetisch am günstigsten ist.
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Abweichungen von der idealen Geometrie kannst du zurückführen auf:
- Freie Elektronenpaare: Brauchen mehr Platz als gebundene Elektronenpaare.
- Mehrfachbindungen: Brauchen mehr Platz als Einfachbindungen.
- Elektronegativität der am Zentralatom gebundenen Atome: Je elektronegativer die Atome sind, desto weniger Platz brauchen die bindenden Elektronenpaare.
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EPA-Modell Beispiel Wasser
Der Einstieg in die praktische Anwendung des EPA-Modells gelingt mit einer Erklärung am Wassermolekül : Es besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Dabei sind die einzelnen Atome räumlich so zueinander ausgerichtet, dass die Atome und die Elektronenpaare den größtmöglichen Abstand zueinander haben. Die sich ergebende Form des Wassermoleküls ist dann energetisch am günstigsten. Das H2O-Molekül sieht so aus:
Das Wassermolekül besitzt jeweils zwei bindende und zwei nicht-bindende Elektronenpaare. Um den größtmöglichen Abstand voneinander zu erreichen, bildet sich eine gewinkelte Form. Du nennst die für das H2O-Molekül typische Form mitsamt der freien Elektronenpaare auch Tetraeder.
Gut zu wissen: Die räumliche Struktur von Molekülen ist von großer Bedeutung für ihre chemische Reaktivität und ihre physikalischen Eigenschaften. So ergibt sich aus der gewinkelten Molekülstruktur des Wassers beispielsweise sein Dipolcharakter .
Mit dem EPA-Modell erklärst du dir die Molekülgeometrie also ganz einfach. Doch wie gehst du nun vor, wenn du die Geometrie eines Moleküls selbst voraussagen willst? Das zeigen wir dir jetzt!
Ideale Geometrie
Wie die ideale Geometrie von Molekülen aussieht, hängt davon ab, wie viele Substituenten sich um das Zentralatom befinden. Du kannst die ideale Molekülstruktur deiner Verbindung aber nur voraussagen, wenn alle Substituenten einer Art und keine Mehrfachbindungen enthalten sind.
Merke: Ideale Raumstruktur meint die energetisch günstigste Struktur für ein Molekül, bei der sich keine Elektronenpaare voneinander abstoßen.
Elektronenpaarabstoßungsmodell Vorgehensweise
Das Vorgehen beim Elektronenpaarabstoßungsmodell für Moleküle mit einem Zentralatom lässt sich in 5 Schritten beschreiben. Dazu stellst du dir die folgenden Fragen:
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Um welchen Bindungstyp handelt es sich?
Zuerst überprüfst du, ob es sich bei deiner Verbindung tatsächlich um einen kovalenten Bindungstyp handelt. -
Wie sieht die Valenzstrichformel aus?
In diesem Schritt stellst du die Valenzstrichformel des Moleküls auf. Achte darauf, dass du alle Elektronenpaare einzeichnest! -
Wie viele Atome und freie Elektronenpaare gibt es?
Du bestimmst nun die Anzahl der gebundenen Atome (B) und der freien Elektronenpaare (E) des Zentralatoms. -
Wie ist die ideale Geometrie?
Aus der Summe von B und E ermittelst du den Molekültyp sowie die ideale Raumstruktur. -
Gibt es Besonderheiten?
Zum Schluss schätzt du ab, ob eine Abweichung der idealen Struktur vorliegen könnte.
Elektronenpaarabstoßungsmodell Beispiele
Anhand von mehreren Beispielen kannst du üben, wie du das Elektronenpaarabstoßungsmodell anwendest.
Beispiel 1: Methan (CH4)
Die ideale Raumstruktur des Methan-Moleküls findest du ganz einfach heraus, indem du Schritt für Schritt alle Fragen durchgehst. Ganz am Ende überlegst du dir, wie das Molekül nun wirklich aussehen könnte.
Welcher Bindungstyp ?
Kovalente Bindung
Wie sieht die Valenzstrichformel aus?
Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
5 Atome, keine freien Elektronenpaare, 4 bindende Elektronenpaare
Wie ist die ideale Geometrie?
Tetraedrisch
Gibt es Besonderheiten?
Nein, es gibt weder freie Elektronenpaare noch Mehrfachbindungen oder besonders elektronegative Atome.
Beispiel 2: Schwefeldioxid (SO2)
Auch Schwefeldioxid sieht auf den ersten Blick vielleicht etwas komplizierter aus als es ist. Schauen wir uns das doch genauer an:
Welcher Bindungstyp?
Kovalente Bindung
Wie sieht die Valenzstrichformel aus?
Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
3 Atome, 5 freie Elektronenpaare, 4 bindende Elektronenpaare
Wie ist die ideale Geometrie?
Gewinkelt: Bindungswinkel beträgt 119,5°.
Gibt es Besonderheiten?
Ja, die Elektronenpaare der Doppelbindungen brauchen mehr Abstand zum freien Elektronenpaar des Schwefelatoms. Auch platzieren sich die freien Elektronenpaare des Sauerstoffs mit größtmöglichem Abstand im Molekül.
Beispiel 3: Bortrifluorid
Als ein weiteres Beispiel eignet sich Bortrifluorid. Klingt schwierig? Mit den richtigen Überlegungen löst du auch die Struktur ganz schnell!
Welcher Bindungstyp?
Kovalente Bindung
Wie sieht die Valenzstrichformel aus?
Wie viele Atome, freie und bindende Elektronenpaare?
4 Atome, 9 freie Elektronenpaare, 3 bindende Elektronenpaare
Wie ist die ideale Geometrie?
Trigonal-planar
Gibt es Besonderheiten?
Ja, das Molekül enthält 9 freie Elektronenpaare. In einer planaren (flachen) Struktur erreichen sie größtmöglichen Abstand zueinander.
EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungmodell) — häufigste Fragen
(ausklappen)
EPA-Modell (Elektronenpaarabstoßungmodell) — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Wie erkenne ich, ob ein Atom im Molekül überhaupt ein freies Elektronenpaar hat, wenn ich nur die Summenformel sehe?Nur aus der Summenformel kannst du freie Elektronenpaare nicht sicher erkennen. Dafür brauchst du mindestens eine Lewis-Struktur aus der Valenzelektronenzahl und typischen Bindigkeiten. Als grobe Hilfe gilt: Halogene haben oft 3 freie Paare, Sauerstoff meist 2 und Stickstoff meist 1.
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Wie unterscheide ich beim EPA-Modell zwischen Elektronenpaargeometrie und Molekülgeometrie, wenn freie Elektronenpaare dabei sind?Die Elektronenpaargeometrie zählt alle Elektronendomänen am Zentralatom, die Molekülgeometrie nur die Atompositionen. Freie Elektronenpaare beeinflussen die Anordnung, werden aber bei der Formbenennung „weggelassen“. Beispiel: NH₃ hat tetraedrische Elektronenpaargeometrie, aber trigonal-pyramidale Molekülgeometrie.
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Warum werden die Bindungswinkel kleiner, wenn am Zentralatom freie Elektronenpaare sitzen?Bindungswinkel werden kleiner, weil freie Elektronenpaare stärker abstoßen als bindende Elektronenpaare. Das liegt daran, dass freie Paare näher am Zentralatom sitzen und mehr Raum einnehmen. Beispiel: In H₂O drücken zwei freie Paare die O–H-Bindungen enger zusammen als in CH₄.
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Wie gehe ich mit Resonanzstrukturen um, wenn ich mit dem EPA-Modell die Form vorhersagen will?Bei Resonanz (Mesomerie, delokalisierte π-Elektronen) nutzt du für das EPA-Modell das Elektronendomänen-Zählen, nicht eine einzelne „fixe“ Struktur. Zähle σ-Bindungsbereiche und freie Paare am Zentralatom, Mehrfachbindungen zählen als eine Domäne. Beispiel: NO₃⁻ bleibt trigonal-planar, trotz mehrerer Grenzstrukturen.
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Welche Moleküle liefern mit dem EPA-Modell oft die falsche Vorhersage, weil die Bindungen nicht „normal“ lokalisiert sind?Oft problematisch sind Elektronenmangel- und delokalisierte Systeme, weil Bindungen dort nicht als einzelne Elektronenpaare lokalisierbar sind. Typische Beispiele sind Borane wie B₂H₆ (Drei-Zentren-Zwei-Elektronen-Bindungen) und aromatische Ringe wie Benzol, wo π-Elektronen über mehrere Atome verteilt sind.
Atome
Super! Mit Molekülstrukturen kennst du dich nun bestens aus. Doch wie sieht’s mit Atomen aus? Falls du eine Auffrischung deines Wissens benötigst, schau gerne hier vorbei!
