Aufgaben: Molekülgeometrie mit dem EPA-Modell

Das Elektronenpaarabstoßungsmodell (EPA-Modell) erklärt die räumliche Anordnung von Atomen in Molekülen.

1. a) Formulieren Sie die Grundannahme des EPA-Modells.
2. b) Geben Sie die Molekülgeometrie und den ungefähren Bindungswinkel für Methan $\mathrm{CH_4}$ an.
3. c) Geben Sie die Geometrie von Wasser $\mathrm{H_2O}$ an und begründen Sie den Unterschied zu Methan.

Betrachten Sie Ethen $\mathrm{H_2C{=}CH_2}$.

1. a) Zählen Sie, wie viele Bindungspartner (Atome) und wie viele Doppelbindungen jedes Kohlenstoffatom hat.
2. b) Geben Sie nach dem EPA-Modell die Geometrie um ein C-Atom und den ungefähren Bindungswinkel an.
3. c) Begründen Sie, warum eine Doppelbindung als eine Raumrichtung zählt.

Betrachten Sie Methanol $\mathrm{CH_3OH}$.

1. a) Geben Sie die Geometrie um das C-Atom an.
2. b) Geben Sie die Geometrie um das O-Atom an (bindende und freie Elektronenpaare berücksichtigen).
3. c) Begründen Sie, warum der Winkel $\angle(\mathrm{C{-}O{-}H})$ kleiner als $109{,}5^\circ$ ist.

Ethanal $\mathrm{CH_3{-}CHO}$ besitzt zwei unterschiedliche Kohlenstoffatome.

1. a) Geben Sie für beide C-Atome die Geometrie und die ungefähren Bindungswinkel an.
2. b) Begründen Sie mit dem EPA-Modell, warum der Winkel $\angle(\mathrm{H{-}C{=}O})$ etwa $120^\circ$ beträgt.
3. c) Erklären Sie, ob das Molekül polar ist.

Ethansäure (Essigsäure) $\mathrm{CH_3COOH}$.

1. a) Zeichnen Sie die Valenzstrichformel mit allen freien Elektronenpaaren.
2. b) Bestimmen Sie die Geometrie am Carboxy-Kohlenstoffatom, am Hydroxy-Sauerstoff und an der Methylgruppe.
3. c) Begründen Sie, warum die Carboxygruppe weitgehend planar ist.

Vergleichen Sie Methanol, Methanal und Methansäure.

1. a) Geben Sie für jedes Molekül die Geometrie am Kohlenstoffatom an.
2. b) Erläutern Sie, wie sich die Bindungswinkel unterscheiden und warum.
3. c) Beurteilen Sie, ob eines dieser Moleküle unpolar ist.

Dimethylether $\mathrm{CH_3{-}O{-}CH_3}$ und Ethanol $\mathrm{C_2H_5OH}$ sind Konstitutionsisomere.

1. a) Bestimmen Sie die Geometrie am O-Atom beider Moleküle nach dem EPA-Modell.
2. b) Sagen Sie voraus, ob beide Moleküle Dipole sind, und begründen Sie mit der Molekülgeometrie.
3. c) Erklären Sie, warum der Winkel $\angle(\mathrm{C{-}O{-}C})$ in Dimethylether etwas größer als in Wasser ist, obwohl beide Moleküle gewinkelt sind.

In Propanon $\mathrm{CH_3{-}CO{-}CH_3}$ und Propanal $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}CHO}$ liegen jeweils Carbonylgruppen vor.

1. a) Zeichnen Sie beide Strukturen und markieren Sie das Carbonyl-C-Atom.
2. b) Leiten Sie aus dem EPA-Modell die Anordnung der Atome um das Carbonyl-C-Atom ab.
3. c) Begründen Sie, warum an einer Doppelbindung keine freie Drehbarkeit besteht, und folgern Sie, ob bei 2-Buten Stereoisomerie möglich ist.

Ein Modell für Butan-2-ol soll gebaut werden.

1. a) Geben Sie die Geometrie an jedem Nicht-Wasserstoff-Atom an (C1 bis C4, O).
2. b) Begründen Sie, warum C2 ein Stereozentrum ist, und beschreiben Sie, wodurch sich die beiden Spiegelbild-Moleküle unterscheiden.
3. c) Erläutern Sie, warum ein flaches Zeichenmodell die tatsächliche Molekülstruktur nicht vollständig wiedergibt.