H2O weist eine gebogene Molekülgeometrie mit einem Bindungswinkel von 104.5° auf, der aufgrund der Abstoßung zwischen freien Elektronenpaaren und Bindungspaaren gemäß der VSEPR-Theorie vom idealen Tetraederwinkel abweicht. Seine Struktur, die durch die sp^3-Hybridisierung des Sauerstoffatoms bestimmt wird, beherbergt zwei freie Elektronenpaare und zwei Bindungspaare, was zu einer deutlichen Verringerung des Bindungswinkels gegenüber dem Tetraeder von 2° führt, um die Elektronenpaarabstoßung zu minimieren.
Molekulare Geometrie und Bindungswinkel von H2O
Geometrie
Die Molekülgeometrie von H2O ist gebogen oder V-förmig. Dies liegt daran, dass das zentrale Sauerstoffatom von zwei Wasserstoffatomen und zwei freien Elektronenpaaren umgeben ist. Das Vorhandensein dieser freien Elektronenpaare führt zu einer Abstoßung zwischen den Elektronenpaaren, was zu einer gebogenen Form führt.
Bindungswinkel
Der Bindungswinkel in H2O beträgt etwa 104.5 Grad. Dieser Winkel ist kleiner als der ideale Tetraederwinkel von 109.5 Grad, da am Sauerstoffatom freie Elektronenpaare vorhanden sind. Die freien Elektronenpaare üben eine stärkere Abstoßung auf die Bindungspaare aus, wodurch die Wasserstoffatome enger zusammengedrückt werden und sich ein kleinerer Bindungswinkel ergibt.
Beitrag von Anleihen und Einzelpaaren
Die Art und Anzahl der Bindungen sowie das Vorhandensein oder Fehlen freier Elektronenpaare am Zentralatom tragen zur Gesamtform des Moleküls bei. Im Fall von H2O:
- Das Sauerstoffatom bildet mit den beiden Wasserstoffatomen zwei Einfachbindungen, was zu einer linearen Form führt, wenn es keine freien Elektronenpaare gäbe. Allerdings verzerrt das Vorhandensein von zwei freien Elektronenpaaren am Sauerstoffatom die Form zu einer gebogenen oder V-förmigen Geometrie.
- Die freien Elektronenpaare am Sauerstoffatom stoßen die Bindungspaare ab, wodurch die Wasserstoffatome näher zusammenrücken und sich ein kleinerer Bindungswinkel ergibt.
Die folgende Tabelle fasst die Beiträge von Bindungen und freien Elektronenpaaren zur Molekülgeometrie und den Bindungswinkeln von H2O zusammen:
| Zentrales Atom | Art und Anzahl der Anleihen | Anwesenheit von Einzelpaaren | Molekulargeometrie | Bindungswinkel |
|---|---|---|---|---|
| Sauerstoff (O) | Zwei Einfachbindungen | Zwei einsame Paare | Gebogen oder V-förmig | 104.5° |
Hinweis: Freie Elektronenpaare werden durch nichtbindende Elektronenpaare am Zentralatom dargestellt.
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