Hoe maak ik een structuurformule?

Een structuurformule is een visuele weergave van hoe atomen in een molecuul met elkaar verbonden zijn. Het maken ervan volgt een aantal stappen:

Stap 1: Bepaal de covalentie van elk atoom De covalentie is het aantal atoombindingen dat een atoom kan aangaan om een stabiele elektronenconfiguratie te bereiken. Atomen streven ernaar om een volle buitenste schil te hebben, meestal met acht valentie-elektronen (de octetregel), behalve waterstof (H) en helium (He) die streven naar twee valentie-elektronen.

Je kunt de covalentie afleiden door het aantal valentie-elektronen te bepalen:

• Valentie-elektronen: Deze vind je door te kijken naar de groep waarin een element staat in het periodiek systeem (voor hoofdgroepen). Bijvoorbeeld, zuurstof (O) staat in groep 16 en heeft 6 valentie-elektronen.
• Covalentie berekenen: Een atoom zal zoveel bindingen aangaan als nodig is om aan de octetregel te voldoen. Zuurstof heeft 6 valentie-elektronen en wil er 8, dus het heeft er nog 2 nodig. De covalentie van zuurstof is daarom 2.

Hier is een overzicht van veelvoorkomende covalenties:

Covalentie per hoofdgroep:

• Groep 1 (Alkalimetalen, inclusief waterstof): Covalentie 1. Waterstof wil 2 valentie-elektronen, de rest 8. Ze gaan 1 binding aan.
• Groep 13: Covalentie 3. Ze hebben 3 valentie-elektronen en willen er 8.
• Groep 14: Covalentie 4. Ze hebben 4 valentie-elektronen en willen er 8. Denk aan koolstof (C).
• Groep 15: Covalentie 3. Ze hebben 5 valentie-elektronen en willen er 8. Denk aan stikstof (N).
• Groep 16: Covalentie 2. Ze hebben 6 valentie-elektronen en willen er 8. Denk aan zuurstof (O).
• Groep 17 (Halogenen): Covalentie 1. Ze hebben 7 valentie-elektronen en willen er 8. Denk aan fluor (F) en chloor (Cl).
• Groep 18 (Edelgassen): Covalentie 0. Deze atomen hebben al een stabiele elektronenconfiguratie.

Voor overgangsmetalen (groepen 3 t/m 12) is het bepalen van de covalentie complexer, omdat zij vaak meerdere covalenties kunnen hebben.

Stap 2: Bepaal het centrale atoom Het centrale atoom is meestal het atoom dat de meeste bindingen kan vormen (de hoogste covalentie) en vaak het minst voorkomt in de molecuulformule.

• Voorbeeld water ($H_2O$): Zuurstof (O) heeft covalentie 2, waterstof (H) heeft covalentie 1. Zuurstof kan de meeste bindingen vormen, dus zuurstof is het centrale atoom.

Stap 3: Teken de atoombindingen In een structuurformule stellen we een atoombinding voor met een streepje. Dit streepje staat voor twee gedeelde elektronen.

• Voorbeeld water ($H_2O$): Plaats het centrale zuurstofatoom (O) in het midden. Zuurstof wil 2 bindingen aangaan. Er zijn twee waterstofatomen (H), en elk waterstofatoom wil 1 binding aangaan. Je tekent dus twee streepjes vanuit het zuurstofatoom, elk naar een waterstofatoom:

    H
    |
  H—O
  

  Elk atoom voldoet nu aan zijn covalentie: O heeft 2 bindingen, en elk H heeft 1 binding.

Aanvullende informatie:

• Indexen in molecuulformules: De kleine getallen achter een atoom in een molecuulformule (bijvoorbeeld de '2' in $CO_2$) geven aan hoeveel atomen van die soort er in één molecuul zitten. In $CO_2$ is er één koolstofatoom en twee zuurstofatomen. In ethanol ($C_2H_5OH$) zijn er twee koolstofatomen, zes waterstofatomen (5 aan de koolstofketen en 1 aan de zuurstof), en één zuurstofatoom.
• Ethanol ($C_2H_5OH$): Dit is de meest bekende alcohol. De $OH$-groep is kenmerkend voor alcoholen. De structuurformule van ethanol ziet er als volgt uit:

      H   H
      |   |
    H—C—C—O—H
      |   |
      H   H
  

  Hier zie je dat elk koolstofatoom 4 bindingen heeft, elk zuurstofatoom 2 bindingen en elk waterstofatoom 1 binding.