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Formalladungs- und Hybridisierungsrechner
Kurz gesagt: Gib ein Molekül oder Ion ein und erhalte die Formalladung jedes Atoms, berechnet als FL = V − N − B/2, dazu freie Elektronenpaare, sterische Zahl, Hybridisierung (sp, sp², sp³, sp³d, sp³d²), Elektronengeometrie, Molekülgeometrie und ungefähren Bindungswinkel. Kostenlos, läuft im Webbrowser und braucht keinen Download.
Füge einen SMILES-String ein, gib eine Formel wie NO3- oder SO4^2- ein oder wähle ein Beispiel. Für jedes Atom zeigt die Tabelle die Valenzelektronen, die Elektronen in freien Paaren und in Bindungen, die Formalladung mit Rechenweg, die sterische Zahl, die Hybridisierung und die Geometrie um das Atom.
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Formalladung von Hand prüfen
Für ein Atom in einer selbst gezeichneten Lewis-Formel: Wähle das Element und zähle die daran gebundenen Atome, die Bindungen (eine Doppelbindung zählt als 2) und die freien Elektronenpaare.
Formeln für Formalladung und Hybridisierung
Formalladung FL = V − N − B/2 V = Valenzelektronen, N = nichtbindende Elektronen, B = bindende Elektronen
Sterische Zahl SZ = (gebundene Atome) + (freie Elektronenpaare) 2 → sp, 3 → sp², 4 → sp³, 5 → sp³d, 6 → sp³d²
Bei Hauptgruppenelementen ist V die Gruppennummer (C = 4, N = 5, O = 6, Halogene = 7). Jedes freie Elektronenpaar sind 2 nichtbindende Elektronen. Jede Einfachbindung trägt 2 bindende Elektronen bei, eine Doppelbindung 4 und eine Dreifachbindung 6. Die Formalladungen aller Atome ergeben zusammen die Gesamtladung.
Sterische Zahl, Hybridisierung und Geometrie
| Sterische Zahl | Hybridisierung | Elektronengeometrie | Molekülgeometrien (freie Elektronenpaare 0, 1, 2 …) | Beispiel |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | linear | linear (180°) | C in CO₂, HC≡CH |
| 3 | sp² | trigonal-planar | trigonal-planar (120°), gewinkelt | C in C=O, N in NO₃⁻, zentrales O in O₃ |
| 4 | sp³ | tetraedrisch | tetraedrisch (109,5°), trigonal-pyramidal (≈107°), gewinkelt (≈104,5°) | CH₄, NH₃, H₂O |
| 5 | sp³d | trigonal-bipyramidal | trigonal-bipyramidal, wippenförmig, T-förmig, linear | PCl₅, SF₄, ClF₃, I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | oktaedrisch | oktaedrisch, quadratisch-pyramidal, quadratisch-planar | SF₆, BrF₅, XeF₄ |
Freie Elektronenpaare neben π-Bindungen
Ein Stickstoff- oder Sauerstoffatom mit einem freien Elektronenpaar neben einer Doppelbindung (oder neben einem leeren p-Orbital) bringt dieses Elektronenpaar meist in ein p-Orbital, damit es delokalisiert werden kann. Das Atom ist dann sp² und planar, obwohl die einfache Zählung 4 ergibt. Beispiele: das N von Amiden, Anilin und Pyrrol, das O von Estern, Furan und Phenol sowie das O⁻ von Carboxylaten. Das Tool markiert diese Atome mit einem Sternchen.
Rechenbeispiele
Ammonium, NH₄⁺
N: V = 5, keine freien Elektronenpaare, vier N–H-Bindungen (B = 8).
FL = 5 − 0 − 8/2 = +1. Vier σ-Bindungen, sterische Zahl 4.
N ist +1, sp³, tetraedrisch (109,5°)
Ozon, O₃
Zentrales O: 1 freies Elektronenpaar, eine Doppel- und eine Einfachbindung (B = 6): 6 − 2 − 3 = +1. Einfach gebundenes End-O: 6 − 6 − 1 = −1.
Zentrales O +1, sp², gewinkelt (≈117°)
Cyanid, CN⁻
C: 1 freies Elektronenpaar, Dreifachbindung (B = 6): 4 − 2 − 3 = −1. N: 1 freies Elektronenpaar: 5 − 2 − 3 = 0.
Die Ladung sitzt am C; beide Atome sp
Nitromethan, CH₃NO₂
N: keine freien Elektronenpaare, B = 8: 5 − 0 − 4 = +1. O⁻: 6 − 6 − 1 = −1. Würde man N mit zwei N=O-Bindungen schreiben, hätte N 10 Elektronen, was nicht erlaubt ist.
N +1 (sp²), ein O −1, CH₃-Kohlenstoff sp³
Sulfat, SO₄²⁻ (JEE-/NEET-Stil)
Mit zwei S=O und zwei S–O⁻: S = 6 − 0 − 12/2 = 0, jedes O⁻ = −1. In der Oktettform nur mit Einfachbindungen ist S = +2.
S ist sp³, tetraedrisch; insgesamt −2
Acetamid, CH₃CONH₂
N: 1 freies Elektronenpaar und drei σ-Bindungen, die einfache Zählung ergibt also 4 (sp³). Das freie Elektronenpaar liegt neben der C=O-π-Bindung und ist delokalisiert.
Amid-N ist sp², planar
Häufige Fehler
- Bindungen statt bindender Elektronen zählen. Verwende B/2 (die Zahl der Bindungen), nicht B. Eine Doppelbindung erhöht B/2 um 2.
- Freie Elektronenpaare vergessen. N ist die Zahl der nichtbindenden Elektronen, jedes freie Elektronenpaar zählt also als 2.
- Eine Doppelbindung als zwei Domänen zählen. Für die sterische Zahl ist eine Doppel- oder Dreifachbindung eine Domäne.
- N oder O mehr als 8 Elektronen geben. Atome der 2. Periode können ihr Oktett nicht erweitern. Schreibe Nitrogruppen als N⁺–O⁻, nicht als N(=O)=O.
- Amid- oder Anilin-N als sp³ bezeichnen. Konjugierte freie Elektronenpaare sitzen in p-Orbitalen, daher sind diese Atome sp².
- Formalladung und Oxidationszahl verwechseln. Sie verwenden unterschiedliche Regeln zur Elektronenzählung und ergeben meist verschiedene Zahlen.
Sauber zeichnen. Öffne die Struktur im kostenlosen MolDraw-Editor, um freie Elektronenpaare, Formalladungen und Pfeile hinzuzufügen, und exportiere dann PNG oder SVG für Notizen und Folien.
MolDraw-Editor öffnenHäufig gestellte Fragen
Wie berechnet man die Formalladung?
Verwende FL = V − N − B/2. Dabei ist V die Zahl der Valenzelektronen des freien Atoms, N die Zahl der nichtbindenden Elektronen (freie Elektronenpaare) am Atom und B die Zahl der bindenden Elektronen um das Atom. Für das N im Nitrat: FL = 5 − 0 − 8/2 = +1.
Welche Formalladung hat jedes Atom in CO2?
In O=C=O haben alle drei Atome die Formalladung 0. Kohlenstoff: 4 − 0 − 8/2 = 0. Jeder Sauerstoff: 6 − 4 − 4/2 = 0. Kohlenstoff ist sp-hybridisiert und das Molekül linear.
Wie bestimme ich die Hybridisierung eines Atoms?
Bestimme die sterische Zahl: die gebundenen Atome plus die freien Elektronenpaare. 2 = sp, 3 = sp², 4 = sp³, 5 = sp³d, 6 = sp³d². Doppel- und Dreifachbindungen zählen einfach. Ein freies Elektronenpaar neben einer π-Bindung befindet sich meist in einem p-Orbital, wodurch das Atom sp²-hybridisiert ist.
Warum ist der Stickstoff in einem Amid sp2 und nicht sp3?
Das freie Elektronenpaar des Stickstoffs liegt neben der C=O-π-Bindung und ist mit ihr delokalisiert (Mesomerie). Damit es überlappen kann, muss das freie Elektronenpaar in einem p-Orbital sitzen, daher ist der Stickstoff sp² und planar. Dasselbe gilt für die Stickstoffatome in Anilin, Pyrrol und Enaminen.
Ist die Formalladung dasselbe wie die Oxidationszahl?
Nein. Die Formalladung nimmt an, dass die bindenden Elektronen gleichmäßig geteilt werden. Die Oxidationszahl nimmt an, dass sie alle dem elektronegativeren Atom zugeordnet werden. In CO2 hat der Kohlenstoff die Formalladung 0, aber die Oxidationszahl +4.
Welche Lewis-Formel ist die beste, wenn es mehrere gibt?
Bevorzuge die Struktur mit Formalladungen möglichst nahe null, mit negativen Formalladungen am elektronegativeren Atom, und gib einem Atom der 2. Periode wie C, N oder O nie mehr als 8 Elektronen.
Ergibt die Summe der Formalladungen die Ladung des Ions?
Ja. Die Formalladungen aller Atome ergeben zusammen die Gesamtladung. Im Sulfat, SO4 2−, ergeben sie −2; im Ammonium, NH4+, +1.
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Lies die vollständige Anleitung: So berechnest du Formalladung und Hybridisierung.
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