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Wertigkeit von Atomen und Ionen


Die Wertigkeit von Atomen:
Obwohl die Wertigkeit ein eher historisches Verfahren ist, wird sie auch heute oft verwendet, beispielsweise beim Erstellen von Verhältnisformeln. Historisch gesehen, versteht man unter der Wertigkeit eines Elements, wie viele Wasserstoffatome das betreffende Atom/Ion binden bzw. ersetzen kann (Beispiel: Methan, CH4, => 4-wertiges Kohlenstoffatom). Da in diesem Fall man unter der Wertigkeit eines Elements auch dessen Bindigkeit versteht, kann man zur Bestimmung der Wertigkeit ein paar formale Regeln aufstellen.

Vereinfacht gesagt, gibt die Wertigkeit auch an, wie viele Elektronen das betreffende Atom in seiner äußeren Elektronenschale aufnehmen oder abgeben kann, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen (=> voll besetzte Valenzschale). Und bereits hier fangen die Schwierigkeiten an, die zu Beginn des Chemieunterrichts auftauchen. Denn die Bindigkeit/Wertigkeit eines Elementes gibt an, wie viel Einfachbindungen es ausbilden kann, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen (hier stellt sich dann die Frage: Und was ist mit Doppelbindungen?)

Nach dieser Vereinfachung kann (könnte) die Wertigkeit von Elementen mit Hilfe des Periodensystems bestimmt werden. Bei den ersten vier Hauptgruppen (in der Regel Metalle) entspricht die jeweilige Hauptgruppennummer der Wertigkeit des Elements. Für die Hauptgruppen 6 - 8  gibt es folgende Regel: Man subtrahiert von der Zahl 8 die Hauptgruppenzahl, die entspricht der Wertigkeit. Beispiel: Sauerstoff steht in der VI. Hauptgruppe, hat daher eine Wertigkeit von 8 - 6 = 2.

Die "Gültigkeit" bzw. "Vorteile" dieses Modell erkennen wir, wenn wir die Wertigkeit der Edelgase berechnen. Die Edelgase sind in der 8. Hauptgruppe, ihre Wertigkeit entspricht 8 - 8 = 0. Edelgase sind 0-wertig, also 0-bindig. Dies stimmt mit dem überein, was im Chemie-Anfangsunterricht gelehrt wird. Edelgase haben bereits die Edelgaskonfiguration erreicht und gehen deshalb keine Bindungen mehr ein. Nach diesem Modell könnte man sich die Wertigkeiten von Hauptgruppenelementen wie vorher beschrieben herleiten (mit Hilfe der Hauptgruppennummer).

Hauptgruppennummer (Wertigkeit): I(1), II(2), III(3), IV(4), VI(3), VII(2), VIII(1)

Im Rahmen des fortgeschrittenen Chemieunterrichts werden wir aber lernen, dass es auch Edelgase gibt, die mit anderen Elementen reagieren und Verbindungen bilden. Die aufgestellte Regel zur Bestimmung der Wertigkeit (mit Hilfe der Hauptgruppennummer) hat nur eine begrenzte Gültigkeit. Im Prinzip gilt diese Regel nur streng für Hauptgruppenelemente und auch hier nur bei Elementen bis zur 2. Periode. So können auch Elemente der IV., V. und VI. Hauptgruppe andere Wertigkeiten besitzen, als wir berechnet haben.


Berechnung von Wertigkeiten:
Um die Wertigkeit von Elementen (v.a. in Verbindungen) zu bestimmen, reicht im Rahmen des einfachen Chemie-Schulunterrichts folgende Regeln aus:
  • Wasserstoff hat immer die Wertigkeit 1
  • Fluor hat immer die Wertigkeit 1
  • Im Elementarzustand haben alle Elemente die Wertigkeit 0
  • Sauerstoff hat in der Regel die Wertigkeit 2 (Ausnahmen sind die Peroxide)
Ermitteln lässt sich die Wertigkeit bei (binären) Verbindungen des Typs AB immer folgendermaßen:

Wertigkeit (A) · Index (A) = Wertigkeit (B) · Index (B)


Wertigkeiten von Atomen in Verbindungen mit Wasserstoff


Wasserstoff hat die immer die Wertigkeit 1. Daher ist die Wertigkeit von Elementen, die in Verbindung mit Wasserstoffatomen vorkommen, einfach zu berechnen: Beispiel: AlH3 (Aluminium ist 3-wertig), HCl (Chlor ist 1-wertig). Wie man an den Beispielen sieht, gilt diese Regel bei Hauptgruppenmetallen als auch bei Nebengruppenmetallen.

Wertigkeiten von Atomen in Verbindungen ohne Wasserstoff

Hier wird es bereits etwas komplizierter, da nicht nur Nebengruppenelemente, sondern auch Hauptgruppenelemente in verschiedenen Oxidationsstufen/Wertigkeiten auftreten können.

Diese Wertigkeiten mit Hilfe der “Kreuzregel” ermitteln, wenn die Wertigkeit eines Elements bekannt ist (z.B. durch die Angabe der Oxidationszahl, z.B. Kupfer(II)oxid).

Beispiel: Kupfer(II)oxid (kein Peroxid, daher hat das Sauerstoffatom in der Verbindung die Wertigkeit 2)

Wertigkeit

Die Bedeutung des Begriffs "Wertigkeit" lässt sich auch daran erkennen, wie oft dieser Begriff in Zusammenhang mit anderen Begriffen wie "Wertigkeit", "Bindigkeit" oder "Oxidationszahl" gefallen ist. Alle diese Begriffe sind gleichbedeutend.
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