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Wertigkeit (Chemie)

Die Wertigkeit (auch Valenz) eines Atoms eines chemischen Elements gibt an, wie viele Atome es im Falle einer chemischen Bindung an sich binden kann, bzw. wie viele Einfachbindungen es mit anderen Atomen eingehen müsste, um den Oktettzustand zu erreichen. Sie dient somit der Berechnung von chemischen Formeln (Summenformeln) einfacher chemischer Verbindungen. Bei komplexeren chemischen Verbindungen muss beachtet werden, dass das betreffende Atom nicht mit allen im Molekül der chemischen Verbindung vorhandenen Atomen eine Bindung eingehen muss, um ein Teil der Verbindung zu sein. Dies hat zur Folge, dass z. B. ein dreiwertiges Atom auch mit neun anderen Atomen ein Molekül bilden kann, wobei es sich mit maximal drei der neun Atome über eine chemische Bindung verbindet. Die Wertigkeit wird in der Regel mit einer römischen Zahl notiert.

Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Die Wertigkeit von chemischen Elementen 2.1 Wertigkeit von Sauerstoff und Wasserstoff: 2.2 Die Wertigkeit von Hauptgruppenelementen gegenüber Sauerstoff 2.3 Die Wertigkeit von Hauptgruppenelementen gegenüber Wasserstoff 2.4 Die Wertigkeit von Nebengruppenelementen 2.4.1 ein griechisches Zahlwort 2.4.2 ein deutsches Zahlwort 3 Berechnung chemischer Verbindungen 3.1 Aus Atomen zweier verschiedener chemischer Elemente

Geschichte

1852 stellte der englische Chemiker Sir Edward Frankland fest, dass jedes Atom eine bestimmte Bindefähigkeit gegenüber anderen Atomen hat. Aus dieser Feststellung entstand der Begriff der Wertigkeit.

In der modernen Chemie spielt der Begriff der Wertigkeit nur noch eine untergeordnete Rolle und wird heute häufig als Synonym zur Oxidationszahl verwendet, wobei beide Zahlen aber nur in ionischen Verbindungen gleich sind. Im modernen Atombild entstehen Bindungen durch Orbital-Wechselwirkungen, so dass die Anzahl und Art der für chemische Bindungen zur Verfügung stehenden Orbitale die "Bindefähigkeit" bestimmt. So kennt man beispielsweise für Sauerstoff, der nach alter Definition eine Wertigkeit von II besitzt, auch kovalent aufgebaute Verbindungen mit einer, zwei, drei oder sogar vier Bindungen. Darüberhinaus können sogenannte Mehrzentrenbindungen auftreten und der Übergang von kovalenten zu ionischen Wechselwirkungen ist häufig fließend, so dass auch höhere Koordinationszahlen auftreten, als es der Zahl der Valenzorbitale des betrachteten Atoms entspricht.

Die Wertigkeit von chemischen Elementen

Wertigkeit von Sauerstoff und Wasserstoff:

• Die Wertigkeit von Sauerstoff ist II
• Die Wertigkeit von Wasserstoff ist I

Die Wertigkeit von Hauptgruppenelementen gegenüber Sauerstoff

Die Wertigkeit eines chemischen Elements aus einer der Hauptgruppen des Periodensystems gegenüber Sauerstoff entspricht immer der Hauptgruppennummer des chemischen Elements. Die Elemente der VIII. Hauptgruppe sind dabei nicht mit einbegriffen, da diese Edelgase in der Regel keine chemischen Bindungen eingehen.

Die Wertigkeit von Hauptgruppenelementen gegenüber Wasserstoff

Jedes Hauptgruppenelement der Gruppe I bis VII hat zwei Wertigkeiten.

• 1. Die Wertigkeit, die seiner Hauptgruppennummer entspricht
• 2. Die Wertigkeit, die der Differenz zwischen 8 und der Hauptgruppennummer entspricht

Hierbei ist die jeweils kleinere Wertigkeit die häufigere. Die Elemente der VIII-ten Hauptgruppe sind dabei nicht mit einbegriffen, da diese Edelgase sind und in der Regel keine chemischen Verbindungen eingehen.

Die Wertigkeit von Nebengruppenelementen

Nebengruppen haben in der Regel die Wertigkeit 2 oder 3, können aber auch andere Wertigkeiten haben. Um die Wertigkeit des jeweiligen Nebengruppenelementes anzugeben, gibt es zwei Möglichkeiten.

ein griechisches Zahlwort

Zum Beispiel:

• Schwefeltrioxid -> SO₃
• Kohlenstoffdioxid -> CO₂

Das griechische Zahlwort gibt den Index des im Namen nachstehenden Elements an.

ein deutsches Zahlwort

Zum Beispiel:

• Kupfer-I-Oxid -> Cu₂O
• Eisen-III-Oxid -> Fe₂O₃

Das deutsche Zahlwort gibt die Wertigkeit des im Namen voranstehenden Elements an.

Berechnung chemischer Verbindungen

Aus Atomen zweier verschiedener chemischer Elemente

Zur Berechnung von chemischen Verbindungen aus Atomen zweier chemischer Elemente muss das kleinste gemeinsame Vielfache (kurz: KGV) der Wertigkeiten der beiden beteiligten chemischen Elemente gebildet werden. Um nun die Anzahl der in der Verbindung vorhandenen Atome des jeweiligen Elements zu ermitteln, muss das KGV durch die Wertigkeit dividiert werden.

Beispiel: Die Ermittlung der chemischen Formel von Wasser:

• Wertigkeit von Wasserstoff

I (bzw. 1) da Wasserstoff immer einwertig ist

• Wertigkeit von Sauerstoff

II (bzw. 2) da Sauerstoff immer zweiwertig ist

• KGV

2 * 1 = 2

• Anzahl der beteiligten Sauerstoffatome

• Anzahl der beteiligten Wasserstoffatome

• Fertige Chemische Formel:

H₂O₁

und da die Zahl Eins im Index von ‚O’ nicht mit notiert wird:

H₂O

Beispiel: Die Ermittlung der chemischen Formel von Aluminiumoxid:

• Wertigkeit von Aluminium

III (bzw. 3) da Aluminium in der III. Hauptgruppe steht

• Wertigkeit von Sauerstoff

II (bzw. 2) da Sauerstoff immer zweiwertig ist

• KGV

3 * 2 = 6

• Anzahl der beteiligten Sauerstoffatome

• Anzahl der beteiligten Aluminiumatome

• Fertige Chemische Formel:

Al₂O₃

Beispiel: Die Ermittlung der chemischen Formel von Ammoniak:

• Wertigkeit von Stickstoff

VIII – V = III (bzw. 8 – 5 = 3) da Stickstoff in der V. Hauptgruppe steht

• Wertigkeit von Wasserstoff

I (bzw. 1) da Wasserstoff immer einwertig ist

• KGV

3 * 1 = 3

• Anzahl der beteiligten Wasserstoffatome

• Anzahl der beteiligten Stickstoffatome

• Fertige Chemische Formel:

N₁H₃

und da die Eins im Index von Stickstoff nicht notiert wird:

NH₃