Wertigkeit von Elementen
Die Wertigkeit ist die Anzahl der chemischen Bindungen, die ein Atom eines bestimmten Elements mit anderen Atomen eingehen kann. Sie wird mit römischen Ziffern geschrieben: I, II, III, IV…
Dies ist einer der ersten Begriffe in der Chemie in der 7. Klasse — und einer der am häufigsten auswendig gelernten ohne Verständnis. Unnötigerweise, denn das Prinzip ist einfach.
Ein Atom ist ein Baustein mit Verbindungsstellen
Stellen Sie sich vor, jedes Atom ist ein Baustein mit einer bestimmten Anzahl von Noppen. Die Bausteine verbinden sich nur, wenn alle Noppen ein Paar haben:
| Element | Wertigkeit | Also ein Baustein mit… |
|---|---|---|
| Wasserstoff (H) | I | einer Verbindungsstelle |
| Chlor (Cl), Fluor (F) | I | einer Verbindungsstelle |
| Sauerstoff (O) | II | zwei Verbindungsstellen |
| Schwefel (S) | II (auch IV und VI) | zwei Verbindungsstellen |
| Stickstoff (N) | III | drei Verbindungsstellen |
| Phosphor (P) | III (auch V) | drei Verbindungsstellen |
| Kohlenstoff (C) | IV | vier Verbindungsstellen |
Und Metalle, die am häufigsten in Aufgaben vorkommen:
| Element | Wertigkeit |
|---|---|
| Natrium (Na), Kalium (K) | I |
| Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Zink (Zn) | II |
| Aluminium (Al) | III |
| Eisen (Fe) | II oder III |
| Kupfer (Cu) | I oder II |
Wozu dient die Wertigkeit überhaupt?
Weil man dank ihr weiß, in welchen Proportionen sich Atome zu Molekülen verbinden. Einige Beispiele:
- Wasser H₂O — Sauerstoff hat zwei Verbindungsstellen, Wasserstoff jeweils eine. Sauerstoff nimmt also genau zwei Wasserstoffatome auf. Nicht eines, nicht drei — zwei.
- Ammoniak NH₃ — Stickstoff hat drei Verbindungsstellen, verbindet sich also mit drei Wasserstoffatomen.
- Methan CH₄ — Kohlenstoff hat vier Verbindungsstellen, nimmt also vier Wasserstoffatome auf.
- Kohlendioxid CO₂ — Kohlenstoff (IV) verbindet sich mit zwei Sauerstoffatomen (jeweils II), und jede dieser Bindungen ist doppelt.
Häufiger Fehler: Formeln als zufällige Kombinationen zum Auswendiglernen zu behandeln. Dabei ergibt sich die Formel immer aus der Wertigkeit — wenn man die Anzahl der Verbindungsstellen kennt, kann man die Formel selbst herleiten, auch wenn man sie noch nie gesehen hat.
Woher kommt die Wertigkeit?
Aus dem Aufbau des Atoms. Atome streben danach, dass ihre äußere Elektronenschale voll ist. Wasserstoff hat ein Elektron, um ein „Paar zu ergänzen“ — daher eine Bindung. Sauerstoff fehlen zwei Elektronen zum vollständigen Satz — daher zwei Bindungen. Kohlenstoff kann vier Elektronen teilen — daher vier. In der 7. Klasse reicht es aus, sich die Regel der Verbindungsstellen zu merken; die elektronische Erklärung kommt später und bestätigt sie nur.
Wie kann man das ohne Auswendiglernen festigen?
Am schnellsten — durch Bauen. Auf Cząsteczki.pl hat jedes Atom sichtbare freie Stellen für Bindungen, genau so viele, wie seine Wertigkeit beträgt. Wenn Sie versuchen, Atome entgegen der Regel zu verbinden, passen sie einfach nicht zusammen. Nach ein paar Molekülen merken sich die Zahlen I, II, III, IV von selbst — weil man sie in Aktion gesehen hat.