Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
- Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
- Atomaufbau
- Die Valenzelektronen und das Periodensystem der chemischen Elemente
- Wie bestimmt man die Zahl der Valenzelektronen? – Bestimmung
- Wie bestimmt man die Zahl der Schalen? – Bestimmung
- Valenzelektronen und chemische Bindung
- Hinweise zum Video

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Grundlagen zum Thema Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
Erinnerst du dich noch daran, wie ein Atom aufgebaut ist? Es besteht aus Neutronen sowie Protonen im Kern und Elektronen in der wesentlich größeren Atomhülle. In der Kernphysik interessiert man sich besonders für den Atomkern. In der Chemie interessieren wir uns aber mehr für die Elektronen, insbesondere für die Außenelektronen, die am weitesten vom Kern entfernt sind. Diese Außenelektronen werden auch Valenzelektronen genannt. Aber was macht diese Elektronen so besonders? Dazu wiederholen wir zunächst den grundsätzlichen Aufbau eines Atoms.
Atomaufbau
Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle (Kern-Hülle-Modell). Im Kern befinden sich elektrisch positiv geladene Protonen
Die Elektronen im Schalenmodell
Die Besetzung der Atomhülle mit Elektronen, die sogenannte Elektronenkonfiguration, erfolgt nicht irgendwie frei, sondern in einer ganz bestimmten Art und Weise. Die Elektronen in der Hülle bewegen sich auf festen Schalen um das Atom. Dabei kann die erste, dem Kern am nächsten liegende Schale maximal zwei Elektronen aufnehmen. Die darüber liegenden Schalen können mit maximal acht Elektronen besetzt werden. Man spricht dabei auch vom Schalenmodell. Je nach Element und Zahl der Elektronen ist eine bestimmte Schale die äußerste Schale. Die äußerste Schale heißt auch Valenzschale.
An dieser Stelle merken wir uns, dass Atome mit voll besetzter Valenzschale – bei der ersten Schale also zwei Elektronen, bei allen anderen Schalen acht Elektronen – energetisch gesehen besonders stabil sind.
Die Valenzelektronen und das Periodensystem der chemischen Elemente
Wir wissen bereits, dass die Valenzelektronen die Außenelektronen auf der Valenzschale eines Atoms sind. Die Valenzelektronen sind in der Chemie deshalb so wichtig, weil sie an der chemischen Bindung beteiligt sind. Der Begriff Valenz bedeutet nichts anderes als Bindung. Du findest das Wort auch in dem Begriff kovalent wieder.
Nun wollen wir herausfinden, wie viele Valenzelektronen ein Element hat und wie viele Schalen es besitzt, die mit Elektronen besetzt werden. Dabei hilft dir das Periodensystem der Elemente.
Wie bestimmt man die Zahl der Valenzelektronen? – Bestimmung
Bei Betrachtung des Periodensystems stellst du schnell fest, dass die Elemente senkrecht übereinander in Gruppen, den Hauptgruppen und Nebengruppen, angeordnet sind. Die Haupt- und Nebengruppen haben die Zahlen 1 bis 8, wobei die Hauptgruppen des Periodensystems oft auch mit den römischen Zahlen I bis VIII beschriftet sind. Diese Zahl entspricht genau der Zahl der Valenzelektronen.
Merke: Die Nummer der Gruppe, in dem ein Element steht, entspricht genau der Anzahl der Valenzelektronen des Elements.
Beispiele: Das Element Lithium
Ausnahme: Ganz oben rechts steht in der VIII. Hauptgruppe das Element Helium
Merke: Die Elemente einer Hauptgruppe haben immer die gleiche Anzahl an Valenzelektronen, deshalb verhalten sie sich in den meisten Fällen chemisch sehr ähnlich.
Wie bestimmt man die Zahl der Schalen? – Bestimmung
Die Elemente befinden sich im Periodensystem auch in waagerechten Perioden. Ganz oben, in der ersten Periode, findest du nur zwei Elemente: ganz oben links den Wasserstoff
Wenn du eine Reihe tiefer gehst, dann bist du in der zweiten Periode, die der Besetzung der zweiten Schale folgt. Da diese Schale mit acht Elektronen aufgefüllt werden kann, findest du in dieser Periode auch acht Elemente:
Lithium
Merke: Die Nummer der Periode, in der ein Element steht, entspricht der Zahl der Schalen in den Atomen des Elements.
Beispiel: Sauerstoff steht in der zweiten Periode, es hat somit zwei Schalen, eine innere und eine äußere Schale – die Valenzschale. Da wir auch wissen, dass Sauerstoff in der VI. Hauptgruppe steht, wissen wir auch, dass seine Valenzschale mit sechs Valenzelektronen besetzt ist.
Valenzelektronen und chemische Bindung
Wir erinnern uns, dass Atome mit voll besetzter Valenzschale – bei der ersten Schale also zwei Elektronen, bei allen anderen Schalen acht Elektronen – energetisch gesehen besonders stabil sind. Nun ist es aber so, dass die Elemente in den ersten sieben Hauptgruppen keine voll besetzte Schale haben. Damit haben sie noch keinen besonders stabilen Zustand erreicht. Wenn sie aber eine chemische Bindung eingehen, dann können sie diesen stabilen Zustand erreichen. Wie das gelingt, schauen wir uns an einem Beispiel an:
Das Element Lithium ($Li$) mit insgesamt drei Elektronen steht in der I. Hauptgruppe. Die erste Schale ist mit zwei Elektronen voll besetzt. Dazu befindet sich noch ein Elektron auf der Valenzschale. Wenn Lithium dieses Elektron abgeben würde, dann bliebe die darunterliegende voll besetzte Schale als neue Valenzschale übrig. Das wäre ein besonders stabiler Zustand für das Lithium. Und genau deswegen gibt Lithium sein Valenzelektron gerne an ein anderes Element ab.
Als Akzeptoren bieten sich besonders die Elemente der VII. Hauptgruppe an, denn diese benötigen nur noch ein Elektron, damit ihre Valenzschale voll besetzt ist. Chlor
Wegen der Abgabe und der Aufnahme eine Elektrons sind die Atome aber nicht mehr elektrisch neutral. Lithium wird durch Elektronenabgabe positiv und Chlor durch Elektronenaufnahme negativ. Aber in der Verbindung Lithiumchlorid gleichen sich die entgegengesetzten Ladungen wieder aus.
In vergleichbarer Weise verbindet sich Natrium aus der 1. Hauptgruppe mit Chlor aus der VII. Hauptgruppe. Natrium steht in der dritten Periode, somit ist seine dritte Schale die Valenzschale mit einem Valenzelektron. Die Verbindung, die dabei entsteht, kennst du bestimmt. Es ist das Kochsalz mit der chemischen Formel
Was ist die Edelgasregel?
Eine gemeinsame Eigenschaft der Edelgase, welche sich in der 8. Hauptgruppe des Periodensystems befinden, ist, dass sie schon eine voll besetzte Valenzschale besitzen. Sie sind also schon stabil und deswegen gehen sie unter normalen Bedingungen auch keine chemischen Reaktionen ein. Aber alle anderen Elemente gehen nach der Edelgasregel dann eine chemische Verbindung mit anderen Atomen ein, wenn dadurch ein energetisch besonders stabiler Zustand erreicht wird. So ein stabiler Zustand liegt vor, wenn die Valenzschale, wie bei den Edelgasatomen, mit Elektronen voll besetzt ist. Man spricht dann auch von der sogenannten Edelgaskonfiguration.
Hinweise zum Video
Das Video erklärt dir den Zusammenhang zwischen Valenzelektronen und chemischer Bindung. An Vorkenntnissen solltest du den Aufbau der Atome und die chemischen Begriffe Element und Verbindung und in Grundzügen auch die Formelschreibweise beherrschen.
Du findest hier auch Übungen zu den Valenzelektronen und Arbeitsblätter mit Lösungen.
Transkript Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
Valenzelektronen und chemische Bindungen
Hallo! Weißt du eigentlich, wie ein Atom aufgebaut ist. Es besteht aus Neutronen und Protonen im Kern und Elektronen in der wesentlich größeren Atomhülle. In diesem Video lernst du mehr über die Elektronen eines Atoms, wobei wir uns besonders die äußersten Elektronen ansehen wollen, die auch Valenzelektronen genannt werden. Aber was macht diese Elektronen so besonders?
Dazu schauen wir uns den Aufbau eines Atoms an. Um den Atomkern herum befinden sich die Elektronen. Die Elektronen sind jedoch nicht frei im Raum verteilt sondern befinden sich nur in bestimmten Abständen zum Atomkern, den so genannten Schalen. Jede Schale kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen fassen. Die innerste Schale kann maximal nur 2 Elektronen aufnehmen. Jede weitere Schale der Hauptgruppenelemente kann hingegen maximal 8 Elektronen fassen. Doch besonders interessant ist die äußerste Schale eines Atoms. Auf dieser liegen nämlich die Außenelektronen, die sogenannten Valenzelektronen. Valenz bedeutet nichts anderes als “Bindung” - die Valenzelektronen sind also die Elektronen, die an der chemischen Bindung teilnehmen.
Doch was unterscheidet die Valenzelektronen von den anderen Elektronen? Sie sind für das chemische Verhalten der Elemente verantwortlich. Elemente mit gleicher Anzahl an Außenelektronen zeigen auch ähnliches Reaktionsverhalten, da bei chemischen Reaktionen immer nur die Elektronen der äußersten Schale Bindungen eingehen können. Die Elektronen der inneren Schalen nehmen nicht an Bindungen teil.
Die Anzahl der Außenelektronen eines jeden Atoms lassen sich ganz leicht im Periodensystem nachschauen. Dort sind nämlich alle Atome nach ihren Außenelektronen in Gruppen eingeteilt, die du sicherlich schon kennst. So haben alle Atome der ersten Hauptgruppe ein Außenelektron. Die Atome der zweiten Hauptgruppe besitzen zwei Außenelektronen. Du siehst, man kann nach der Zahl der Hauptgruppen die Außenelektronen der Atome ermitteln. Eine Ausnahme ist Helium. Es steht rechts oben im Periodensystem in der 8. Hauptgruppe. Es besitzt jedoch nur 2 Außenelektronen.
Die Perioden im Periodensystem geben dir dann an, auf welcher Schale du dich befindest. Ganz oben in der ersten Periode des Periodensystems befinden sich die Atome mit den Außenelektronen auf der 1. Schale. In der Periode darunter, der 2. Periode, beginnt eine neue, darüber liegende Schale auf der die Außenelektronen liegen.
So haben Lithium und Natrium beide nur ein Außenelektron, da sie in der 1. Hauptgruppe stehen, jedoch liegt beim Lithium das eine Außenelektron auf der 2. Schale und beim Natrium auf der 3. Schale.
Je nach Anzahl der Außenelektronen, beziehungsweise je nach Hauptgruppe, reagieren Atome dann ganz unterschiedlich miteinander. Atome innerhalb einer Gruppe jedoch, haben die selbe Anzahl an Außenelektronen und reagieren damit sehr ähnlich.
Die Elemente der ersten Hauptgruppe geben zum Beispiel ihr Außenelektron in Reaktionen bevorzugt ab und so bilden alle positive einwertige Kationen wie Li-plus und Na-plus.
Du hast nun gelernt, dass die Elektronen eines Atom sich auf bestimmten Schalen um den Atomkern herum kreisen und nicht unkontrolliert herumfliegen. Dabei hat jedes Atom seine eigene Anzahl an Elektronen. Besonders wichtig sind die Elektronen eines Atoms auf seiner äußersten Schale. Auf dieser trägt es die Außenelektronen, mit denen es Bindungen mit anderen Atomen eingeht.
Die Anzahl der Außenelektronen und der Schalen kannst du ganz leicht an den Hauptgruppen- und den Periodenzahlen ablesen. Alle Atome in einer Hauptgruppe besitzen dabei die gleiche Anzahl an Außenelektronen, wodurch sie alle sehr ähnlich reagieren.
Tschüss und bis zum nächsten mal!
Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen Übung
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Definiere den Begriff des Valenzelektrons.
TippsÜberlege dir, auf welcher Schale sich die Valenzelektronen befinden.
LösungDie Valenzelektronen sind die Elektronen, die sich auf der äußersten Schale eines Atoms befinden und somit für das chemische Reaktionsverhalten verantwortlich sind. Diese Elektronen können an Reaktionspartner abgegeben werden, oder es können zusätzliche Außenelektronen von anderen Atomen aufgenommen werden. Atome gehen also über ihre Valenzelektronen Bindungen zu anderen Atomen ein.
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Erläutere die Besonderheiten der Valenzelektronen.
TippsDie Valenzelektronen können aufgenommen und abgegeben werden.
Elektronen sind negative Ladungen. Werden sie abgegeben, wird das Teilchen positiv, werden sie aufgenommen, wird das Teilchen negativ.
Aufnahme und Abgabe der Elektronen erfolgt während chemischer Reaktionen.
LösungDie Valenzelektronen befinden sich auf der äußersten Schale und sind somit die Elektronen, die bei einer chemischen Reaktion aufgenommen oder abgegeben werden können. Werden die Elektronen abgegeben, bilden sich je nach Anzahl der abgegeben Elektronen entsprechend wertige Kationen. Es bilden sich also positiv geladene Teilchen, da sich die Anzahl an Elektronen verringert. Werden Elektronen aufgenommen, bilden sich natürlich Anionen, also negativ geladene Teilchen. Haben Elemente die gleiche Anzahl an Außenelektronen, ist auch ihr Verhalten in chemischen Reaktionen ähnlich.
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Nenne die Elemente, die ihre Außenelektronen auf der dritten Schale haben.
TippsDie Periode gibt dir Auskunft über die Anzahl an besetzten Schalen eines Elements.
Schau in ein Periodensystem, welche der Elemente in der richtigen Periode stehen.
LösungAuf welcher Schale sich die Außenelektronen befinden, kannst du an den Perioden ablesen. Die Periode gibt dir nämlich Auskunft über die Anzahl der Schalen eines Elementes. Die Außenelektronen befinden sich natürlich auf der äußersten Schale. Deshalb ist die höchste besetzte Schalenanzahl eines Elementes auch die Zahl der Schale, auf der sich die Außenelektronen befinden. Wenn ein Atom die Außenelektronen auf der dritten Schale haben soll, muss es in der dritten Periode stehen. Bei den Beispielen trifft das auf Schwefel und Natrium zu.
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Formuliere die Ionen, die folgende Elemente in Salzverbindungen bilden würden.
TippsIn welcher Hauptgruppe befinden sich die Elemente?
Werden negative Elektronen abgegeben, erhält das Teilchen eine positive Ladung.
Je mehr Elektronen abgegeben werden, desto positiver wird das entstehende Kation.
LösungDu hast gelernt, dass sich die Anzahl der Außenelektronen an der Hauptgruppennummer ablesen lässt. Die Elemente der ersten Hauptgruppe geben ihre Außenelektronen bevorzugt ab. Wenn sie all ihre Außenelektronen abgeben, dann ist ihre Ladung nicht mehr ausgeglichen. In einem Atom ist die Anzahl der Elektronen und Protonen ja eigentlich ausgeglichen. Wird nun bei einer Reaktion ein Elektron abgegeben, haben wir plötzlich eine negative Ladung zu wenig. Das Teilchen ist dann einwertig positiv geladen und wird als Kation bezeichnet. Das ist z.B. bei Kalium, Natrium und Lithium der Fall. Werden zwei Elektronen abgegeben, so wie bei Calcium und Magnesium, ist das Teilchen zweiwertig positiv. Bei drei abgegebenen Elektronen, ist es dreiwertig positiv geladen. Solche dreiwertigen Kationen bilden Aluminium und Bor.
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Nenne den Begriff, von dem man im Periodensystem auf die Anzahl der Außenelektronen schließen kann.
TippsWenn du von links nach rechts im Periodensystem gehst, hat jedes Element ein Elektron mehr als das Element links neben sich.
LösungIn einer Hauptgruppe findest du nur Elemente mit der gleichen Anzahl an Außenelektronen. Da die Elemente nach aufsteigender Ordnungszahl sortiert sind - also nach aufsteigender Anzahl an Protonen und Elektronen - lässt sich das leicht nachvollziehen. Bei allen Elementen der ersten Hauptgruppe beginnt die Besetzung einer Schale, also haben sie genau ein Außenelektron. Die Elemente der zweiten Hauptgruppe haben dann genau ein Elektron mehr, natürlich sitzt das auch auf der Außenschale und so haben sie zwei Außenelektronen. An der Zahl der Hauptgruppe kannst du also die Anzahl der Außenelektronen ablesen.
Eine Ausnahme bildet Helium. Helium steht zwar in der achten Hauptgruppe, hat aber nur zwei Außenelektronen. Alle anderen Elemente der achten Hauptgruppe besitzen acht Außenelektronen.
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Gib den richtigen Atombau zu folgenden Elementen an.
TippsSuche zunächst die Elemente im Periodensystem und sieh dir an, an welcher Stelle sie stehen.
Welche Auskunft geben dir die Periode und die Hauptgruppe über den Atomaufbau?
LösungIm Periodensystem kannst du eine ganze Menge über den Aufbau von Atomen erfahren. Die Anzahl der Hauptgruppe, in der ein Element steht, sagt dir, wie viele Außenelektronen dieses Element hat. Die Periode verrät dir die Anzahl der Schalen. Nehmen wir als Beispiel Natrium. Dieses Element steht in der ersten Hauptgruppe. Damit hat es also ein Außenelektron. Außerdem steht Natrium in der dritten Periode und besitzt somit drei Schalen. Die Anzahl und Anordnung der Elektronen ist für jedes Element charakteristisch. Du findest also kein Element mit identischem Atomaufbau.

Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen

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Tolles Video. Sehr gut erklärt. :) Aber was geschieht mit den Nebengruppen?
Echt gutes Video, Kompliment! Ich als echte NICHTLIEBHABERIN von Chemie habe endlich angefangen diese Bindungen zu verstehen.
😀👍
Der Begriff der "Hauptgruppe" ist in NRW nach wie vor geläufig und für mich ist das Video daher prima. An Manuela: Wie nennt man sie denn in Bayern?
Warum sind die Farben der Protonen, Elektronen und Neutronen falsch?