Wertigkeiten/ Oxidationsstufen?
Hallo zusammen,
kann mir jemand erklären, wieso zB. Stickstoff und Phosphor auch die Wertigkeit 3+ haben können (3- und 5+ ist klar, aber wieso auch 3+...) ?
Das gleiche gilt bei Schwefel (4+ ...woher kommt die 4) und Chlor (1+, 3+, 5+) ??? Kann mir jemand diese Wertigkeiten erklären ?
Danke im Voraus
4 Antworten
Das hängt mit der Elektronenverteilung in den Orbitalen zusammen. Ich weiß nicht, ob du davon schon einmal gehört hast. Orbitale sind wie Autos: Es gibt eine begrenzte Anzahl ein "Elektronen-Sitzplätzen". Ein "s-Orbital" ist wie ein Smart. Hat zwei Sitzpätze. Ein "p-Orbital" ist wie ein Sharan. Hat sechs Sitzplätze.
Ein voll besetztes oder leeres Orbital ist energetisch günstig.
Ein halbvoll besetztes Orbital ist energetisch ok.
Ein teilweise besetztes Orbital ist energetisch blöd.
Phosphor hat normalerweise 5 Außenelektronen, die sich im 3s-Orbital (2 Plätze) und im 3p-Orbital (6Plätze) verteilen können.
Bei 3- wurden 3 Elektronen aufgenommen. Alle Orbitale sind voll. => TOP
Bei 5+ wurden 5 Elektronen abgegeben. Alle Orbitale sind leer. => TOP
Bei 3+ wurden 3 Elektronen abgegeben. 2 Elektronen sind übrig. Die besetzen dann das 3s-Orbital (=> TOP) und das 3p-Orbital ist leer. (=> TOP).
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Beim Schwefel ist es genauso. 4+ bedeutet, dass es nur noch 2 Valenzelektronen gibt. Die befüllen das 3s-Orbital (=> TOP) und das 3p-Orbital bleibt leer. (=>TOP).
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Vielleicht kannst du dir mit diesen Angaben die Elektronenverteilung im 3s- und 3p-Orbital des Chlors ja selbst erschließen. :) Ich muss jetzt nämlich weg.
LG
MCX
Die Antwort hier muss aber nicht perfekt sein, sondern vor allem für den Fragesteller verständlich. So recht Du einerseits mit der Hund'schen Regel hast, so sehr glaube ich mich zu erinnern, dass px/y/z nicht zum Schulstoff gehörte.
Man darf nicht so weit vereinfachen, dass es falsch wird.
Es so zu vereinfachen, dass es einfach und richtig ist, ist eine hohe Kunst, die man erst lernen muss.
Mein Kommentar ging an Miracilix84.
Ich bezweifle, dass die Fragestellerin viel davon versteht.
Auch die Antwortgeber freuen sich evtll. über Hinweise, wenn sie etwas halb verstanden haben.
Er hat einfach vieles nicht und etliches falsch verstanden, vermute ich.
Wow danke, das ist mal wirklich genial erklärt. Ich wünschte die Dozenten hätten damals die Orbitale so einfach erklärt wie du grade (die Bsp. mit den Autos, einfach genial :) )
Ich kann das jetzt schon viel mehr nachvollziehen und damit lässt es sich arbeiten. Also danke nochmal.
Lg
Nur leider falsch.
Merke:
Zu jedem komplizierten Problem gibt es eine einfache, einleuchtende
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und falsche Antwort.
Aber was nützt die exakteste Antwort, wenn der Fragesteller sie nicht verstehen würde?
Das ist ja ein Ratgeber-Forum und keine Online-Vorlesung. (Mal abgesehen davon, dass hier eine Erklärung, die deinen Ansprüchen zu genügen schiene, schon allein der Länge wegen wohl hier gar nicht darzustellen ist).
Deine Kritik an meiner Antwort ist mir größtenteils bewusst gewesen. Vielen Dank, dass du es noch einmal verdeutlicht hast.
Es so zu vereinfachen, dass es einfach und richtig ist, ist eine hohe Kunst, die man erst lernen muss.
Da stimme ich dir nicht zu und da wirst du auch keine Fachliteratur finden, die diese Aussage belegen kann. Jede Vereinfachung beinhaltet eine (didaktische) Reduktion, die sie von der reinen Wahrheit entfernt. Im Fachwissen magst du mehr Ahnung haben, in der Chemie-Fachdidaktik nicht. ;)
=> Bitte nimm doch die Herausforderung an und formuliere eine Antwort, die deinen Vorstellungen an Präzision genügt und für die Fragestellerin genauso verständlich ist. :)
LG
MCX
Zufällig gibt es eine Antwort von mir.
Ob die hilft, akut und dauerhaft, darüber kann man natürlich reden.
Aber dass du das nicht nachgeprüft hast, ist unredlich.
Es steht weiterhin der Verdacht im Raum, dass du es einfach nicht verstanden hast.
Dann wäre dein Ausflug in die Wirrnisse der Didaktik vielleicht eine Ausflucht.
Zufällig gibt es eine Antwort von mir.
Entschuldige, ich habe tatsächlich nicht gesehen, dass südlich von Ferrum26 noch eine Antwort kam. Das habe ich fehlerhaft geprüft. Als ich meine Antwort schrieb, war nämlich nur die von Ferrum schon abgeschlossen. Deswegen hatte ich da gar nicht weiter runtergescrollt.
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In deiner Antwort hast du sehr präzise belegt, dass es fast alle Oxidationszahlen gibt, wenn ich deine Antwort so kompakt zusammenfassen darf.
Allerdings bist du die Erklärung ...
wieso z.B. Stickstoff und Phosphor auch die Wertigkeit 3+ haben können [usw.]
... meiner Meinung nach immernoch schuldig geblieben. Denn der Ausgangspunkt der Fragestellung
(3- und 5+ ist klar,
...deutet darauf hin, dass das Schalenmodell und die Oktettregel den aktuellen Wissensstand der Fragestellerin darstellen. Sie möchte jetzt also die nächste "Stufe" erreichen, um ihre Modellvorstellung der Realität weiter anzunähern.
Ich bin weiterhin gespannt und freue mich, von dir zu hören. Auch um mich persönlich fortzubilden. ;)
LG und einen frohen Sonntag!
MCX
Moin,
das kommt daher, dass "Wertigkeit" eben ein ziemlich blödes Konzept ist. Besser ist es, du sprichst von Oxidationsstufen.
Von "Wertigkeit" spricht man (grob gesagt), wenn man danach guckt, wie viele Einfachbindungen ein Atomrumpf ausbilden kann (oder - wenn man beim Thema Alkohole ist, wie viele Hydroxygruppen in einem Alkoholmolekül vorhanden sind). Während die Verwendung des Begriffs in letzterem Fall noch sinnvoll ist, ist sie es im Falle der Bindungen nicht immer - oder oft sogar völlig "schwachsinnig".
Das Konzept der Oxidationsstufen mit den dazu gehörenden Oxidationszahlen ist dagegen ziemlich sinnvoll. Das wirst du sehen, wenn wir jetzt mal einen Blick auf deine Beispiele werfen...
Stickstoff kommt in vielen Verbindungen vor. Mit den beiden Zusatzregeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen lassen sich sämtliche Oxidationsstufen des Stickstoffs in seinen Verbindungen ermitteln.
Die Zusatzregeln lauten:
1. Wasserstoff hat in den meisten Verbindungen die Oxidationsstufe +I (Ausnehmen: elementarer Wasserstoff; Metallhydride).
2. Sauerstoff hat in den meisten Verbindungen die Oxidationszahl –II (Ausnahmen: elementarer Sauerstoff; Fluor-Sauerstoff-Verbindungen; Peroxide)
Wenn du nun die Stickstoffverbindungen anschaust, kannst du beispielsweise folgende Oxidationsstufen des Stickstoffs feststellen
–III in NH3 (Ammoniak)
–II in N2H4 (Hydrazin)
–I in N2H2 (Diimin)
0 in N2 (Stickstoff)
+I in H2N2O2 (Hyposalpetrige Säure)
+II in NO (Sticktsoffmonoxid)
+III in HNO2 (Salpetrige Säure)
+IV in NO2 (Stickstoffdioxid)
+V in HNO3 (Salpetersäure)
Gleiches lässt sich auch für die anderen von dir angesprochenen Elementsymbole finden:
Phosphor
–III in Na3P (tri-Natriumphospid)
–II in Na2P (di-Natriumphosphid)
–I (weiß ich im Moment kein Beispiel aus dem Kopf - gibt's aber bestimmt...)
0 in P (elementarem Phosphor)
+I in H3PO2 (Phospinsäure)
+II in P2F4 (Phosphor(II)-fluorid)
+III in P4O6 (Phosphortrioxid)
+IV in H4P2O6 (Hypophosphorische Säure)
+V in H3PO4 (Phosphorsäure)
Schwefel
–II in H2S (Schwefelwasserstoff)
–I in H2S2 (Disulfan)
0 in S8 (elementarem Schwefel)
+I in S2Cl2 (Dischwefeldichlorid)
+II in SCl2 (Schwefeldichlorid)
+III in Na2S2O4 (Natriumdithionit)
+IV in H2SO3 (Schwefliger Säure)
+V in Na2S2O6 (Natriumdithionat)
+VI in H2SO4 (Schwefelsäure)
Chlor
–I in NaCl (Natriumchlorid)
0 in Cl2 (elementarem Chlor)
+I in HClO (Hypochloriger Säure)
+II kenne ich gerade kein Beispiel
+III in HClO2 (Chlorige Säure)
+IV in ClO2 (Chlordioxid)
+V in HClO3 (Chlorsäure)
+VI kenne ich wieder kein Beispiel
+VII in HClO4 (Perchlorsäure)
Wie du siehst, haben all diese Atome andere Oxidationsstufen mit entsprechenden Oxidationszahlen. Das ist ein sinnvolles Konzept. Sich das nun so vorstellen zu sollen, als könnten die Atome in diesen Zuständen entsprechend viele Einfachbindungen ausbilden (was dann ihre Wertigkeit ausmachen würde) ist dagegen oft ziemlich "schwachsinnig".
Lass also die Finger vom Konzept der "Wertigkeit" oder beschränke den Einsatz dieses Begriffs auf "klassische" Beispiele (oder Alkohole).
LG von der Waterkant
Hi,
Also mit den Wertigkeiten ist es so:
Die Wertigkeit ist die Anzahl der Valenzelektronen, die Bindungen eingehen können. Das sind die Elektronen, die kein Elektronenpaar bilden. Bei Stickstoff und Schwefel sind jeweils 3 Elektronen, die Bindungen eingehen können. insgesamt haben die beiden aber 5 Aussenelektronen, davon aber 2, die ein Elektronenpaar bilden und so keine Bindung eingehen können.
Schwefel hat insgesamt 6 Valenzelektronen, von denen 4 in einem Elektronenpaar sind, deshalb die Wertigkeit 2, da nur 2 Elektronen Bindungen eingehen können.
Was du mit + oder - meintest, weiß ich nicht, jedoch kenne ich die Wertigkeit wie oben beschrieben.
Ich hoffe es war verständlich ausgedrückt und hilft weiter.
Lg
26Ferrum
Mit + und - meinte ich lediglich die Wertigkeit (positiv & negativ).
Danke für deine Antwort :)
Die Antwort enthält zumindest einen Flüchtigkeitsfehler, denn
"Bei Stickstoff und Phosphor sind jeweils 3 Elektronen ..."
Außerdem erklärst du das veraltete und missverständliche Konzept der "Wertigkeit".
Das kann aber vieles nicht erklären, und du deshalb auch nicht.
Deshalb wird es auch nicht mehr verwendet, außer im Anfängerunterricht - leider.
Wenn dich das Thema interessiert, mache dich mit der "Oxidationszahl" vertraut.
ThomasJNewton Danke für die Hinweise. Ich bin mit Oxidationszahlen etwas vertraut, verwende aber für einfache Reaktionsgleichungen das mit der Wertigkeit. Mir ist schon klar, dass bei zB Radoxreaktionen nicht mehr die "alte" Wertigkeit verwendet werden kann.
Jedes Element hat ein Maximum und ein Minimum bei der OZ.
Wobei natürlich sein kann, dass die Chemiker ein Extrem noch nicht entdeckt haben.
Zwischen diesen Extremen sind meist/immer? auch alle möglichen Zwischenstufen irgendwie herstellbar.
Gerade beim Kohlenstoff ist dies offensichtlich, keine der OZ -3, -2, -1, 0, +1, +2 und +3 ist wirklich exotisch, für alle lassen sich bekannte Beispiele finden.
Auch beim Sauerstoff fällt mir einiges ungewöhnliche ein, teils aber eher was für die Experten:
• -2 in Wasser, Oxiden, normal
• -1 in Peroxiden
• -½ in Hyperoxiden
• 0 im elementaren Sauerstoff
• +½ im Disauerstoff-Hexafluoroplatinat
• +1 im Disauerstoffdifluorid
• +2 im Sauerstoffdifluorid
Sowas kannst du für fast jedes Haupt- und Nebengruppenelement machen.
Übrigens, du benutzt "Wertigkeit" im Sinne von Oxidationszahl.
Besser, du verwendest auch den korrekten Ausdruck.
Es gibt nicht "das" p-Orbital sondern 3 davon, px, py und pz.
Und jedes fasst max. 2 Elektronen, macht zusammen 6.
Ich weise nicht jeden darauf hin, der da nachlässig ist.
Aber wenn du du das bis zu "teilweise besetzten Orbitalen" treibt, schon.
Weil es dann auch falsch wird, denn zwischen leeren, halb- und vollbesetzen Orbitalen gibt es kein "Teilweise".
Und sowas wie die Hundsche Regel ist bei deinem "Ansatz" völlig unverständlich.
Im Übrigen beschreibst du alle Beispiele mit einem Ionenmodell, was grundfalsch ist.
Ein N³⁺-Ion hätte zwar die Elektronenkonfiguration 1s²2s², aber sowas liegt im Nitrit nicht vor.
Ohne die Kenntnis von Hybrid- und Molekülorbitalen kommst du bei der Erklärung nicht weiter.
Nicht böse sein!
Man lernt immer vereinfachte Modelle, aber die darf man nicht weiterdenken, wenn man weiterkommen will.
Sondern muss erweiterte Modelle kennenlernen.
In diesem Sinne!