wie rechne ich das anzahlverhältnis?

...komplette Frage anzeigen

1 Antwort

Das ist eigentlich ganz einfach. Dazu musst du nur wissen, warum die meisten Elemente des Periodensystems der Elemente (PSE) überhaupt chemische Reaktionen eingehen. Aber bevor wir uns darum kümmern, erst eine andere Frage: Warum gehen Edelgase (VIII. Hauptgruppe des PSE) so gut wie gar keine stabilen Verbindungen ein? - Antwort: Weil sie eine Elektronenkonfiguration in ihrer Atomhülle haben, die energetisch so günstig (stabil) ist, dass jede Veränderung nur eine Verschlechterung darstellt. Und damit hast du auch gleich den Grund, warum alle anderen Elemente Verbindungen eingehen. Sie wollen nämlich eine ähnlich stabile Elektronenkonfiguration hinbekommen wie sie die Edelgase von Natur aus haben. Um das zu schaffen, gibt es zwei verschiedene Wege:

1) Entweder ein Bindungspartner gibt Elektronen ab, während ein anderer diese Elektronen aufnimmt (das führt zu Ionenverbindungen) oder

2) die Atome der Bindungspartner teilen sich Elektronenpaare (das führt zu Molekülverbindungen).

Nun ist es noch wichtig zu wissen, wie diese Edelgaskonfigurationen aussehen. Der Einfachheit halber merken wir uns: Das 1. HEN ist voll besetzt, wenn es 2 Elektronen hat. Alle anderen HENs sind voll, wenn sie 8 Elektronen besitzen (Oktettregel).

In Ionenverbindungen gibt die Verhältnisformel an, wie viele Ionen du von beiden Sorten mindestens brauchst, um ungeladene Verbindungen hinzubekommen. Dazu musst du natürlich wissen, wie stark deine Ionen jeweils geladen sind. Ein Beispiel:

Magnesiumatome bilden immer folgende Ionen: Mg^2+. Warum? Nun, Magnesium steht in der II. Hauptruppe des PSE. Es hat (also) zwei Elektronen in seinem äußeren Hauptenergieniveau (HEN) (die Elektronen im äußeren HEN nennt man auch Valenzelektronen). Wenn das Magnesiumatom diese beiden Elektronen nicht hätte, dann würde das äußere HEN wegfallen und das nächst innere wäre voll besetzt. Genau das ist der Zustand, wie ihn das Edelgas Neon hat. Darum versuchen Magnesiumatome in chemischen Reaktionen einen Bindungspartner zu finden, der diese zwei Elektronen aufnimmt. Theoretisch könnte das Magnesiumatom auch versuchen, die magische Zahl von 8 Elektronen zu erreichen, aber dazu müsste es 6 Elektronen aufnehmen. Die Abgabe und die Aufnahme von Elektronen erfordert etwa die gleiche Energie. Darum ist es für Magnesiumatome viiieeeel leichter, 2 Elektronen abzugeben, als 6 aufzunehmen. Die Abgabe von Elektronen (negativen Ladungsträgern!) führt aber dazu, dass ein positiv geladener Atomrumpf zurück bleibt. Darum geben also Magnesiumatome ihre beiden Valenzelektronen ab und darum entstehen immer Mg^2+ Ionen.

Sauerstoff steht in der VI. Hauptgruppe des PSE. Sauerstoffatome haben also 6 Valenzelektronen im äußersten HEN. Ihnen fehlen 2 Elektronen, um die Edelgaskonfiguration von (wieder) Neon zu bekommen. Darum nehmen Sauerstoffatome gerne 2 Elektronen auf, wenn sie ihnen von Bindungspartnern angeboten werden. Dadurch entstehen dann O^2- Ionen, denn sie nehmen ja schließlich zwei negative Ladungsträger auf, verstehst du?

Okay, und nun frage ich dich: Wie viele Magnesium-Ionen musst du mit wie vielen Sauerstoff-Ionen zusammen bringen, damit eine ungeladene Bindung entsteht? Beachte: Mg^2+ und O^2-... Eben, du brauchst von beiden Ionen jeweils eins, denn dann gleichen sich die zwei positiven Ladungen des Magnesiumions und die beiden negativen Ladungen des Sauerstoffions genau aus. Darum hat Magnesiumoxid die Verhältnisformel MgO (ein Mg-Ion und ein O-Ion), capice?!

Nehmen wir ein anderes Beispiel: Magnesium und Chlor. Wenn diese beiden Elemente miteinander reagieren, geben die Magnesiumatome wieder jeweils zwei Elektronen ab (s.o.). Aber Chloratome haben 7 Valenzelektronen (Chlor steht in der VII. Hauptgruppe des PSE). Demnach fehlt einem Chloratom nur ein Elektron, um die gleiche Elektronenkonfiguration zu bekommen wie das Edelgas Argon. Du erhältst also Mg^2+ Ionen und Cl^- Ionen. Und nun wieder die Frage: Wie viele Ionen brauchst du von jedem Typ, damit eine ungeladene Verbindung entsteht? Genau - ein Magnesiumion (2+) und zwei Chlorionen (-). Demnach ist die Verhältnisformel diesmal MgCl2, verstehst du.

Wenn du nun den Fall Natrium und Sauerstoff anschaust, hast du folgendes zu verstehen: Natrium (I. Hauptgruppe des PSE) hat 1 Valenzelektron, das es loswerden möchte. Sauerstoffatome machen da aber nur mit, wenn sie 2 Elektronen bekommen (s.o.). Frage: Wie viele Ionen brauchst du von jedem Typ, damit eine ungeladene Verbindung entsteht? - Korrekt: 2 Natriumionen (+) und ein Suerstoffion (2-). Also lautet die Verhältnisformel hier: Na2O.

Kommen wir nun zu den Molekülverbindungen. Du hast selbst das Beispiel Wasser (H2O) angeführt. Wie geht man nun hier vor? - Also: Wenn du Wasserstoff und Sauerstoff miteinander reagieren lässt, stößt du auf ein Problem: Wasserstoff steht in der I. Hauptgruppe des PSE. Ein Wasserstoffatom hat also 1 Valenzelektron. Er bräuchte nur ein weiteres, um den Edelgaszustand von Helium zu erlangen (bitte beachten: Wasserstoff hat nur das 1. HEN und das ist schon mit 2 Elektronen voll besetzt - s.o.). Wenn es dagegen dieses eine Elektron abgeben würde, hätte es gar kein Elektron mehr. Es bestünde nur noch aus dem Atomkern, der aus einem Proton besteht. Ein freies Proton ist aber nicht existenzfähig. Also gibt Wasserstoff sein Elektron nicht her. Umgekehrt braucht ein Sauerstoffatom nur 2 Elektronen, um sein äußeres HEN voll besetzt zu haben. & Elektronen abzugeben, wäre eine viel zu große Energiebelastung. Also will auch das Sauerstoffatom keine Elektronen abgeben. Darum kommen wir hier mit dem Abgabe-Aufnahme-Konzept nicht weiter...

Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit. Statt die Elektronen abzugeben bzw. aufzunehmen, kann man sie auch teilen. Der große Vorteil dabei ist, dass beim Teilen die Elektronenpaare, die sich bilden, beiden Bindungspartnern gleichzeitig gehören! Nun hat also ein Wasserstoffatom 1 Valenzelektron, ein Sauerstoffatom 6. Die sechs Valenzelektronen des Sauerstoffs kann man sich so verteilt denken: Zwei Elektronenpaare und zwei einzelne (ungepaarte) Elektronen. Wenn ich jetzt mal die gepaarten Elektronen nicht berücksichtige, kann man das so schreiben:

H• + •O• + •H

Na, und wenn ich diese drei Atome jetzt so weit einander annähere, dass sich die Einzelelektronen zu bindenden Elektronenpaaren zusammenschließen können, dann entsteht folgendes Molekül:

H-O-H (Der Strich symbolisiert hier ein bindendes Elektronenpaar).

Mit den beiden nicht eingezeichneten nichtbindenden Elektronenpaaren am Sauerstoffatom ergeben sich dann folgende Verteilungen: Der linke Wasserstoff hat ein bindendes Elektronenpaar zum Sauerstoff. Dieses Paar kann er völlig zu sich gehörend zählen. Damit hat er also zwei Elektronen und damit sein HEN voll besetzt. Das gleiche gilt analog natürlich auch für den rechten Wasserstoff. Das Sauerstoffatom hat seinerseits zwei bindende Elektronenpaare (jeweils eins zu den beiden Wasserstoffatomen). Hinzu kommen zwei (nichteingezeichnete) nichtbindende Elektronenpaare. Das macht zusammen vier Elektronenpaare. Vier Paare sind 8 Elektronen, also genau so viele, wie er zur vollen Besetzung seines 2. HENs benötigt. Alle sind zufrieden. Naja, und weil man nun 2 Wasserstoffatome und 1 Sauerstoffatom brauchte, um diesen Zustand zu ermöglichen, lautet die Molekülformel von Wasser H2O.

Für andere Molekülformeln ist der Begriff der "Bindigkeit" (Wertigkeit) hilfreich. Damit ist gemeint, wie viele bindende Elektronenpaare ("Bindeärmchen") ein Atom normalerweise ausbildet. Hier hilft folgende kleine Tabelle:

H: 1-bindig

C: 4-bindig

N, P: 3-bindig

O, S: 2-bindig

F, Cl, Br I: 1-bindig

Darum gibt es folgende Moleküle: CH4, HCl, NH3, H2S usw...

So, ich hoffe, diese sehr umfangreiche Erklärung hat alles Wichtige abgedeckt und verständlich gemacht. LG von der Waterkant.

Was möchtest Du wissen?