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Valenzelektronen bestimmen und verstehen
Valenzelektronen sind die Elektronen in der äußersten besetzten Schale eines Atoms. Sie beeinflussen besonders stark, wie sich ein Atom chemisch verhält und welche Bindungen es eingehen kann.
Auf dieser Seite lernst du zwei Wege kennen, mit denen du die Zahl der Valenzelektronen bei Hauptgruppenelementen bestimmst.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Was sind Valenzelektronen?
Ein Atom besteht aus einem Kern und einer Elektronenhülle. Im einfachen Schalenmodell verteilst du die Elektronen auf Schalen um den Kern. Die äußerste Schale, auf der sich mindestens ein Elektron befindet, heißt äußerste besetzte Schale.
Valenzelektronen
Valenzelektronen oder Außenelektronen sind bei Hauptgruppenelementen alle Elektronen der äußersten besetzten Schale. Sie können an chemischen Bindungen beteiligt sein.
Die äußerste besetzte Schale muss nicht voll sein. Natrium besitzt beispielsweise nur ein Elektron auf seiner äußersten Schale. Gerade diese Besetzung ist für sein chemisches Verhalten wichtig.
Das Schalenmodell ist ein vereinfachtes Denkmodell. Die gezeichneten Schalen sind keine starren Kreisbahnen, auf denen Elektronen wie Planeten fliegen. Bei Nebengruppenelementen reicht die einfache Regel „nur die äußerste Schale“ außerdem nicht aus: Dort können auch Elektronen eines d-Orbitals der vorhergehenden Schale zu den Valenzelektronen gehören.
Wie liest du die Anzahl im Periodensystem ab?
Bei einem Hauptgruppenelement entspricht die Nummer der Hauptgruppe in der schulischen Zählung von 1 bis 8 der Zahl seiner Valenzelektronen.
| Hauptgruppe | Valenzelektronen | Beispiel |
|---|---|---|
| 1 | 1 | Natrium |
| 2 | 2 | Magnesium |
| 3 | 3 | Aluminium |
| 4 | 4 | Kohlenstoff |
| 5 | 5 | Stickstoff |
| 6 | 6 | Sauerstoff |
| 7 | 7 | Chlor |
| 8 | 8 | Neon |
Kohlenstoff steht in der vierten Hauptgruppe. Deshalb besitzt ein Kohlenstoffatom 4 Valenzelektronen.
Bei Hauptgruppenelementen gilt: Hauptgruppennummer = Zahl der Valenzelektronen.
Ausnahme: Helium steht bei den Elementen der achten Hauptgruppe, besitzt aber insgesamt nur zwei Elektronen. Daher hat es auch nur 2 Valenzelektronen.
Wie bestimmst du Valenzelektronen mit dem Schalenmodell?
Die Ordnungszahl gibt die Zahl der Protonen im Atomkern an. Bei einem neutralen Atom ist sie zugleich die Gesamtzahl der Elektronen.
Im verwendeten Schalenmodell werden die Elektronen von innen nach außen verteilt:
| Schale | maximale Elektronenzahl |
|---|---|
| K | 2 |
| L | 8 |
| M | 18 |
| N | 32 |
Für neutrale Hauptgruppenatome der ersten drei Perioden gehst du so vor:
- Lies die Ordnungszahl ab. Sie liefert die Gesamtzahl der Elektronen.
- Besetze zuerst die K-Schale mit bis zu 2 Elektronen.
- Besetze danach die L-Schale mit bis zu 8 Elektronen.
- Ordne die verbleibenden Elektronen der nächsten Schale zu.
- Zähle die Elektronen auf der äußersten besetzten Schale.
Natrium hat die Ordnungszahl 11. Ein neutrales Natriumatom besitzt daher 11 Elektronen.
- K-Schale: 2 Elektronen; 9 bleiben übrig.
- L-Schale: 8 Elektronen; 1 bleibt übrig.
- M-Schale: das verbleibende Elektron.
Die M-Schale ist die äußerste besetzte Schale. Natrium besitzt somit 1 Valenzelektron. Das stimmt mit seiner Stellung in der ersten Hauptgruppe überein.
Chlor hat die Ordnungszahl 17. Nach der Besetzung von K- und L-Schale bleiben
$$17 - 2 - 8 = 7$$
Elektronen übrig. Sie befinden sich auf der M-Schale. Chlor besitzt daher 7 Valenzelektronen.
Prüfe dein Ergebnis möglichst auf zwei Wegen: mit der Schalenverteilung und mit der Hauptgruppennummer. Stimmen beide Ergebnisse überein, hast du wahrscheinlich richtig gearbeitet.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Ein neutrales Chloratom besitzt insgesamt Elektronen. Davon liegen auf der K-Schale und auf der L-Schale. Damit bleiben Valenzelektronen auf der M-Schale.
Warum sind Valenzelektronen chemisch wichtig?
Valenzelektronen können bei chemischen Bindungen genutzt, abgegeben oder geteilt werden. Deshalb hilft ihre Anzahl dabei, das Bindungsverhalten eines Hauptgruppenelements zu verstehen.
Die Oktettregel ist dafür eine vereinfachte Orientierung: Viele Hauptgruppenatome erreichen bei der Bildung von Molekülen oder Ionen einen stabilen Zustand mit acht Elektronen in der Außenschale. Helium ist bereits mit zwei Elektronen stabil. Außerdem gibt es Ausnahmen von der Oktettregel; sie ist daher keine ausnahmslose Naturregel.
Bindungselektronen
Bindungselektronen sind Valenzelektronen, die in einem bestimmten chemischen Zustand tatsächlich an einer Bindung beteiligt sind. Nicht jedes Valenzelektron muss ein Bindungselektron sein.
Chlor besitzt 7 Valenzelektronen. Im Molekül HCl steuern Wasserstoff und Chlor jeweils ein Elektron zu einem gemeinsamen Elektronenpaar bei. Von den sieben Valenzelektronen des Chlors ist hier eines an der Bindung beteiligt; die übrigen sechs sind nichtbindend.
Daran erkennst du: Die Zahl der Valenzelektronen ist nicht automatisch die Zahl der Bindungen oder der beteiligten Bindungselektronen.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Valenzelektronen
- Lage: äußerste besetzte Schale
- Bestimmung: Hauptgruppennummer oder Ordnungszahl und Schalenverteilung
- Bedeutung: chemisches Verhalten und mögliche Bindungsbeteiligung
- Abgrenzung: Nicht jedes Valenzelektron ist ein Bindungselektron
- Ausnahme: Helium besitzt nur zwei Valenzelektronen
- Modellgrenze: Die einfache Hauptgruppenregel gilt nicht unverändert für Nebengruppenelemente