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Valenz-Elektronen

Wie bereits in einem früheren Abschnitt dieses Kapitels erwähnt, sind Elektronen von großer Bedeutung, denn eine bestimmte Untergruppe von Elektronen, die sogenannten Valenzelektronen, sind allein dafür verantwortlich, wie sich Elemente miteinander verbinden. Die Anzahl der Valenzelektronen, die in einem Atom vorhanden sind, kann anhand der Elektronenkonfiguration des Atoms bestimmt werden. Valenzelektronen befinden sich in den Orbitalen, die mit dem höchsten besetzten Energieniveau eines Atoms verbunden sind. Die verbleibenden Elektronen, die als Innenschalenelektronen bezeichnet werden, nehmen nicht an der Bindung teil und sind daher für die Untersuchung nicht wichtig.

Betrachten Sie die Elektronenkonfiguration von Schwefel, die im vorherigen Abschnitt bestimmt wurde und im Folgenden wiedergegeben wird.

1s22s22p63s23p4

Erinnern Sie sich daran, dass die Energieniveaus in einer Elektronenkonfiguration die führenden roten Zahlen sind, die den Beginn eines neuen Energieniveaus/einer Orbitalkombination bezeichnen. Schwefel hat Elektronen im ersten, zweiten und dritten Energieniveau, wie durch die führenden roten 1, 2 bzw. 3 angezeigt. Valenzelektronen sind diejenigen, die sich im höchsten besetzten Energieniveau befinden. Daher müssen in diesem Fall nur die Elektronen berücksichtigt werden, die mit einem Energieniveau/einer Orbitalkombination verbunden sind, die mit einer 3 beginnt. Da zwei Energieniveau/Orbital-Kombinationen mit einer 3 beginnen, werden beide Orbitale für die weitere Betrachtung ausgewählt:

3s23p4

Die zu diesen Orbitalen gehörenden Hochzahlen summieren sich zu 6. Daher hat Schwefel 6 Valenzelektronen.

Beispiel \(\PageIndex{1}\)

Bestimmen Sie, wie viele der Elektronen von Stickstoff als Valenzelektronen klassifiziert sind. Die Elektronenkonfiguration von Stickstoff, die im vorherigen Abschnitt bestimmt wurde, ist unten dargestellt.

1s22s22p3

Lösung

Stickstoff hat Elektronen im ersten und zweiten Energieniveau, wie durch die führenden roten 1 bzw. 2 angezeigt. Valenzelektronen sind diejenigen, die sich im höchsten besetzten Energieniveau befinden. Daher müssen in diesem Fall nur die Elektronen berücksichtigt werden, die einem Energieniveau/einer Orbitalkombination zugeordnet sind, die mit einer 2 beginnt. Da zwei Energieniveau/Orbital-Kombinationen mit einer 2 beginnen, werden beide Orbitale für die weitere Betrachtung ausgewählt:

2s22p3

Die zu diesen Orbitalen gehörenden Hochzahlen summieren sich zu 5. Stickstoff hat also 5 Valenzelektronen.

Übung \(\PageIndex{1}\)

Bestimmen Sie, wie viele der Elektronen in jedem der folgenden Elemente als Valenzelektronen klassifiziert sind. Die Elektronenkonfiguration jedes Elements, die im vorherigen Abschnitt bestimmt wurde, ist unten dargestellt.

1. Neon

1s22s22p6

1. Calcium

1s22s22p63s23p64s2

Antwort a Neon hat Elektronen im ersten und zweiten Energieniveau, wie durch die führenden roten 1 bzw. 2 angezeigt. Valenzelektronen sind diejenigen, die sich im höchsten besetzten Energieniveau befinden. Daher müssen in diesem Fall nur die Elektronen berücksichtigt werden, die einem Energieniveau/einer Orbitalkombination zugeordnet sind, die mit einer 2 beginnt. Da zwei Energieniveau-/Orbitalkombinationen mit einer 2 beginnen, werden beide Orbitale für die weitere Betrachtung ausgewählt:

2s22p6

Die zu diesen Orbitalen gehörenden Hochzahlen summieren sich zu 8. Daher hat Neon 8 Valenzelektronen. Antwort b Calcium hat Elektronen im ersten, zweiten, dritten und vierten Energieniveau, wie durch die führenden roten 1, 2, 3 bzw. 4 angezeigt. Valenzelektronen sind diejenigen, die sich im höchsten besetzten Energieniveau befinden. Daher müssen in diesem Fall nur die Elektronen betrachtet werden, die mit einem Energieniveau/einer Orbitalkombination verbunden sind, die mit einer 4 beginnt. Da nur ein Energieniveau/eine Orbitalkombination mit einer 4 beginnt, wird nur ein Orbital für die weitere Betrachtung ausgewählt:

4s2

Das diesem Orbital zugeordnete Hochkomma ist eine 2. Calcium hat also 2 Valenzelektronen.

Während eine Elektronenkonfiguration alle in einem Atom eines Elements vorhandenen Elektronen repräsentiert, sind Chemiker nur an den Valenzelektronen eines Atoms wirklich interessiert, da dies, wie oben erwähnt, die Elektronen sind, die allein dafür verantwortlich sind, wie sich Elemente miteinander verbinden. Daher wäre es sehr praktisch, eine „Abkürzung“ zu finden, um zu bestimmen, wie viele Valenzelektronen in einem Atom vorhanden sind. Eine solche „Abkürzung“ gibt es in der Tat. In einem früheren Abschnitt dieses Kapitels wurden drei Systeme zur Beschriftung der Gruppen oder Spalten im Periodensystem vorgestellt. Das zweite System, das als „A/B-System“ bezeichnet wird, wurde angegeben, um einen Einblick in den elektronischen Charakter der Elemente zu geben, die innerhalb dieser Gruppe gefunden werden.

Betrachten wir noch einmal Schwefel, S, der aufgrund seiner Elektronenkonfiguration 6 Valenzelektronen besitzt.

Schwefel befindet sich in der 16. Spalte des Periodensystems. Zur Bezeichnung der Hauptgruppenelemente wird jedoch das „A/B-System“ verwendet. Die Gruppe 16 ist die 6. Spalte in den Hauptgruppenspalten oder „A-Block“ des Periodensystems und wird daher als Gruppe 6A bezeichnet. Beachten Sie, dass die Anzahl der Valenzelektronen von Schwefel mit seiner Gruppennummer im „A/B-System“ übereinstimmt. Dieser Zusammenhang gilt für fast alle Elemente, die in den Hauptgruppenspalten des Periodensystems zu finden sind. Helium ist die einzige Ausnahme von dieser Regel, da es in der Gruppe 8A zu finden ist, aber nur zwei Gesamtelektronen enthält. Diese Inkonsistenz macht die „A/B-Verknüpfungsmethode“ ungültig, und die Elektronenkonfigurationsmethode muss angewendet werden, um zu bestimmen, dass beide Elektronen des Heliums Valenzelektronen sind.

Da die Gruppennummer des „A/B-Systems“ der Anzahl der Valenzelektronen entspricht, die in einem Atom vorhanden sind, haben alle Elemente, die in der gleichen Spalte gefunden werden, die gleiche Anzahl von Valenzelektronen. Da die Valenzelektronen eines Atoms allein dafür verantwortlich sind, wie sich Elemente miteinander verbinden, erklärt diese Gemeinsamkeit im elektronischen Charakter, warum alle Elemente innerhalb einer Gruppe ähnliche Eigenschaften haben.

Beispiel \(\PageIndex{2}\)

Bestimmen Sie anhand seiner Position im Periodensystem, wie viele der Elektronen von Stickstoff als Valenzelektronen klassifiziert sind.

Lösung

Die Gruppennummer im „A/B-System“ gibt die Anzahl der Valenzelektronen an, die in einem Atom vorhanden sind. Stickstoff (N) befindet sich in der 15. Spalte des Periodensystems. Das „A/B-System“ wird jedoch zur Kennzeichnung der Hauptgruppenelemente verwendet. Die Gruppe 15 ist die 5. Spalte in den Hauptgruppen- oder „A-Block“-Spalten des Periodensystems und wird daher als Gruppe 5A bezeichnet. Daher hat Stickstoff 5 Valenzelektronen. (Diese Antwort stimmt mit der Lösung von Beispiel \(\PageIndex{1}\) überein.)

Übung \(\PageIndex{2}\)

Bestimmen Sie auf der Grundlage des Periodensystems, wie viele der Elektronen in jedem der folgenden Elemente als Valenzelektronen klassifiziert sind.

1. Neon
2. Calcium

Antwort a Die Gruppennummer des „A/B-Systems“ gibt die Anzahl der Valenzelektronen an, die in einem Atom vorhanden sind. Neon (Ne) befindet sich in der Gruppe 18, die im „A/B-System“ als Gruppe 8A bezeichnet wird. Daher hat Neon 8 Valenzelektronen. (Diese Antwort stimmt mit der Lösung von Übung \(\PageIndex{1}\text{a}\) überein.) Antwort b Calcium (Ca) befindet sich in Gruppe 2, die im „A/B-System“ als Gruppe 2A bezeichnet wird. Daher hat Calcium 2 Valenzelektronen. (Auch diese Antwort stimmt mit der Lösung von Übung \(\PageIndex{1}\text{b}\) überein.)