Oktettregel

Oktettregel Übung

• Beschreibe, was Valenzelektronen sind.

  Tipps

  Von allen Elektronen eines Atoms sind die Valenzelektronen die interessantesten.

  Lösung

  Atome bestehen aus sogenannten Elementarteilchen. Im Atomkern befinden sich Protonen und Neutronen, in der Atomhülle befinden sich die Elektronen. Dabei gibt es eine bestimmte Gruppe von Elektronen, die besonders wichtig ist, wenn es um chemische Verbindungen geht. Dabei handelt es sich um die Valenzelektronen:
  
  

  • Valenzelektronen sind die Außenelektronen eines Atoms. Sie befinden sich auf der Valenzschale, also auf der äußersten Schale, eines Atoms.
  • Von allen Elektronen eines Atoms sind das die interessantesten, denn Valenzelektronen sind für das chemische Verhalten eines Atoms verantwortlich.
  • Die Anzahl an Valenzelektronen eines Elements kannst du dem Periodensystem der Elemente entnehmen. Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl an Valenzelektronen. Das heißt also, dass alle Elemente in der ersten Hauptgruppe ein Valenzelektron haben, die in der zweiten zwei, in der dritten drei und so weiter.
  • Eine Ausnahme ist Helium: Trotz der Position in der achten Hauptgruppe hat Helium nur zwei Außenelektronen. Dies liegt daran, dass sich Helium in der ersten Periode befindet und nur eine Schale besitzt.

• Gib die Anzahl der Valenzelektronen an.

  Tipps

  Valenzelektronen sind die Außenelektronen.

  Die Außenelektronen befinden sich auf der Valenzschale. Das ist die äußerste Schale eines Atoms.

  Lösung

  Die Anzahl an Valenzelektronen eines Elements kannst du dem Periodensystem der Elemente entnehmen. Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl an Valenzelektronen. Das heißt also, dass alle Elemente in der ersten Hauptgruppe ein Valenzelektron haben, die in der zweiten zwei, in der dritten drei und so weiter.
  
  

  • Das Alkalimetall Natrium befindet sich in der ersten Hauptgruppe. Somit hat das Natriumatom nur ein Valenzelektron auf der Valenzschale.
  • Chlor steht in der siebten Hauptgruppe, daher besitzt es sieben Valenzelektronen. Elemente der siebten Hauptgruppe gehören zu den Halogenen und gehen gern Verbindungen mit Elementen der ersten Hauptgruppe ein, um deren abgegebenes Elektron aufzunehmen.
  • Sauerstoff befindet sich in der sechsten Hauptgruppe. Deshalb wissen wir, dass ein Sauerstoffatom sechs Valenzelektronen auf der äußersten Schale hat.
  • Das Metall Aluminium steht in der dritten Hauptgruppe. Somit sind drei Valenzelektronen auf der äußersten Schale, die abgegeben werden können.

• Vergleiche die Edelgasregel mit der Oktettregel.

  Tipps

  Drei Antwortmöglichkeiten bleiben übrig.

  Edelgase sind energetisch stabil.

  Auf der ersten Schale ist lediglich Platz für maximal zwei Valenzelektronen.

  Lösung

  Die Edelgasregel besagt ganz allgemein, dass Atome danach bestrebt sind, die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Edelgase sind die Elemente in der achten Hauptgruppe, die eine voll besetzte Außenschale haben und somit sehr stabil sind. Sie reagieren deshalb quasi gar nicht und gehen mit anderen Elementen keine Verbindungen ein. Sie sind also reaktionsträge.

  Die Oktettregel ist spezieller, denn sie gilt als Sonderform der Edelgasregel und wird auch Acht-Elektronen-Regel genannt. Sie beschränkt sich auf die Elemente der Hauptgruppen ab der zweiten Periode. Es geht hierbei also um die Verteilung der Elektronen in der Elektronenhülle: die Elektronenkonfiguration. Ist die äußerste Schale voll besetzt, ist dies energetisch besonders stabil und wird daher angestrebt.

• Charakterisiere die Bindungsarten der beiden Beispiele.

  Tipps

  Jedem Beispiel werden fünf Elemente zugeordnet.

  Metalle und Nichtmetalle gehen eine Ionenbindung ein.

  Eine andere Bezeichnung für „Atombindung“ ist „kovalente Bindung“.

  Lösung

  Natriumchlorid $(\ce{NaCl})$ ist ein Beispiel für eine Ionenbindung. In der Regel entstehen Ionenbindungen, wenn ein Nichtmetall und ein Metall miteinander eine Verbindung eingehen. Dabei gibt ein Bindungspartner ein oder mehrere Elektronen ab, der andere wiederum nimmt diese Elektronen auf.
  Natrium ist in der ersten Hauptgruppe ansässig und hat ein Außenelektron. Es muss also nur dieses Außenelektron abgeben, dann wird die Schale darunter zur neuen Außenschale – und die ist ja bereits voll besetzt. Natrium wird durch die Elektronenabgabe zu einem positiv geladenen Kation $(\ce{Na+})$ und erhält so die Edelgaskonfiguration von Neon.
  Chlor befindet sich in der siebten Hauptgruppe und möchte mit seinen sieben Außenelektronen sozusagen liebend gerne ein Elektron aufnehmen, um als negativ geladenes Anion $(\ce{Cl-})$ die Edelgaskonfiguration von Argon zu erreichen.
  Die Bildung von Natriumchlorid ist daher „ein super Deal“ für beide, da durch die Elektronenabgabe beziehungsweise Elektronenaufnahme sowohl bei Natrium als auch bei Chlor die Edelgaskonfiguration erreicht wird.

  Kohlenstoffdioxid $(\ce{CO2})$ ist ein Beispiel für eine Atombindung beziehungsweise kovalente Bindung. Diese Bindungsart entsteht, wenn Nichtmetalle miteinander reagieren.
  Hier haben wir ein Kohlenstoffatom mit vier Außenelektronen und zwei Sauerstoffatome mit jeweils sechs Außenelektronen. Diese Bindungspartner gehen eine Bindung ein, indem sie sich die Elektronen teilen, um auf die acht Außenelektronen zu kommen und somit die Oktettregel zu erfüllen. Die geteilten Elektronen, also die Bindungselektronen, gehören nun jeweils beiden Partnern einer Bindung.

• Bestimme die jeweilige Bindungsart.

  Tipps

  In einer Atombindung werden Elektronen geteilt.

  In einer Ionenbindung gibt ein Atom ein oder mehrere Elektronen an ein anderes Atom ab. So werden beide zu Ionen.

  Lösung

  $\ce{NaCl}$ (Natriumchlorid) ist ein Beispiel für eine Ionenbindung.
  Natrium ist in der ersten Hauptgruppe ansässig und hat somit ein Außenelektron. Es muss also nur dieses Außenelektron abgeben, dann wird die Schale darunter zur neuen Außenschale – und die ist ja bereits voll besetzt. Natrium wird durch die Elektronenabgabe zu einem positiv geladenen Kation $(\ce{Na+})$ und erhält so die Edelgaskonfiguration von Neon.
  Chlor befindet sich in der siebten Hauptgruppe und möchte mit seinen sieben Außenelektronen sozusagen liebend gerne ein Elektron aufnehmen, um als negativ geladenes Anion $(\ce{Cl-})$ die Edelgaskonfiguration von Argon zu erreichen.
  Die Bildung von Natriumchlorid ist daher „ein super Deal“ für beide, da durch die Elektronenabgabe beziehungsweise Elektronenaufnahme sowohl bei Natrium als auch bei Chlor die Edelgaskonfiguration erreicht wird.

  $\ce{CO2}$ (Kohlenstoffdioxid) ist ein Beispiel für eine Atombindung beziehungsweise kovalente Bindung.
  Hier haben wir ein Kohlenstoffatom mit vier Außenelektronen und zwei Sauerstoffatome mit jeweils sechs Außenelektronen. Gehen diese eine Bindung ein, kommen alle Bindungspartner auf acht Elektronen. Die geteilten Elektronen, also die Bindungselektronen, gehören nun jeweils beiden Partnern einer Bindung.

• Bestimme die Bindungsart von Wasser.

  Tipps

  Es gibt zwei richtige Antworten.

  Die Verbindung Wasser besteht aus den Elementen Wasserstoff ($\ce{H}$) und Sauerstoff ($\ce{O}$).

  Nimm das Periodensystem der Elemente zur Hilfe, um nachzuschauen, welche Eigenschaften Wasserstoff und Sauerstoff haben.

  Die Summenformel von Wasser lautet $\ce{H2O}$.

  Wasserstoff und Sauerstoff sind beide Nichtmetalle.

  Lösung

  Wasser ist eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Beide Elemente des Periodensystems sind Nichtmetalle. Sie gehen also eine Atombindung ein. Das heißt, sie teilen sich die Außenelektronen.
  Wasserstoff befindet sich in der ersten Hauptgruppe und hat darum ein Außenelektron. Sauerstoff steht in der sechsten Hauptgruppe. Das bedeutet, auf der äußersten Schale befinden sich sechs Außenelektronen.
  Würden die beiden Bindungspartner eine Verbindung eingehen, wäre die Edelgasregel für Sauerstoff noch nicht erfüllt, da ein Wasserstoffatom nur ein Außenelektron anbieten kann, Sauerstoff aber zwei benötigt, um eine voll besetzte Schale zu haben. Daher wird ein zweites Wasserstoffatom benötigt. So sind alle „zufrieden“: Sauerstoff hat durch die Verbindung mit zwei Wasserstoffatomen (mit jeweils einem Außenelektron) acht Außenelektronen, die beiden Wasserstoffatome haben durch die Verbindung jeweils zwei Außenelektronen und somit auch eine voll besetzte Schale. Die Summenformel von Wasser lautet also $\ce{H2O}$.
  Wasserstoff benötigt anstatt acht nur zwei Außenelektronen, weil es nur eine Valenzschale besitzt. Die innerste aller Schalen hat lediglich Platz für maximal zwei Elektronen. Deshalb ist für Helium und Wasserstoff die Edelgasregel bereits bei zwei Außenelektronen erfüllt.