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Textversion des Videos

Transkript Stöchiometrische Wertigkeit gegenüber Wasserstoff

Hallo, liebe Freundinnen und Freunde der Chemie. Ich freue mich, dass ihr mich weiter begleitet auf meiner Reise durch das Periodensystem der Elemente. Das hier ist bereits das Video Nummer 9. Im Video 8 haben wir über die stöchiometrische Wertigkeit der Hauptgruppenelemente gesprochen. Der Merksatz war: Die höchste stöchiometrische Wertigkeit eines Hauptgruppenelements ist gleich der Nummer der Hauptgruppe. Wir haben die stöchiometrischen Wertigkeiten der chemischen Elemente der Hauptgruppen 1-7 aus den Oxyden hergeleitet. Ihr seht die entsprechenden Wertigkeiten unterhalb der entsprechenden Hauptgruppen. Sie entsprechen genau der Nummer der jeweiligen Hauptgruppe. Man sagt auch, dass es sich hierbei um Wertigkeiten gegenüber Sauerstoff handelt. Daher schreibe ich an den Kopf dieser Zeile, das Symbol des chemischen Elements Sauerstoff O. Sauerstoff, das haben wir bereits festgestellt, hat die Wertigkeit 2. Zur Erinnerung lege ich den Merkzettel in die entsprechende Zeile. In diesem Video nun wollen wir die Wertigkeiten der Hauptgruppenelemente gegenüber Wasserstoff zu denen gegenüber Sauerstoff in den Vergleich setzen. Wir erinnern uns: Wasserstoff hat die Wertigkeit 1 - das wurde so definiert. Wir betrachten nun nacheinander die chemischen Elemente der dritten Periode des Periodensystems der Elemente. Uns interessieren die Verbindungen dieser Elemente mit dem chemischen Element Wasserstoff H. Wir beginnen mit der ersten Hauptgruppe und dem chemischen Element Natrium (Na). Wir haben bereits in einem der vorherigen Videos gelernt, dass die Verbindung aus Natrium Na und Wasserstoff H, die chemische Formel NaH besitzt. Das heißt, ein Atom Natrium ist mit einem Atom Wasserstoff verbunden. Wir wissen, dass Wasserstoff die Wertigkeit 1 hat. Ich schreibe daher eine 1 über das Symbol für ein Atom Wasserstoff in der chemischen Formel. Da 1 Atom Wasserstoff mit 1 Atom Natrium verbunden ist und sich die Wertigkeiten ausgleichen müssen, besitzt auch das Natrium die Wertigkeit 1. Gehen wir nun über zur zweiten Hauptgruppe. Dort finden wir in der dritten Periode das chemische Element Magnesium (Mg). Wir wissen aus einem der vorherigen Videos, dass die Verbindung aus Magnesium und Wasserstoff die chemische Formel MgH2. Wasserstoff ist einwertig. Ich schreibe daher über das Wasserstoffatom in der Formel eine 1. Da wir 2 Wasserstoffatome im Molekül haben, ergibt sich als Gesamtwertigkeit 2×1=2. Diese Gesamtwertigkeit muss nun von dem 1 Magnesiumatom kompensiert werden. Das heißt: 2 entfallen auf das Magnesiumatom. Damit ist klar, dass Magnesium in dieser Verbindung die Wertigkeit 2 hat.  Wir fahren fort mit der 3. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente und wir finden in der dritten Periode das chemische Element Aluminium Al. Wir wissen aus dem früheren Video, dass die Verbindung aus Aluminium und Wasserstoff durch die chemische Formel AlH3 dargestellt wird. Wasserstoff, das wissen wir, hat die Wertigkeit 1. Ich schreibe über das Wasserstoffatom in der Formel eine 1. Wir haben 3 Wasserstoffatome. Damit ergibt sich für die Gesamtwertigkeit des Wasserstoffs in der Verbindung: 3×1=3. Diese Gesamtwertigkeit von 3 entfällt nun auf das einzige Aluminiumatom in der chemischen Formel. Das heißt: Aluminium ist dreiwertig. Wir fahren fort mit der vierten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente und finden in der dritten Periode das chemische Element Silizium Si. Die Formel für die Verbindung aus Silizium und Wasserstoff lautet: SiH4. Wasserstoff ist 1-wertig. Wir schreiben über das Wasserstoffatom eine 1. In der Formel finden wir 4 Wasserstoffatome. Das heißt die Gesamtwertigkeit für die Wasserstoffatome beträgt 4×1=4. Die Gesamtwertigkeit der Wasserstoffatome muss nun durch das einzige Siliziumatom kompensiert werden. Das heißt: Silizium hat die Wertigkeit 4. Und wir arbeiten uns weiter im Periodensystem der Elemente vor. Nun sind wir angelangt in der fünften Hauptgruppe. Das Element der dritten Periode heißt Phosphor P. Die Verbindung aus Phosphor und Wasserstoff hat die chemische Formel: PH3. Wir wissen bereits und haben es häufig nun praktiziert, dass Wasserstoff die Wertigkeit 1 besitzt. Ich schreibe diese 1 über das Symbol des Wasserstoffatoms in der Formel. 3 Wasserstoffatome ergeben zusammen eine Wertigkeit von 3. Diese Gesamtwertigkeit 3 muss nun von dem einzigen Phosphoratom in der chemischen Formel kompensiert werden. Das heißt Phosphor hat eine Wertigkeit von 3. In der sechsten Hauptgruppe in der dritten Periode treffen wir das chemische Element Schwefel S. Die Verbindung aus Wasserstoff und Schwefel hat die  Formel: H2S. Das heißt: 2 Wasserstoffatome sind mit einem Schwefelatom verbunden. Über das Wasserstoffatom schreiben wir die Wertigkeit 1, 2 Wasserstoffatome ergeben zusammen die Wertigkeit 2, 2×1 =2. Diese Gesamtwertigkeit der Wasserstoffatome, muss durch das einzige Schwefelatom in der chemischen Formel ausgeglichen werden. Das bedeutet: Schwefel hat in dieser Verbindung die Wertigkeit  2. Wir gehen weiter nach rechts im Periodensystem. Verlassen die sechste Hauptgruppe und gelangen in der siebten Hauptgruppe, der dritten Periode zum chemischen Element Chlor, Cl. Die Verbindung aus Chlor und Wasserstoff, viele kennen sie bereits, heißt Chlorwasserstoff und hat die Formel HCl. 1 Wasserstoffatom ist mit 1 Chloratom chemisch gebunden. Wasserstoff hat die Wertigkeit 1 und diese Wertigkeit muss durch das einzige Chloratom der chemischen Verbindung kompensiert werden. Daher hat Chlor in dieser Verbindung ebenfalls die Wertigkeit 1.  Vergessen wir Argon nicht. Wir wissen bereits, dass die Edelgase, zumindest bis zum Argon, keinerlei chemische Verbindungen eingehen. So, nun wollen wir die beiden Reihen von Wertigkeit vergleichen. Die obere Reihe ist die Wertigkeit gegenüber Sauerstoff. Und wir können für diese Wertigkeiten einen kleinen Nachsatz formulieren: Die maximale Wertigkeit gegenüber Sauerstoff ist gleich der Nummer der Hauptgruppe. Und nun noch einen Merksatz für die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff: Die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff ist gleich 8 minus die Nummer der Hauptgruppe (5 bis 8) oder gleich der Nummer der Hauptgruppe (1 bis 4).  Ich werde nun die Wertigkeiten für Wasserstoff (1) und die Wertigkeit für Sauerstoff (2) im rechten unteren Bildrand platzieren. Diese beiden Wertigkeiten sollte man sich vielleicht merken, denn damit kann man fast alle Wertigkeiten der Verbindungen im Periodensystems der Elemente herleiten und man frohlocket: Die Chemie hat ihre Gesetze. Zum Ende nun, schaut dieses schöne Ergebnis und genießt es. Es ist bei der Betrachtung vieler chemischer Verbindungen von großem Nutzen. Euch lieben Interessierten der Chemie wüsche ich alles Gute und viel Erfolg.

Informationen zum Video
4 Kommentare
  1. 001

    Erstmal prinzipiell zum Herangehen. Erkläre mir bitte einmal warum 7 mal 8 56 ist. Kannst du nicht? Ach so?!? Weil es HALT (saublödes Wort!) so ist! Es gibt immer Anfangsprinzipien, Grundlagen, Axiome.
    Also:
    1. Gewisse Startaxiome gibt es in jeder vernünftigen Wissenschaft.
    Wenn du nun eine Reaktion anschaust, so solltest du erst einmal abklären, worum es sich überhaupt handelt. Denn in AC auf dem Starterniveau kann man sehr viel verallgemeinern.
    Damit man mitreden kann und etwas versteht, muss man üben und lernen:
    a) die wichtigsten Säuren, Dissoziation, Säurerest-Ionen (Chlorid, Sulfat, Nitrat, Phosphat, Sulfit, Sulfid, Carbonat, Hydrogencarbonat u. a.=
    b) die wichtigsten Basen NaOH, KOH, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Al(OH)3, Ba(OH)2 u. a. und ihre Dissoziation.
    c) Die Salzbildung:
    Säure + Base ---> Salz + Wasser
    und Dissoziation der Salze.
    Aus Säuren und Basen kann man Salze bilden. Die heißen dann auch noch so.
    Du kennst aus dem PSE etwa 80 Metalle. Kombiniert mit 20 Säuren macht das 1600 Salze, die sauren oder basischen gar nicht mitgerechnet!
    2. Man muss die Grundlagen nicht "wissen", sondern virtuos beherrschen! (Ich habe tatsächlich Leistungskursschüler im Fach Chemie kennengelernt, die komplizierte Redoxreaktionen betrachtet haben und außer Salz- und Schwefelsäure keine anorganische Säure nennen konnten!)
    Grundlegende Konzepte muss man singen können:
    a) Säure-Base Theorien nach Broensted und Lewis
    b) Wertigkeiten, Oxidationszahlen, Bindigkeiten, Elektronegativität
    c) Aufbau und Aussagen des PSE, vor allem die Hauptgruppen (deren Nummern entsprechen nämlich der Zahl der Valenzelektronen der Atome und damit e i n e r wichtigen Wertigkeit des Elements)
    Zu den Beispielen:
    Auf Formeln "kommt man" nicht. Man muss sich klarmachen, was man ausdrücken m ö c h t e und was ausgedrückt werden s o l l.
    Es gibt nur eine logische Äquivalenz. Und zwar zwischen der chemisch korrekten Formel und dem chemisch korrekten Namen.

    Name Formel

    Also ist die Frage schon falsch gestellt! Wenn du die Formel vorgibst, kannst du nicht mehr "auf sie kommen"!
    Entweder Formel, daraus Name oder Name und daraus Formel.

    Natriumphhosphat ist das Salz, das bei der vollständigen Reaktion von Natriumhydroxid (Base) mit Phosphorsäure (Säure) entsteht. Phosphat hat drei negative Ladungen, denn Phosphorsäure hat die Lernformel H3PO4. Es können bei der Dissoziation nämlich drei einfach positiv geladene Wasserstoff-Ionen H+ abgespalten werden. Also hat das Phosphat-Säurerest-Ion die Formel PO4 3-. Das Natrium-Ion trägt die Ladung +1. Das sieht man am PSE (1. Hauptgruppe entspricht einem Valenzelektron des Natrium-Atoms). Auch die Dissoziation des Natriumhydroxid

    NaOH ---> Na+ + OH-

    zeigt das. Also benötigt man drei Natrium-Ionen, um die drei Wasserstoffatome in der Phosphorsäure H3PO4 zu ersetzen.
    Endlich: Na3PO4
    Da du die Formel MnSO4 schon vorgegeben hast, möchte ich sie nur erklären: Das ist ein Salz der Schwefelsäure. Man sieht das am Sulfat-Ion (Lernmaterial!) SO4 2-. Mit dem Mangan ist das komplizierter. Es ist ein Nebengruppenelement hat hat mehrere Wertigkeiten (Oxidationszahlen). Und da muss man wirklich die beiden wichtigsten kennen:
    a) 7 wie im KMnO4. Da ist Mangan im Säurerest-Ion enthalten
    oder
    b) 2 wie im Mangansulfat, wo das Metall als Metall-Ion Mn 2+ auftritt.
    Und noch etwas:
    Der betriebene Aufwand bei Parallelunterricht (7-10) von Mathematik und Chemie ist etwa 5:1, von der Grundschule bis zum Abitur vielleicht 10:1, bei Abwählern schätzungsweise 1:20.
    Was will man bei einer derartigen "Vorbereitung" auf die Hochschule erwarten?
    3. Will man Chemie gut beherrschen, muss man sie praktisch täglich betreiben und darf auch Physik und Mathematik nicht vernachlässigen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 3 Jahren
  2. Default

    Wie komme ich auf die Formel von Natriumphosphat oder MnSO4?

    Von Nadine F20, vor mehr als 3 Jahren
  3. Default

    Hallo Herr Dr. Otto,
    zunächst danke für die tollen Videos. Die sind echt genial. Leider erschließt sich mir immer noch nicht, das mit den chemischen Formeln. Die muss man einfach wissen ok, aber woher? Nach einigem suchen, bin ich auf mein Tafelwerk gestoßen…
    Ist das vielleicht so, dass ich mir die für die AC, also die Formeln von den Verbindungen erst mal in den Kopf ballern muss? Die Symbole sind mir klar und verschiedenen Sachen aus den Laborpraktika auch.
    Für die OC gibt es ja auch die Nomenklatur und dann halt noch die historisch bedingten Trivialnamen, aber für die AC? Kann ich davon aus gehen, das die aufgeführten Verbindungen in einem Tafelwerk sozusagen der Grundwortschatz sind? Gibt es eine bessere Lösung als das Tafelwerk? Gibt es noch mehr irgendwo?
    Zum Beispiel habe ich nicht kapiert wie ich darauf kommen soll, das Kaliumcarbonat die Formel K2co3 hat…
    K ein wertig
    C vier wertig
    O zweiwertig

    Weil O dann 6 und K 2 und O vier???

    Weiter habe ich nicht kapiert, warum bei gewissen Reaktionen entsprechende Produkte rauskommen müssen. „Das weis man halt“ reicht leider nicht. Ich muss das lernen:-( Aber wie? Wo kann ich das finden? Haben Sie vielleicht eine Idee? Bitte.
    Viele Grüße, Nadine

    Von Nadine F20, vor mehr als 3 Jahren
  4. Default

    Warum is na des H2

    Von Buchbergermario, vor mehr als 3 Jahren