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Stöchiometrische Wertigkeit

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André Otto
Stöchiometrische Wertigkeit
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Grundlagen zum Thema Stöchiometrische Wertigkeit

Inhalt

Stöchiometrische Wertigkeit – Chemie

Hast du dich schon einmal gefragt, was die stöchiometrische Wertigkeit von Elementen ausmacht? Im Folgenden lernst du den Zusammenhang zwischen der stöchiometrischen Wertigkeit und den Hauptgruppen kennen und wie du die stöchiometrische Wertigkeit von Elementen ermitteln kannst.

Was ist die stöchiometrische Wertigkeit? – Definition

Definitionsgemäß ist die stöchiometrische Wertigkeit (manchmal auch als chemische Wertigkeit bezeichnet) eine Zahl, die angibt, wie viele Wasserstoffatome ein Atom eines chemischen Elements binden oder ersetzen kann. Die stöchiometrische Wertigkeit von Wasserstoff wird mit eins festgelegt.

Stöchiometrische Wertigkeit von Sauerstoff

Du hast gelernt, dass die stöchiometrische Wertigkeit die Anzahl der Wasserstoffatome angibt, die an einem anderen chemischen Element binden kann. Unter der Annahme, dass Wasserstoff der Wertigkeit eins entspricht, kannst du die Wertigkeit von Sauerstoff folgendermaßen bestimmen:

Am Sauerstoffatom im Molekül Wasser $\ce{H2O}$ sind zwei Wasserstoffatome gebunden. Die Wasserstoffatome haben jeweils eine Wertigkeit von eins – also in Summe eine Wertigkeit von zwei. Da die Wertigkeit von Sauerstoff in der Formel genauso groß sein muss wie die der zwei Wasserstoffatome, hat das Sauerstoffatom eine Wertigkeit von zwei.
Die Wertigkeiten von Wasserstoff und Sauerstoff sind jeweils über dem Element gezeigt.

$\overset{\color{blue}1}H-\overset{\color{blue}2}O-\overset{\color{blue}1}H$

Berechnen der stöchiometrischen Wertigkeit der Elemente – Beispiele

Bisher hast du gelernt, dass die Wertigkeit von Wasserstoff mit eins angenommen wird. Daraus ergibt sich eine Wertigkeit von zwei für Sauerstoff, was du über die Verbindung von Wasserstoff mit Sauerstoff – also Wasser $\ce{H2O}$ – ermittelt hast.
Wie kannst du nun die stöchiometrische Wertigkeit anderer Elemente berechnen?

Einfach erklärt nimmst du dir Verbindungen der gesuchten Elemente mit Sauerstoff und berechnest daraus die stöchiometrische Wertigkeit des Elements. Das Element, das eine Verbindung mit Sauerstoff eingeht, muss eine Wertigkeit aufweisen, die genauso groß ist wie die Wertigkeit aller Sauerstoffatome zusammengenommen, damit die beiden Elemente einer Verbindung in ihren Wertigkeiten ausgeglichen werden und sich eine neutrale Verbindung ergibt. Dabei musst du also auf die Anzahl der Atome in der jeweiligen Verbindung achten.

In der Tabelle sind die Elemente Natrium ($\ce{Na}$), Magnesium ($\ce{Mg}$), Aluminium ($\ce{Al}$), Silicium ($\ce{Si}$), Phosphor ($\ce{P}$), Schwefel ($\ce{S}$), Chlor ($\ce{Cl}$) und Argon ($\ce{Ar}$) für die Bestimmung von deren Wertigkeiten gezeigt. Da Sauerstoff eine Wertigkeit von zwei besitzt, rechnest du aus, welche Wertigkeit das Element haben muss, um die Wertigkeit von Sauerstoff auszugleichen. Die Rechnung ist in der mittleren Spalte unter der chemischen Verbindung gezeigt. Eine allgemeine Formel würde lauten:

$\text{Wertigkeit des Elements} = \frac{\text{Wertigkeit von Sauerstoff} \cdot \text{Anzahl Atome von Sauerstoff}}{\text{Anzahl Atome des Elements}}$

Die Wertigkeit des jeweiligen Elements ist dir in der letzten Spalte gezeigt.

Hauptgruppen-
nummer
Element Ermittlung der Wertigkeit Wertigkeit des jeweiligen Elements (Sauerstoff hat die Wertigkeit von 2)
I $\ce{Na}$ $\ce{Na2O}$
$\ce{Na}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 1}{2}=1$
$\overset{{\color{blue}1}\cdot2}{\ce{Na2}}\overset{\color{blue}2}{\ce{O}}$
II $\ce{Mg}$ $\ce{MgO}$
$\ce{Mg}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 1}{1}=2$
$\overset{\color{blue}2}{\ce{Mg}}\overset{\color{blue}2}{\ce{O}}$
III $\ce{Al}$ $\ce{Al2O3}$
$\ce{Al}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 3}{2}=3$
$\overset{{\color{blue}3}\cdot2}{\ce{Al2}}\overset{{\color{blue}2}\cdot3}{\ce{O3}}$
IV $\ce{Si}$ $\ce{SiO2}$
$\ce{Si}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 2}{1}=4$
$\overset{\color{blue}4}{\ce{Si}}\overset{{\color{blue}2}\cdot2}{\ce{O2}}$
V $\ce{P}$ $\ce{P2O5}$
$\ce{P}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 5}{2}=5$
$\overset{{\color{blue}5}\cdot2}{\ce{P2}}\overset{{\color{blue}2}\cdot5}{\ce{O5}}$
VI $\ce{S}$ $\ce{SO3}$
$\ce{Sl}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 3}{1}=6$
$\overset{\color{blue}6}{\ce{S}}\overset{{\color{blue}2}\cdot3}{\ce{O3}}$
VII $\ce{Cl}$ $\ce{Cl2O7}$
$\ce{Al}: \frac{{\color{blue}2} \cdot 7}{2}=7$
$\overset{{\color{blue}7}\cdot2}{\ce{Cl2}}\overset{{\color{blue}2}\cdot7}{\ce{O7}}$
VIII $\ce{Ar}$ keine Bildung von chemischen Verbindungen

Stöchiometrische Wertigkeit – Zusammenfassung

Du hast gelernt, dass die stöchiometrische Wertigkeit angibt, wie viele Wasserstoffatome ein Element binden kann. Die Wertigkeit für ein Wasserstoffatom ist dabei mit eins festgelegt. Mit der Verbindung von zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom – also von Wasser $\ce{H2O}$ – kann die stöchiometrische Wertigkeit von Sauerstoff ermittelt werden. Diese beträgt zwei.

Verwenden kannst du die stöchiometrische Wertigkeit von Sauerstoff dann, um Wertigkeiten anderer Elemente in Verbindung mit Sauerstoff zu berechnen. Du kannst dir merken, dass die höchste stöchiometrische Wertigkeit eines Hauptgruppenelements gleich der Nummer der Hauptgruppe ist. Aber Achtung: Daran siehst du schon, dass es für viele Elemente auch möglich ist, weitere stöchiometrische Wertigkeiten zu bestimmen – je nach Verbindung. Dies ist auch ein Merkmal der stöchiometrischen Wertigkeit: Sie kann für ein Element mehrere Werte annehmen. Heute hast du gelernt, die höchste Wertigkeit zu bestimmen.

Im Anschluss findest du Übungsaufgaben zur stöchiometrischen Wertigkeit, um dein erlerntes Wissen zu üben. Viel Spaß!

Transkript Stöchiometrische Wertigkeit

Hallo liebe Chemie-Interessierte! Schön, dass ihr mich weiter begleitet auf meiner Reise durch das Periodensystem der Elemente. Wir zeigen bereits das achte Video. Wir haben in den Videos vorher gelernt, was eine Periode im Periodensystem ist. Das ist eine Zeile. Zum Beispiel die Kleine, Wasserstoff, Helium - das ist die 1. Periode. So, und von Lithium bis Neon haben wir die 2. Periode. Von Natrium bis Argon die 3. Periode. Viel wichtiger jedoch für unsere Betrachtungen sind die Hauptgruppen. C, Si - Kohlenstoff und Silizium, die 4.Hauptgruppe. 1. Hauptgruppe und die 7. Hauptgruppe, davon hängen im Wesentlichen die Eigenschaften der chemischen Elemente ab.

In diesem Video nun wollen wir einen Zusammenhang zwischen der stöchiometrischen Wertigkeit eines chemischen Elementes und der Nummer der Hauptgruppe, in der es steht, darstellen. Nun gehe ich sicher nicht fehl in der Annahme, wenn ich glaube, dass viele den Begriff stöchiometrische Wertigkeit nicht kennen. Ich möchte euch daher eine gängige Definition vorstellen: Die stöchiometrische Wertigkeit ist eine Zahl, die angibt, wie viele Wasserstoffatome ein Atom eines chemischen Elements binden oder ersetzen kann.

Um einen Startpunkt, einen Aufhänger, für die Überlegungen zu finden, muss man eine Wertigkeit festsetzen. Und das ist die Wertigkeit für das chemische Element Wasserstoff. Das Wort "stöchiometrische" werden wir in Zukunft weglassen und einfach nur noch von Wertigkeit sprechen. Die Wertigkeit des Wasserstoffs beträgt 1. Wenn das so ist, dann brauchen wir die Wertigkeit für den Sauerstoff nicht noch zu definieren. Wir können ihn jetzt direkt bestimmen. Das tun wir, in dem wir die Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff betrachten. Und diese Verbindung hat die Formel H2O. Es handelt sich um Wasser. Da hier zwei Wasserstoffatome mit jeweils einer Wertigkeit von 1 mit einem Sauerstoffatom verbunden sind, ist die Wertigkeit für Sauerstoff 2.

Unsere kleinen Schulblätter verlege ich nun auf die rechte untere Seite und dann können wir schon mit der Untersuchung beginnen.

Wir werden uns jetzt mit der 3. Periode des Periodensystems der Elemente befassen. Das sind die Elemente Natrium bis Argon. Und wir beginnen mit dem Natrium. Wie ihr bereits aus dem Video "Periodensystem der Elemente - Teil 7" wisst, hat das Natriumoxid die Formel Na2O. Zwei Natriumatome sind mit einem Sauerstoffatom chemisch verbunden. Wir wissen inzwischen aber, dass Sauerstoff die Wertigkeit 2 hat. Ich schreibe diese 2 einmal über das Symbol für das Sauerstoffatom. Dieser Wertigkeit 2 stehen die beiden Natriumatome gegenüber. Und da zwei Natriumatome eine Wertigkeit von 2 kompensieren müssen, bedeutet das, ein Natriumatom die Wertigkeit von 1 hat. Natrium, das chemische Element Natrium, hat demzufolge die Wertigkeit 1.

Wir führen die Untersuchung mit dem Magnesiumatom fort. Aus dem Video 7 wisst ihr bereits, dass die Verbindung aus Magnesium und Sauerstoff die chemische Formel MgO hat. Wir erinnern uns, dass Sauerstoff die Wertigkeit 2 hat. Ich schreibe diese Wertigkeit über das Symbol für das Sauerstoffatom in der Formel MgO. Jetzt ist nur ein Sauerstoffatom mit einem Magnesiumatom verbunden. Dieses muss die Wertigkeit 2 in dem Sauerstoffatom kompensieren. Daher hat das Magnesiumatom, und das chemische Element Magnesium, darf man auch so sagen, die Wertigkeit 2.

Wir führen unsere Untersuchung mit dem chemischen Element Aluminium fort. Erinnert euch bitte an das Video 7. Dort haben wir eine Formel für Aluminiumoxid von Al2O3 kennengelernt. Der Blick wandert wieder unauffällig nach rechts. Wertigkeit für Sauerstoff ist 2. Ich schreibe nun diese Wertigkeit über das Symbol für Sauerstoff in der Formel von Aluminiumoxid. Wir haben nun drei Sauerstoffatome mit jeweils einer Wertigkeit von 2. Das macht zusammen 3×2=6. Wir haben eine Gesamtwertigkeit für die Sauerstoffatome von 6. In unserer Formel haben wir zwei Aluminiumatome. Wir müssen nun die Gesamtwertigkeit von 6 auf diese beiden Aluminiumatome verteilen. Gesamtwertigkeit 6 dividiert durch 2, die Zahl der Aluminiumatome, ergibt 3. Das chemische Element Aluminium hat daher die Wertigkeit 3.

Wir kommen zur 4. Hauptgruppe. Das chemische Element Silizium. Merkpfeil unten rechts: Sauerstoff hat die Wertigkeit 2. Könnt ihr euch erinnern, welche Formel das Siliziumoxid hat, Video 7? Richtig: SiO2. Ich schreibe nun die Wertigkeit über das Symbol für Sauerstoff in der Formel. Da wir zwei Sauerstoffatome haben, ergibt sich die Gesamtwertigkeit durch 2×2=4. Diese Gesamtwertigkeit müssen wir auf ein einziges Siliziumatom aufteilen. Na ja, 4÷1 ergibt 4. Demzufolge beträgt die Wertigkeit für das chemische Element Silizium 4.

Wir gehen weiter zur 5. Hauptgruppe. Dort finden wir in der 3. Periode das chemische Element Phosphor. Könnt ihr euch noch an die Formel von Phosphoroxid erinnern? Im Video 7 haben wir gezeigt, dass die Formel von Phosphoroxid P2O5 ist. Ich glaube ihr wisst es bereits, ich zeige es trotzdem noch einmal unten rechts, die Wertigkeit von Sauerstoff beträgt 2. Ich notiere jetzt diese 2 über das Symbol des Sauerstoffatoms in der Formel unseres Phosphoroxids. Da in der Formel fünf Sauerstoffatome stehen, können wir die Gesamtwertigkeit für den Sauerstoff bestimmen. Er beträgt 5×2=10. Andererseits haben wir in dem Oxid zwei Phosphoratome. Wir müssen nun die Gesamtwertigkeit von 10 auf diese beiden Phosphoratome verteilen. Also 10÷2=5. Das chemische Element Phosphor hat somit die Wertigkeit 5.

Wir gehen weiter zur 6. Hauptgruppe. Dort finden wir in der 3. Periode das chemische Element Schwefel. Ich erinnere noch einmal an die Wertigkeit des Sauerstoffs, unten rechts, 2. Erinnert euch an die Formel des Oxids für Schwefel SO3 im Video 7. Ich notiere nun die Wertigkeit für Sauerstoff über das Symbol für ein Sauerstoffatom über der Formel. Die Gesamtwertigkeit berechnet sich zu 3×2, denn wir haben ja drei Sauerstoffatome mit jeweils der Wertigkeit 2, also =6. Diese Gesamtwertigkeit verteilt sich nun auf ein einziges Schwefelatom. Also 6÷1=6. Die Wertigkeit des Schwefels in der Verbindung hier beträgt demzufolge 6.

Gehen wir nun weiter zur 7. Hauptgruppe. In der 3. Periode finden wir in der 7. Hauptgruppe das chemische Element Chlor. Wir haben in Video 7 gelernt, dass das Element Chlor mit Sauerstoff ein Oxid der Formel Cl2O7 bildet. Sauerstoff hat die Wertigkeit 2. Ich notiere sie über das Symbol für das Sauerstoffatom im Oxid. Da wir sieben Sauerstoffatome haben, ergibt sich eine Gesamtwertigkeit von 7×2=14. Diese Gesamtwertigkeit von 14 muss jetzt auf die beiden Chloratome in der chemischen Verbindung verteilt werden, also 14÷2=7. Das chemische Element Chlor hat demzufolge in der betrachteten Verbindung eine Wertigkeit von 7.

Wir gehen über zur 8. Hauptgruppe und ihrem Vertreter Argon. Wir haben bereits in Video 7 gelernt, dass die Edelgase Helium, Neon und Argon keine chemischen Verbindungen bilden. Bevor ich euch nun in die Freiheit entlasse, möchte ich noch einen kernigen Merksatz formulieren: Die höchste stöchiometrische Wertigkeit eines Hauptgruppenelements ist gleich der Nummer der Hauptgruppe. Oder kurz und bündig mathematisch formuliert: W (im Kreis hier) ist gleich HG (im Kreis hier).

26 Kommentare

26 Kommentare
  1. Ich finde die Videos von ihm gut (:

    Von Leonie, vor 9 Monaten
  2. Ich konnte leider nicht so viel gut verstehen, da man ihn aufgrund seines Mikrofons nicht gut verstanden hat

    Von Amelie B., vor etwa einem Jahr
  3. Hallo lieber Stephan,

    auf die Periode wird im Merksatz nicht Bezug genommen, nur auf die Nummer der Hauptgruppe. Außerdem geht es auch nicht um die Wertigkeit im Allgemeinen, so wie Sauerstoff meist eine von 2 hat, sondern um die maximale Wertigkeit. Zuletzt steht Sauerstoff, sowohl im Video, als auch im PSE, in der 6. Hauptgruppe.

    Liebe Grüße

    Von Max R, vor etwa einem Jahr
  4. Der Merksatz ab Minute 12:10 kann ja aber dann nur für die 3. Periode gelten?! Denn O in der 2. Peridode steht in der 7. Hauptgruppe, hat aber eine Wertigkeit von 2...was ist das denn dann bitte für ein Merksatz?!

    Von Stephan N., vor etwa einem Jahr
  5. Ganz ehrlich... das Video war echt schlecht erklärt

    Von Wolfgang Vom Hagen, vor fast 2 Jahren
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Stöchiometrische Wertigkeit Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Stöchiometrische Wertigkeit kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was der Begriff stöchiometrische Wertigkeit bedeutet.

    Tipps

    Das Wort „Wertigkeit“ beschreibt einen bestimmten Zahlenwert.

    Die Stöchiometrie versucht, die genauen Zahlenverhältnisse vor und nach einer Reaktion zu ermitteln.

    Lösung

    Die maximale Wertigkeit eines Elements lässt sich aus dem Periodensystem der Elemente ablesen. Die Wertigkeit kann wie folgt definiert werden:

    Die (stöchiometrische) Wertigkeit ist eine Zahl, die angibt, wie viel Wasserstoffatome ein Atom eines chemischen Elements binden oder ersetzen kann.

    Gleichzeitig sagt sie auch aus, wie viele Einfachbindungen ein Atom des Elements eingehen kann.

  • Nenne die stöchiometrische Wertigkeit der Elemente in den Verbindungen.

    Tipps

    Die Wertigkeit von Sauerstoff beträgt II.

    Zieht man von der Summe der Wertigkeiten von Sauerstoff die Summe der Wertigkeiten der Bindungspartner ab, erhält man als Differenz 0.

    Die römischen Zahlen von 1 bis 9:
    I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, und IX.

    Lösung

    In all diesen Verbindungen ist die Differenz der Summe der Wertigkeiten von Sauerstoff und der Summe der Wertigkeiten der Bindungspartner gleich 0.

    $\text{Anzahl } O \cdot \text{ Wertigkeit } O-\text{Anzahl And.} \cdot \text{ Wertigkeit And. } =0$

    Die Wertigkeit des Sauerstoffs ist als II festgelegt. Die Mengenverhältnisse können wir den Summenformeln entnehmen. Bis auf die $\text{Wertigkeit And.} $ haben wir also alle Informationen.

    $\dfrac{\text{Anzahl } O \cdot \text{ Wertigkeit} O}{\text{Anzahl And.} }= \text{Wertigkeit And. } $

    • $Na_2O$: $~\dfrac{I \cdot II}{II}= I$
    • $Al_2O_3$: $~\dfrac{III \cdot II}{II}= III$
    • $P_2O_5$: $~\dfrac{V \cdot II}{II}= V$
    • $Cl_2O_7$: $~\dfrac{VII \cdot II}{II}= VII$
  • Bestimme, auf wie viele Elektronen das Element mit der höchsten Wertigkeit in den Verbindungen Einfluss hat.

    Tipps
    Lösung

    Die Anzahl der Elektronen, auf die ein Atom in einer Verbindung direkten Einfluss hat, entspricht der Summe aller Elektronen in seinen kovalenten Bindungen und seinen freien Elektronenpaaren. Dies ist gleichzeitig auch die Summe der Hauptgruppe und der Wertigkeit des Elements.

    Phosphor hat in der Verbindung $P_2O_5$ die Wertigkeit 5 und steht auch in der 5. Hauptgruppe. Damit hat es Einfluss auf 10 Elektronen.

    Phosphor hat auch in der Verbindung $P_4O_{10}$ die Wertigkeit 5 und steht auch in der 5. Hauptgruppe. Damit hat es auch hier Einfluss auf 10 Elektronen.

    Chlor hat in der Verbindung $Cl_2O_7$ die Wertigkeit 7 und steht auch in der 7. Hauptgruppe. Damit hat es hier Einfluss auf ganze 14 Elektronen.

    Schwefel hat in der Verbindung $SO_3$ die Wertigkeit 6 und steht auch in der 6. Hauptgruppe. Damit hat es hier Einfluss auf ganze 12 Elektronen.

  • Ordne die Elemente nach Höhe ihrer maximalen Wertigkeit.

    Tipps

    Die maximale Wertigkeit eines Elements entspricht der Anzahl von Elektronen in seiner Valenzschale.

    Das Periodensystem könnte dir bei der Einteilung helfen.

    Lösung

    Die maximale Wertigkeit eines Elements entspricht der Anzahl von Elektronen in seiner Valenzschale. Diese stimmt mit der Nummer der Hauptgruppe im PSE überein, in der sich das Element befindet.

    Die maximale Wertigkeit der Elemente ist jedoch zumeist nicht die häufigste Wertigkeit des Elements.

  • Gib die stöchiometrischen Wertigkeiten von Wasserstoff und Sauerstoff an.

    Tipps

    Die Wertigkeiten von Wasserstoff und Sauerstoff wurden als Vergleichswerte festgelegt.

    Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe.

    Sauerstoff steht in der sechsten Hauptgruppe.

    Lösung

    Die Basis der stöchiometrischen Wertigkeit ist die Festlegung der Wertigkeiten von Wasserstoff und Sauerstoff als Vergleichswerte.

    Dabei wurde Wasserstoff die Wertigkeit 1 zugeordnet und Sauerstoff die Wertigkeit 2.

    Anderen Stoffen wurde dann eine Wertigkeit anhand ihres Verhaltens in einer Verbindung mit Wasserstoff und/oder Sauerstoff zugeordnet.

  • Bewerte die Wertigkeit des Schwefels im Schwefeltrioxid im Vergleich zum Schwefelwasserstoff unter Beachtung der Oktettregel.

    Tipps

    Schwefel kann mehrere Wertigkeiten haben.

    Sauerstoff hat immer die Wertigkeit 2 und Wasserstoff immer die Wertigkeit 1.

    Lösung

    Schwefel kann mehrere Wertigkeiten annehmen, häufig: 2, 4 und 6.

    Im Schwefelwasserstoff hat es die Wertigkeit 2 und im Schwefeltrioxid die Wertigkeit 6. In anderen Molekülen, wie beim Schwefeldioxid, besitzt er hingegen die Wertigkeit 4.

    Bei vielen Schwefelverbindungen wird daher die Oktettregel verletzt.

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