EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

22 22 Valenzelektronen Valenzelektronen Als Valenzelektronen bezeichnet man die Elektronen, die für die chemischen Eigenschaften entscheidend sind. Valenzfähig sind alle s- und p-Elektronen der letzten Sphäre und Elektronen von nicht vollbesetzten d- und f-Orbitalen. Die s- und p-Elektronen nennt man auch Außenelektronen. Nicht valenzfähige Elektronen, werden bei der Elektronenkonfiguration einge- klammert. ZB: Pb: [Xe] 6s 2 (4f 14 5d 10 ) 6p 2 dh. Blei besitzt 4 Valenzelektronen, die gleichzeitig auch Außenelektronen sind. Valenzelektronen aus dem Periodensystem Beim s- und p-Block gibt die Einerstelle der Gruppennummer im Periodensys- tem die Anzahl der Valenzelektronen an (Abb. 22–1). Dies ergibt sich aus den 10 d-Elektronen, die im p-Block nicht mehr valenzfähig – da vollbesetzt – sind. Früher wurden der s- und p-Block als Hauptgruppen bezeichnet und von 1 bis 8 durchnummeriert, die Gruppennummer entsprach dann der Anzahl der Va- lenzelektronen. Beim d-Block (die früheren Nebengruppen) sind die Verhältnisse komplizierter. Mit Ausnahme der 10. und 11. Gruppe gilt aber prinzipiell auch, dass die Einer- stelle der Gruppennummer die maximale Anzahl der Valenzelektronen angibt. Da bei der Besetzung der f-Orbitale (zwei Sphären tiefer als die Außenelektro- nen) an der Außenelektronenverteilung praktisch nichts verändert wird, sind sich diese Elemente im chemischen Verhalten sehr ähnlich. Sie sind nur sehr schwer voneinander zu trennen. Der Österreichische Chemiker Carl Auer von Welsbach (1858–1929) erwarb sich große Verdienste, unter anderem, indem er Didym, das bis dahin als Element gegolten hatte, in die Elemente Neodym und Praseodym zerlegte. Lewis-Schreibweise Eine Darstellung der Atome (Elementsymbole) mit ihren Valenz-Elektronen ist die Schreibweise nach Lewis. Dabei werden einfach besetzte Orbitale mit einem Punkt, doppelt besetzte mit einem Strich dargestellt. Die Darstellung ist nach dem Amerikaner Gilbert Newton Lewis (1875–1946) benannt, der sie vorgeschlagen hat. Sie ist vor allem für Nichtmetallatome sinnvoll. Da beim s- und p-Block nur die Elektronen der s- und p-Orbitale valenzfähig sind müssen nur die 4 Orbitale (ein s- und drei p-Orbitale) berücksichtigt wer- den. Abbildung 22–3 zeigt die Besetzung dieser Orbitale entsprechend der Hund´schen Regel für die zweite Periode und die entsprechende Lewis-Dar- stellung. Aus dieser Lewis-Schreibweise ist die Verteilung der Valenz-Elektro- nen (auch Außenelektronen) ersichtlich. Sie wird vor allem bei den Struktur- formeln für Moleküle benötigt. Für höhere Perioden gilt dieselbe Schreibweise Halb besetzt ist auch stabil Da sowohl die einfache Besetzung der energiegleichen Orbitale, wie auch die volle Besetzung der Orbitale einen energetisch günstigen Zustand darstellen kommt es zu einigen Abweichungen bei der Orbitalbesetzung. So wird der d 5 - bzw. der d 10 -Zustand auf „Kosten“ eines s-Elektrons erreicht. Beispiele Cr: [Ar] 4s 1 3d 5 statt: 4s 2 3d 4 Cu: [Ar] 4s 1 3d 10 statt: 4s 2 3d 9 d 1 statt f 1 Eine Ausnahme tritt im PSE immer zu Beginn der f-Elemente auf. Lanthan (und auch Actinium) hat statt f 1 einen d 1 -Zustand. Es wird daher auch zu den d-Ele- menten gerechnet. Allerdings wird dieser d 1 -Zustand beim nächsten Element nicht aufrecht erhalten. Das führt dazu, dass das Luthetium ebenfalls ein d 1 Element ist, da der f-Zustand schon beim Ytterbium voll ist. Für den Platz „d 1 “ im d-Block konkurrieren 2 Elemente. Daher gibt es PSE’s, bei denen Lanthan im d–Block steht, allerdings steht dann Lutetium im f-Block, obwohl es kein f-Element mehr ist. La : [Xe] 6s 2 5d 1 Ce : [Xe] 6s 2 4f 2 Yb : [Xe] 6s 2 4f 14 Lu : [Xe] 6s 2 4f 14 5d 1 Abb. 022–1: Die Anzahl der Valenz- (=Außen) Elektronen entspricht bei den s- und p-Elementen der Einerstelle der Gruppennummer Abb. 022–3: Anordnung der Außenelektronen der Nichtmetalle der 2. u. 3. Periode Abb. 022–2: Gilbert N. Lewis (1875 – 1946) He Ne Ar Kr Xe Rn Og Lv Fl Ra Fr Cs Ba Rb Sr Ca K Na Mg Be Li Ga In Pb Sn Ge As Se Br I Te Sb Po B Al C Si N P S O F Cl 1 s-Block p-Block 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 H Gruppen nummer Valenzelektronen Nh Tl Mc Bi Ts At Gilt nur für isolierte C-Atome! C N O F Ne 2s 2p 2s 2p 2s 2p 2s 2p 2s 2p 2s 2p Gilt nur für isolierte Si-Atome! Si P S Cl Ar 3s 3p 3s 3p 3s 3p 3s 3p 3s 3p 3s 3p Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv