Über 1,6 Millionen Schüler*innen nutzen sofatutor!
  • 93%

    haben mit sofatutor ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert

  • 94%

    verstehen den Schulstoff mit sofatutor besser

  • 92%

    können sich mit sofatutor besser auf Schularbeiten vorbereiten

Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen

Atome bestehen aus Neutronen, Protonen und Elektronen. Entscheidend für chemische Bindungen sind die äußersten Elektronen, die sogenannten Valenzelektronen. Im folgenden Text erfährst du, wie man ihre Anzahl bestimmt und warum sie eine Schlüsselrolle spielen. Bist du neugierig geworden? Dann lies weiter!

Alle Inhalte sind von Lehrkräften & Lernexperten erstellt
Du möchtest schneller & einfacher lernen?

Dann nutze doch Erklärvideos & übe mit Lernspielen für die Schule.

Kostenlos testen
Du willst ganz einfach ein neues Thema lernen
in nur 12 Minuten?
Du willst ganz einfach ein neues
Thema lernen in nur 12 Minuten?
  • Das Mädchen lernt 5 Minuten mit dem Computer 5 Minuten verstehen

    Unsere Videos erklären Ihrem Kind Themen anschaulich und verständlich.

    92%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim selbstständigen Lernen.
  • Das Mädchen übt 5 Minuten auf dem Tablet 5 Minuten üben

    Mit Übungen und Lernspielen festigt Ihr Kind das neue Wissen spielerisch.

    93%
    der Schüler*innen haben ihre Noten in mindestens einem Fach verbessert.
  • Das Mädchen stellt fragen und nutzt dafür ein Tablet 2 Minuten Fragen stellen

    Hat Ihr Kind Fragen, kann es diese im Chat oder in der Fragenbox stellen.

    94%
    der Schüler*innen hilft sofatutor beim Verstehen von Unterrichtsinhalten.
Bewertung

Ø 3.9 / 20 Bewertungen
Die Autor*innen
Avatar
Team Digital
Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse

Grundlagen zum Thema Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen

Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen

Erinnerst du dich noch daran, wie ein Atom aufgebaut ist? Es besteht aus Neutronen sowie Protonen im Kern und Elektronen in der wesentlich größeren Atomhülle. In der Kernphysik interessiert man sich besonders für den Atomkern. In der Chemie interessieren wir uns aber mehr für die Elektronen, insbesondere für die Außenelektronen, die am weitesten vom Kern entfernt sind. Diese Außenelektronen werden auch Valenzelektronen genannt. Aber was macht diese Elektronen so besonders? Dazu wiederholen wir zunächst den grundsätzlichen Aufbau eines Atoms.

Atomaufbau

Atome bestehen aus dem Atomkern und der Atomhülle (Kern-Hülle-Modell). Im Kern befinden sich elektrisch positiv geladene Protonen ($p^+$) und elektrisch neutrale Neutronen ($n$). Damit ist der Atomkern in seiner Gesamtheit immer elektrisch positiv geladen. In der Atomhülle befinden sich die elektrisch negativ geladenen Elektronen ($e^-$). Die entgegengesetzten Ladungen von Elektronen und Protonen gleichen sich aus, da es im Atom immer genauso viele Protonen wie Elektronen gibt. Damit ist ein Atom insgesamt elektrisch neutral.

Die Elektronen im Schalenmodell

Die Besetzung der Atomhülle mit Elektronen, die sogenannte Elektronenkonfiguration, erfolgt nicht irgendwie frei, sondern in einer ganz bestimmten Art und Weise. Die Elektronen in der Hülle bewegen sich auf festen Schalen um das Atom. Dabei kann die erste, dem Kern am nächsten liegende Schale maximal zwei Elektronen aufnehmen. Die darüber liegenden Schalen können mit maximal acht Elektronen besetzt werden. Man spricht dabei auch vom Schalenmodell. Je nach Element und Zahl der Elektronen ist eine bestimmte Schale die äußerste Schale. Die äußerste Schale heißt auch Valenzschale.

An dieser Stelle merken wir uns, dass Atome mit voll besetzter Valenzschale – bei der ersten Schale also zwei Elektronen, bei allen anderen Schalen acht Elektronen – energetisch gesehen besonders stabil sind.

Die Valenzelektronen und das Periodensystem der chemischen Elemente

Wir wissen bereits, dass die Valenzelektronen die Außenelektronen auf der Valenzschale eines Atoms sind. Die Valenzelektronen sind in der Chemie deshalb so wichtig, weil sie an der chemischen Bindung beteiligt sind. Der Begriff Valenz bedeutet nichts anderes als Bindung. Du findest das Wort auch in dem Begriff kovalent wieder. Nun wollen wir herausfinden, wie viele Valenzelektronen ein Element hat und wie viele Schalen es besitzt, die mit Elektronen besetzt werden. Dabei hilft dir das Periodensystem der Elemente.

Wie bestimmt man die Zahl der Valenzelektronen? – Bestimmung

Bei Betrachtung des Periodensystems stellst du schnell fest, dass die Elemente senkrecht übereinander in Gruppen, den Hauptgruppen und Nebengruppen, angeordnet sind. Die Haupt- und Nebengruppen haben die Zahlen 1 bis 8, wobei die Hauptgruppen des Periodensystems oft auch mit den römischen Zahlen I bis VIII beschriftet sind. Diese Zahl entspricht genau der Zahl der Valenzelektronen.

Bestimmung der Valenzelektronen Chemie

Merke: Die Nummer der Gruppe, in dem ein Element steht, entspricht genau der Anzahl der Valenzelektronen des Elements.

Beispiele: Das Element Lithium ($Li$) findest du oben in der I. Hauptgruppe. Das bedeutet, dass Lithium nur ein Valenzelektron hat. Kohlenstoff mit dem Symbol $C$ steht in der IV. Hauptgruppe, es hat also vier Valenzelektronen. Es ist also ganz einfach, man kann die Zahl der Valenzelektronen einfach an der Gruppennummer ablesen.

Ausnahme: Ganz oben rechts steht in der VIII. Hauptgruppe das Element Helium ($He$), obwohl es nur zwei Valenzelektronen hat. Wegen der chemischen Ähnlichkeit mit den anderen Elementen der VIII. Hauptgruppe – es ist die Gruppe der Edelgase – hat man Helium dort eingeordnet.

Merke: Die Elemente einer Hauptgruppe haben immer die gleiche Anzahl an Valenzelektronen, deshalb verhalten sie sich in den meisten Fällen chemisch sehr ähnlich.

Wie bestimmt man die Zahl der Schalen? – Bestimmung

Die Elemente befinden sich im Periodensystem auch in waagerechten Perioden. Ganz oben, in der ersten Periode, findest du nur zwei Elemente: ganz oben links den Wasserstoff ($H$) und ganz oben rechts das Helium ($He$). Du kannst es dir bestimmt schon denken. Die erste Periode folgt der Besetzung der ersten Schale mit Elektronen. Da in der ersten Schale nur Platz für zwei Elektronen ist, stehen in dieser Periode auch nur zwei Elemente, Wasserstoff mit einem Valenzelektron und Helium mit zwei Valenzelektronen.

Bestimmung der Anzahl Schalen Chemie

Wenn du eine Reihe tiefer gehst, dann bist du in der zweiten Periode, die der Besetzung der zweiten Schale folgt. Da diese Schale mit acht Elektronen aufgefüllt werden kann, findest du in dieser Periode auch acht Elemente: Lithium ($Li$), Beryllium ($Be$), Bor ($B$), Kohlenstoff ($C$), Stickstoff ($N$), Sauerstoff ($O$), Fluor ($F$) und Neon ($Ne$).

Merke: Die Nummer der Periode, in der ein Element steht, entspricht der Zahl der Schalen in den Atomen des Elements.

Beispiel: Sauerstoff steht in der zweiten Periode, es hat somit zwei Schalen, eine innere und eine äußere Schale – die Valenzschale. Da wir auch wissen, dass Sauerstoff in der VI. Hauptgruppe steht, wissen wir auch, dass seine Valenzschale mit sechs Valenzelektronen besetzt ist.

Valenzelektronen und chemische Bindung

Wir erinnern uns, dass Atome mit voll besetzter Valenzschale – bei der ersten Schale also zwei Elektronen, bei allen anderen Schalen acht Elektronen – energetisch gesehen besonders stabil sind. Nun ist es aber so, dass die Elemente in den ersten sieben Hauptgruppen keine voll besetzte Schale haben. Damit haben sie noch keinen besonders stabilen Zustand erreicht. Wenn sie aber eine chemische Bindung eingehen, dann können sie diesen stabilen Zustand erreichen. Wie das gelingt, schauen wir uns an einem Beispiel an:

Das Element Lithium ($Li$) mit insgesamt drei Elektronen steht in der I. Hauptgruppe. Die erste Schale ist mit zwei Elektronen voll besetzt. Dazu befindet sich noch ein Elektron auf der Valenzschale. Wenn Lithium dieses Elektron abgeben würde, dann bliebe die darunterliegende voll besetzte Schale als neue Valenzschale übrig. Das wäre ein besonders stabiler Zustand für das Lithium. Und genau deswegen gibt Lithium sein Valenzelektron gerne an ein anderes Element ab.

Valenzelektronen am Beispiel Lithium

Als Akzeptoren bieten sich besonders die Elemente der VII. Hauptgruppe an, denn diese benötigen nur noch ein Elektron, damit ihre Valenzschale voll besetzt ist. Chlor ($Cl$) ist beispielsweise ein Element der 7. Hauptgruppe. Lithium und Chlor gehen eine chemische Verbindung ein, das bedeutet, dass das Lithiumatom sein Valenzelektron an das Chloratom abgibt. So bilden beide eine chemische Bindung und es entsteht die Verbindung Lithiumchlorid ($LiCl$). In der Verbindung haben jetzt beide Atome voll besetzte Valenzschalen. Sie haben dadurch beide einen stabilen Zustand erreicht. Wegen der Abgabe und der Aufnahme eine Elektrons sind die Atome aber nicht mehr elektrisch neutral. Lithium wird durch Elektronenabgabe positiv und Chlor durch Elektronenaufnahme negativ. Aber in der Verbindung Lithiumchlorid gleichen sich die entgegengesetzten Ladungen wieder aus.

In vergleichbarer Weise verbindet sich Natrium aus der 1. Hauptgruppe mit Chlor aus der VII. Hauptgruppe. Natrium steht in der dritten Periode, somit ist seine dritte Schale die Valenzschale mit einem Valenzelektron. Die Verbindung, die dabei entsteht, kennst du bestimmt. Es ist das Kochsalz mit der chemischen Formel $NaCl$. Wie zu erwarten reagiert Natrium chemisch ganz ähnlich wie Lithium.

Was ist die Edelgasregel?

Eine gemeinsame Eigenschaft der Edelgase, welche sich in der 8. Hauptgruppe des Periodensystems befinden, ist, dass sie schon eine voll besetzte Valenzschale besitzen. Sie sind also schon stabil und deswegen gehen sie unter normalen Bedingungen auch keine chemischen Reaktionen ein. Aber alle anderen Elemente gehen nach der Edelgasregel dann eine chemische Verbindung mit anderen Atomen ein, wenn dadurch ein energetisch besonders stabiler Zustand erreicht wird. So ein stabiler Zustand liegt vor, wenn die Valenzschale, wie bei den Edelgasatomen, mit Elektronen voll besetzt ist. Man spricht dann auch von der sogenannten Edelgaskonfiguration.

Hinweise zum Video

Das Video erklärt dir den Zusammenhang zwischen Valenzelektronen und chemischer Bindung. An Vorkenntnissen solltest du den Aufbau der Atome und die chemischen Begriffe Element und Verbindung und in Grundzügen auch die Formelschreibweise beherrschen.

Du findest hier auch Übungen zu den Valenzelektronen und Arbeitsblätter mit Lösungen.

Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Valenzelektronen – ihre Bedeutung für chemische Bindungen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, wo sich die Valenzelektronen befinden.

    Tipps

    Im Atomkern befinden sich die Neutronen und Protonen, in der Atomhülle sind die Elektronen.

    Lösung

    Der Aufbau eines Atoms ist immer gleich: In der Mitte eines Atoms befindet sich der Atomkern mit elektrisch positiv geladenen Protonen sowie neutralen Neutronen. Den Atomkern umgibt die wesentlich größere Atomhülle, in der die elektrisch negativ geladenen Elektronen sind. Die Ladungen von Protonen und Elektronen gleichen sich aus, sodass ein Atom insgesamt elektrisch neutral ist.

    Die Elektronen bewegen sich nicht willkürlich in der Atomhülle, sondern befinden sich auf Schalen um den Atomkern.
    Die äußerste Schale eines Atoms wird auch Valenzschale genannt. Die Elektronen, die sich auf dieser äußersten Schale aufhalten, sind die Außenelektronen beziehungsweise Valenzelektronen.

  • Bestimme die Anzahl der Valenzelektronen.

    Tipps

    Die Valenzelektronen sind die Elektronen, die sich auf der äußersten Schale befinden.

    Lösung

    Die Valenzelektronen sind die Elektronen auf der äußersten Schale eines Atoms. „Valenz“ bedeutet übrigens „Wertigkeit“. Damit ist die Fähigkeit eines Atoms gemeint, sich mit einer bestimmten Anzahl anderer Atome chemisch zu verbinden. Valenzelektronen sind für das chemische Verhalten eines Elements verantwortlich.

    Die Anzahl der Valenzelektronen können wir an der Hauptgruppennummer ablesen:

    • Argon ist in der achten Hauptgruppe und weist somit acht Valenzelektronen auf.
    • Chlor befindet sich mit sieben Valenzelektronen in der siebten Hauptgruppe.
    • Mit nur einem Valenzelektron steht Natrium in der ersten Hauptgruppe.
    • Helium stellt eine Ausnahme dar. Denn trotz der achten Hauptgruppe verfügt es nur über zwei Außenelektronen. Das liegt daran, dass es lediglich eine Schale besitzt, die nur Platz für zwei Elektronen hat.

    Da Elemente der gleichen Hauptgruppe die gleiche Anzahl an Valenzelektronen besitzen, zeigen sie ein ähnliches Reaktionsverhalten.

  • Zeige auf, welche Informationen du dem Periodensystem der Elemente entnehmen kannst.

    Tipps

    Ein Atom eines Elements, das in der dritten Periode steht, verfügt über drei Schalen.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente stellt nicht nur eine Übersicht aller (bisher entdeckten) Elemente dar, sondern ermöglicht auch das Ablesen zahlreicher Informationen über den Atomaufbau. Es ist in Gruppen und Perioden unterteilt:

    • Die Periode gibt an, wie viele Schalen ein Atom in der Atomhülle besitzt. Lithium befindet sich in der zweiten Periode und somit hat ein Lithiumatom zwei Schalen in der Atomhülle.
    • Die Hauptgruppe gibt an, wie viele Valenzelektronen ein Atom aufweist. Das Element Beryllium steht in der zweiten Hauptgruppe und ein Berylliumatom verfügt deswegen über zwei Valenzelektronen.
  • Beschreibe, welche Bedeutung Valenzelektronen für chemische Bindungen haben.

    Tipps

    Die Hauptgruppennummer gibt Auskunft über die Anzahl der Valenzelektronen.

    Lösung

    Atome der Elemente der achten Hauptgruppe, die Edelgase, haben eine vollständig besetzte Außenschale. Daher spricht man auch bei diesem angestrebten, energetisch stabilen Zustand von der Edelgaskonfiguration. Dieser Zustand wird von allen Atomen angestrebt. Atome von Elementen, die nicht in der achten Hauptgruppe sind, können diesen mittels chemischer Bindungen erreichen.

    Natrium beispielsweise steht in der dritten Periode sowie in der ersten Hauptgruppe. Natriumatome haben folglich drei Schalen und ein Valenzelektron, das bei Reaktionen leicht an andere Atome abgegeben wird. Durch diese Abgabe ist die zweite Schale nun die äußerste und das Natriumatom erreicht die Edelgaskonfiguration.

    Umgekehrt verhält es sich bei den Elementen der siebten Hauptgruppe, zum Beispiel Chlor: Ein Elektron wird benötigt, um die Valenzschale eines Chloratoms vollständig zu besetzen. Wenn ein Chloratom eine Verbindung mit einem Atom eines Elements der ersten Hauptgruppe eingeht, zum Beispiel mit Natrium, dann entsteht zwischen den beiden eine chemische Bindung: Das Natriumatom gibt ein Elektron ab, das Chloratom nimmt ein Elektron auf.

  • Bestimme alle Elemente, die nur ein Valenzelektron aufweisen.

    Tipps

    Die Valenzelektronen sind die Elektronen, die sich auf der äußersten Schale befinden.

    Du musst drei Bilder auswählen.

    Lösung

    Atome mit der gleichen Anzahl an Valenzelektronen zeigen ein ähnliches Reaktionsverhalten, da bei chemischen Reaktionen immer nur die äußersten Elektronen beteiligt sind. Alle Elemente der achten Hauptgruppe, die Edelgase, sind beispielsweise sehr reaktionsträge und gehen keine chemischen Verbindungen ein. Das liegt daran, dass sie bereits die Edelgaskonfiguration erreicht haben.

    Folgende Elemente haben nur ein Valenzelektron und befinden sich somit in der ersten Hauptgruppe:

    • Wasserstoff
    • Lithium
    • Natrium

  • Charakterisiere die Elemente anhand des Periodensystems.

    Tipps

    Die Periodenzahl gibt Auskunft darüber, wie viele Schalen ein Atom in seiner Hülle hat.

    Ein Wasserstoffatom hat eine Schale in der Atomhülle sowie ein Valenzelektron.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente stellt nicht nur eine Übersicht aller (bisher entdeckten) Elemente dar: Anhand dieser Tabelle können wir viele Informationen über den Aufbau eines Atoms ablesen.
    Das Periodensystem ist in Gruppen und Perioden eingeteilt: Die Periode gibt an, wie viele Schalen ein Atom in der Atomhülle besitzt. Die Hauptgruppe gibt an, wie viele Valenzelektronen ein Atom aufweist.

    $\underline{\text{Bor:}}$

    • Elementsymbol: B
    • zweite Periode $\to$ zwei Schalen
    • dritte Hauptgruppe $\to$ drei Valenzelektronen

    $\underline{\text{Magnesium:}}$
    • Elementsymbol: Mg
    • dritte Periode $\to$ drei Schalen
    • zweite Hauptgruppe $\to$ zwei Valenzelektronen

    $\underline{\text{Helium:}}$
    • Elementsymbol: He
    • erste Periode $\to$ eine Schale
    • achte Hauptgruppe $\to$ zwei Valenzelektronen (Ausnahme!)

    $\underline{\text{Arsen:}}$
    • Elementsymbol: As
    • vierte Periode $\to$ vier Schalen
    • fünfte Hauptgruppe $\to$ fünf Valenzelektronen

    $\underline{\text{Zinn:}}$
    • Elementsymbol: Sn
    • fünfte Periode $\to$ fünf Schalen
    • vierte Hauptgruppe $\to$ vier Valenzelektronen