Schon die Alchemisten bedienten sich zur Bezeichnung chemischer Stoffe und Vorgänge einer Art Bildersprache (Abb. 10.2). Da sie jeden Stoff und jeden einzelnen Arbeitsvorgang in ihrem Laboratorium bildlich darzustellen versuchten, mußte dieses Vorhaben mit dem Fortschritt der Chemie im 18. und 19. Jahrhundert scheitern.
Worin beruht der Vorteil der von Berzelius eingeführten chemischen Zeichensprache? Warum ist es unmöglich, chemische Verbindungen mit bestimmten Zeichen zu symbolisieren? Warum besteht das Symbol mancher Elemente aus zwei Buchstaben? Beispiele?
Chemisches Symbol: Stoffart, 1 bestimmtes Atom, die Atommasse (u) von einem Element, 1 mol des Elements, die Masse (g) von 1 mol des Elements.Die heute in der Chemie gebräuchlichen Symbole wurden von dem schwedischen Chemiker J. J. Berzelius (1779 - 1848) eingeführt. Nach seinem Vorschlag werden zur Kurzbezeichnung der Elemente die Anfangsbuchstaben der lateinischen bzw. griechischen Elementnamen benutzt. Diese Symbole werden überall auf der Erde verstanden.
| Sauerstoff Silicium Aluminium Eisen Zink Kupfer | = oxygenium = silicium = aluminium = ferrum = zincum = cuprum | = O = Si = Al = Fe = Zn = Cu | Calcium Kohlenstoff Schwefel Stickstoff Iod Gold | = calcium = carbo = sulfur = nitrogenium = iodum = aurum | = Ca = C = S = N = I = Au |
| Beispiel Das Symbol Cu kann bedeuten: | Allgemein Ein chemisches Symbol kann bedeuten: |
| 1. Die Stoffart Kupfer | 1. Eine bestimmte Stoffart |
| 2. Ein Atom Kupfer | 2. Ein Atom eines Elementes |
| 3. 63,54 u Kupfer | 3. Die Masse eines Atoms eines Elementes |
| 4. 1 mol Kupfer, also 6,023 ⋅ 1023 | 4. 1 Mol eines Elementes, also 6,023 ⋅ 1023 Atome eines Elementes |
| 5. 63,54 g Kupfer, also die Masse von 1 mol Kupferatomen | 5. Die Masse von 1 mol Atomen eines Elementes in g |
Wertigkeit ist eine Zahl, die angibt, wieviele Atome Wasserstoff ein Atom binden oder ersetzen kann.Wenn wir die Formel einer Verbindung aufstellen wollen, dürfen wir nicht einfach die Symbole nebeneinander schreiben. Viele Atome haben nämlich die Fähigkeit, zwei oder mehrere Atome zu binden. Diese Eigenschaft kommt in der Wertigkeit zum Ausdruck. Darunter versteht man die Zahl, die angibt, wieviele Atome Wasserstoff ein Atom binden oder ersetzen kann. So verbinden sich:
2 Wasserstoffatome mit 1 Sauerstoffatom; also ist der Sauerstoff zweiwertig,
3 Wasserstoffatome mit 1 Stickstoffatom, also ist der Stickstoff dreiwertig,
4 Wasserstoffatome mit 1 Kohlenstoffatom, also ist der Kohlenstoff vierwertig.
Viele Elemente besitzen mehrere Wertigkeiten (Tabelle 7).
In einer Formel muß die Summe der Wertigkeiten der miteinander verbundenen Elemente übereinstimmen.Aufstellen einer Formel: Wertigkeiten feststellen - kgV der Wertigkeiten bilden - Atomzahlen bestimmen.Wenn Elemente miteinander reagieren, so verbinden sich die Atome dieser Elemente miteinander (Kap. 7). Um dies darzustellen, werden die Symbole der miteinander reagierenden Elemente nebeneinander geschrieben und bilden so eine Formel. Das Aufstellen einer chemischen Formel ist einfach, wenn die Atome, die miteinander reagieren, die gleiche Wertigkeit aufweisen: dann werden einfach die entsprechenden Symbole nebeneinander geschreiben. Beispiel: Zinksulfid = ZnS, Natiumjodid = NaI.
Schwieriger wird es, wenn sich Atome verschiedener Wertigkeiten miteinander verbinden. Da keine Wertigkeiten frei bleiben dürfen, verbindet sich in diesem Fall keineswegs ein Atom des einen Elementes mit einem Atom des anderen Elementes. So verbindet sich zwar 1 Atom Ca (zweiwertig) mit 1 Atom O (zweiwertig), aber zwei Atome H (einwertig) mit einem Atom O; also CaO, aber H2O. Im Sauerstoff sind zwei Atome zu einem Molekül verbunden; dafür schreibt man O2. Beim Aufstellen einer Formel muß man die Wertigkeiten der Elemente kennen, die sich miteinander verbinden. In der Formel wird nämlich das Zahlenverhältnis der sich miteinander verbindenden Atome angegeben. Dies läßt sich durch eine einfache Rechnung oder noch anschaulicher (unten) auch graphisch bestimmen.
| 1. Feststellen der Wertigkeiten | Al: III O: II |
| 2. Errechnen des kgV der Wertigkeiten | 6 |
| 3. Teilen des kgV durch die Wertigkeiten | 6 : III = 2 6 : II =3 |
| 4. Aufstellen der Formel | Al2O3 |
| Die tiefgestellten Zahlen beziehen sich nur auf die davorstehenden Symbol. Keine Zahl bedeutet 1 | Die Formel Al2O3 sagt also aus, dass in der Verbindung Aluminiumoxid Aluminiumatome und Sauerstoffatome sich im Zahlenverhältnis 2 : 3 miteinander verbinden: 2 Atome Al verbinden sich mit 3 Atomen O |
Grafisch
Man kann die Wertigkeit eines Atoms auch bildlich wiedergeben. Für die Wertigkeit I zeichnet man ein Kästchen, für die Wertigkeit II zwei Kästchen usw.
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In den Sulfiden ist der Schwefel zweiwertig. Wie lauten die Formeln für Quecksilbersulfid, Natriumsulfid, Aluminiumsulfid und Silbersulfid? Die Wertigkeiten sind in Tabelle 7 angegeben.
Schwefel kann in Verbindung mit zweiwertigem Sauerstoff sowohl vierwertig als auch sechswertig sein. Wie lauten die Formeln für die beiden möglichen Verbindungen zwischen Schwefel und Sauerstoff?
Bestimme die Wertigkeiten der in den folgenden Verbindungen vorkommenden Elemente:
Was drücken die folgenden Formeln aus?