Hallo Oli,
Mir geht das mit der Wertigkeit irgendwie nicht runter.
Woher weis ich wieviel wertig der Schwefel jetzt ist.
Ich will mal eine Antwort versuchen. Du brauchst das nicht alles verstehen. Überflieg es einfach und lies dann den letzten Absatz.
S ist in der dritten Periode. Das mit der Wertigkeit -> Edelgaskonfiguration funktioniert nur gut bis zur zweiten Periode (also bis zum Neon). Aber warum? Weil die Natur etwas komplizierter ist als unsere einfachen Modelle von ihr. Um das besser verstehen zu können, muß man das "Schalenmodell", das du kennst, erweitern zum "Orbitalmodell". Das kann ich dir in diesem Rahmen natürlich nicht genau erklären, du kannst dich aber je nach Interesse im Internet nach der Stichwortsuche weiterbilden. Hier werde ich jetzt mit "Lügen für Laien" weitermachen und hoffe, das dich das auf den richtigen Weg bringt:
Elektronen laufen nicht wirklich auf "Bahnen" um den Atomkern. Besser lassen sie sich beschreiben als "schwingende Ladung" in der Nähe des Atomkerns. Versuche nicht, dir das vorzustellen! Darum geht es nicht. Es ist ein mathematisches Modell, welches gut beschreibt, wie sich Atome verhalten. Entsprechend dieser "stehenden (Elektronen-)Wellen" um die Atomkerne herum kann man berechnen, mit welcher Wahrscheinlichkeit man ein Elektron in einem bestimmten Raumgebiet antreffen kann. Das Raumgebiet, in denen man das Elektron mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit (zB. 99%) antrifft, bezeichnet man als "Aufenthaltsraum" bzw. als Orbital. Daher nennt man das ganze "Orbitalmodell". Im einfachsten Fall ist ein solches Orbital eine Kugel, es kann aber auch sehr sonderbare Formen haben, je nach Energie des Elektrons. Nun kann ein Orbital von genau zwei Elektronen besetzt sein. Das liegt daran, dass Elektronen eine quantenmechanische Eigenschaft (den Spin) haben, in denen sich zwei ansonsten identische Elektronen unterscheiden können. Dieser Spin kann genau zwei unterschiedliche Werte annehmen, daher kann jedes Orbital maximal von zwei Elektronen besetzt sein.
Nun ordnen sich Elektronen immer so, dass Orbitale möglichst niedriger Energie besetzt werden. Einfach besetzte Orbitale sind energetisch ungünstig. Dieser Zustand kann von den Atomen umgangen werden, indem die Schwingungen energetisch ähnlicher Orbitale in Resonanz gebracht werden, wobei neue, sogenannte Hybridorbitale entstehen, die nun mit anderen Orbitalen in Wechselwirkung treten können, um die "Elektronenlücken" zu füllen. Das Bilden von Hybridorbitalen ist also zunächst etwas ungünstig, die dadurch ermöglichte Umverteilung der Elektronen gleicht das aber mehr als aus.
Soooo, nun zum Schwefel. Wei gesagt, 3. Periode. Die inneren Schalen haben die Neon-Konfiguration, um die müssen wir uns nicht kümmern. Es bleiben die Valenzelektronen der 3. Schale, das sind 6 Stück. Dort, in der 3. Schale, gibt es drei mögliche Sorten von Orbitalen, die nennt man s, p und d-Orbitale. Die s-Orbitale sind kugelförmig. Davon gibt es in jeder Schale eines. p-Orbitale sind hantelförmig und in jeder Schale gibt es drei, die mal als px, py und pz unterscheidet. Von den recht kompliziert aussehenden d-Orbitalen gibt es sogar 5.
Die 6 Elektronen besetzen nun die Orbitale wie folgt: 2 im s-Orbital, die restlichen 4 in den p-Orbitalen, wobei eines der p-Orbitale zwei Elektronen abbekommt und die anderen beiden nur noch eines. Die d-Orbitale sind alle unbesetzt. Also, das Problem des Schwefels ist es also, die beiden einzelnen Elektronen so mit anderen zu paaren, das es keine einzeln besetzten Orbitale mehr gibt. Dafür hat Schwefel nun einige Möglichkeiten, Hybridorbitale zu bilden.
Im SO2, so sagt das mathematische Modell, hybridisieren zwei der p-Orbitale mit dem s-Orbital und bilden drei sp²-Hybridorbitale. Eines davon ist doppelt besetzt, die anderen beiden enthalten je ein Elektron. Dem verbliebenen p-Orbital verbleiben noch 2 Elektronen. Nun wird Sauerstoff zur Bindung genutzt. Da machen die beiden einfach besetzten sp²-Orbitale mit, die nicht zum selben Sauerstoffatom binden können (das geht wegen der Form der Orbitale eben nicht, weil die "Bindungsstellen" in verschiedene Richtungen zeigen). Also müssen zwei Sauerstoffatome gebunden werden, und die wollen ja jedes gerne eine Doppelbindung eingehen. Wenn dafür Platz geschaffen werden kann, wäre das energetisch sehr günstig. Und das geht, weil ja in der dritten Schale des S noch unbesetzte d-Orbitale sind. So wird ein Elektron aus dem doppelt besetzten p-Orbital in ein d-Orbital verfrachtet. Das p-Orbital kann nun die zweite Bindung mit dem einen O-Atom eingehen und das d-Orbital die zum anderen O-Atom.
Übrigends stehen die drei sp²-Orbitale des S-Atoms wie die Zacken eines Mercedes-Sterns zueinander. Daher ist die O=S=O - Bindung auch nicht so, wie gezeichnet, in einer Linie, sondern die S=O-Bindungen stehen in einem Winkel zueinander: Das Molekül ist tatsächlich V-förmig, wie man zeigen kann (übrigends im Ggs. zu CO2, wo das C sp-hybridisiert ist).
Beim SO3 ist die Sache komplizierter. Hier hybridisieren gleich zwei der d-Orbitale mit einem der p-Orbitale und bilden 3 einfach besetzte pd²-Hybridorbitale. die beiden anderen p-Orbitale hybridisieren mit dem s-Orbital zu drei ebenfalls einfach besetzten sp²-Orbitalen. Je ein sp²- und ein pd²-Orbital kann nun eine Bindung zu einem O-Atom eingehen, mach insgesamt drei Doppelbindungen zu drei O-Atomen.
Beim SO4 ist es wieder einfacher: das s-Orbital hybridisiert mit allen drei p-Orbitalen zu vier einfach besetzten sp³-Orbitalen, die beiden restlichen Elektronen weichen auf d-Orbitale aus. So können vier O-Atome gebunden werden, zwei davon mit einer Doppelbindung (einmal sp³ plus einmal d). Zwei Sauerstoffatome haben dann noch das Problem, das ihnen je ein Elektron fehlt, welches sie sich extern besorgen müssen (zb aus dem Wasser oder von einem Alkalimetall), so das SO4 als SO4(2-) Anion vorliegt. Damit können diese Elektronen auch energiegünstig in die Nutzung der d-Orbitale einbezogen werden, so das sich eigentlich das S und die vier O-Atome 8 Elektronen in einem Bindungssystem teilen, welches 4 d-Orbitale umfaßt.
Woher weis ich das der Schwefel beispielsweise auch 3
Sauerstoffatome binden kann? (Das ist halt so oder)
Die Mathematik bzw. die Quantenmechanischen Modelle, die dahinterstehen sind sehr kompliziert und oft nicht mal von Profis lösbar. Du kannst - theoretisch - alle Zustände der Elemente aus den Modellen berechnen bzw. vorhersagen und auch schließen, welcher Zustand unter welchen Bedingungen der günstigste ist. Praktisch ist das aber zu schwer bis unmöglich. Also ist es am besten, Du nimmst es einfach hin: Das ist halt so.
Grüße,
Jochen
PS: Hoffentlich war das das, was Du gefragt hast, dann hat die Mühe etwas gelohnt.
