Elektronen existieren in Bahnen um einen Atomkern. Je höher die Bahnzahl, desto größer ist der Abstand der Elektronen vom Kern. Atome versuchen, durch Aufnahme oder Abgabe von Elektronen einen stabilen Zustand ähnlich dem der Edelgase oder der inerten Elemente in ihrer äußersten Umlaufbahn zu erreichen. Diese Eigenschaft wird die Wertigkeit des Atoms genannt.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Einige Elemente unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit, sich mit anderen Elementen zu verbinden, abhängig von der Art der Reaktion; diese Eigenschaft wird variable Wertigkeit genannt. Beispielsweise weist das Eisen in Eisenoxid eine Wertigkeit von +2 auf, während es in Eisenoxid eine Wertigkeit von +3 aufweist.
Wertigkeit und Bindung
Die Elektronen in der dem Kern am nächsten liegenden Umlaufbahn werden im Vergleich zu denen in den äußeren Umlaufbahnen fester gehalten. Atome streben danach, den elektronischen Zustand ähnlich dem des Edelgases zu erreichen, dem sie im Periodensystem am nächsten sind. Sie tun dies, indem sie die überschüssigen Elektronen an ein anderes Atom abgeben oder Elektronen von einem anderen Atom aufnehmen. Wenn diese Valenzelektronen abgegeben oder angenommen werden, kommt es zur Bildung einer Ionenbindung zwischen den beteiligten Atomen. Wenn Atome die Valenzelektronen untereinander teilen, führt dies zur Bildung einer kovalenten Bindung.
Variable Valenz
Bestimmte Elemente verbinden sich mit anderen Atomen und geben, akzeptieren oder teilen Elektronen in unterschiedlichen Anteilen, abhängig von der Art der Reaktion. Zum Beispiel verbindet sich Eisen mit Sauerstoff, um sowohl Eisenoxid als auch Eisenoxid zu bilden. Eisen hat bei der Bildung von Eisen(II)-oxid eine Wertigkeit von +2, während es in Eisen(III)-oxid eine Wertigkeit von +3 hat. Dies wird als variable Valenz bezeichnet.
Elemente mit variabler Wertigkeit
Übergangsmetalle Nickel, Kupfer, Zinn und Eisen weisen eine variable Wertigkeit auf. Nichtmetalle wie Stickstoff und Sauerstoff weisen ebenfalls eine variable Wertigkeit auf. Die bei der Reaktion mit den unterschiedlichen Valenzatomen entstehenden Produkte unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Beispielsweise ist im obigen Beispiel Eisen(II)-oxid nicht magnetisch, wohingegen Eisen(III)-oxid magnetischen Charakter hat. Ebenso weist Wasserstoff eine Wertigkeit von +2 in Wasserstoffperoxid und eine Wertigkeit von +1 im Fall von Wasser auf; Wasserstoffperoxid ist von Natur aus stark sauer, während Wasser neutral ist.
Darstellung der Variablenwertigkeit
Es ist üblich, die Wertigkeit eines Elements mit variabler Wertigkeit anzugeben, indem die entsprechende römische Zahl als hochgestellter Index neben dem Symbol des Elements verwendet wird. Wenn man beispielsweise PVCl5 schreibt, weist Phosphor eine Wertigkeit von +5 in Phosphorpentachlorid auf.