Periodensystem mit Ladungen

Was ist eine Ionenladung?

Ein Atom ist neutral, weil es gleich viele Protonen und Elektronen hat. Gibt es Elektronen ab, wird es zu einem positiven Ion (einem Kation), nimmt es Elektronen auf, wird es zu einem negativen Ion (einem Anion). Die Ladung ist die Anzahl der abgegebenen oder aufgenommenen Elektronen: Ein Natriumatom, das ein Elektron abgibt, wird zu Na⁺ mit der Ladung +1, und ein Chloratom, das eines aufnimmt, wird zu Cl⁻ mit der Ladung −1.

Atome geben meist gerade so viele Elektronen ab oder nehmen so viele auf, dass sie dieselbe Elektronenanordnung wie das nächstgelegene Edelgas erreichen. Diese volle Außenschale ist besonders stabil, weshalb die Ladungen der Gruppennummer so eng folgen.

So findest du die Ladung über die Gruppe

Bei den Hauptgruppenelementen ergibt sich die Ladung aus der Gruppe. Metalle der Gruppe 1 bilden +1-Ionen, Metalle der Gruppe 2 bilden +2-Ionen, und Aluminium in Gruppe 13 bildet +3. Auf der rechten Seite des Periodensystems kehrt sich das Muster für die Nichtmetalle und Halbmetalle um: Die Elemente der Gruppe 15 nehmen −3 an, die der Gruppe 16 −2 und die Halogene der Gruppe 17 −1, weil die Aufnahme von drei, zwei oder einem Elektron ihre Außenschale vervollständigt. Weiter unten in diesen Gruppen stehende Metalle wie Bismut (+3, +5) bilden stattdessen positive Ionen. Gruppe 18 wird mit 0 angegeben, da die Edelgase bereits eine volle Schale haben.

Kohlenstoff, Silicium und Germanium in Gruppe 14 sind mit ±4 angegeben und Bor mit +3, den Ladungen, die sich aus ihrer Gruppe ergeben. In der Praxis teilen sich diese Elemente wie viele Nichtmetalle meist Elektronen in kovalenten Bindungen, statt einfache Ionen zu bilden. Wasserstoff ist mit zwei Ladungen angegeben: +1, wie in Säuren, und −1 in Metallhydriden wie Natriumhydrid (NaH).

Übergangsmetalle und andere Ausnahmen

Übergangsmetalle folgen keiner einfachen Gruppenregel. Sie geben zuerst ihre äußeren s-Elektronen ab und können dann auch einige d-Elektronen verlieren, sodass viele von ihnen mehr als ein Ion bilden. Eisen ist mit +2, +3 und Kupfer mit +1, +2 angegeben, während Zinn und Blei, zwei Metalle nach den Übergangsmetallen, mit +2, +4 angegeben sind. Zink (+2) und Silber (+1) sind praktische Ausnahmen mit nur einer üblichen Ladung. Hat ein Metall mehr als eine Ladung, steht die Ladung als römische Zahl im Namen: Eisen(II)-chlorid ist FeCl₂ und Eisen(III)-chlorid ist FeCl₃.

Von den superschweren Elementen von Meitnerium (109) bis Oganesson (118) wurden nur wenige Atome hergestellt, daher sind ihre Ladungen unbekannt und erscheinen als Strich. Ladungen sind nicht dasselbe wie Oxidationszahlen, die auch kovalente Verbindungen umfassen; die Ansicht „Oxidationszahlen“ listet diese auf.

Rechenbeispiel: Aluminiumoxid

Aluminium steht in Gruppe 13 und ist mit +3 angegeben. Sauerstoff steht in Gruppe 16 und ist mit −2 angegeben. In einer Ionenverbindung müssen sich die positiven und negativen Ladungen aufheben, und die kleinsten Ionenzahlen, die das erreichen, sind zwei Aluminium-Ionen und drei Oxid-Ionen: 2 × (+3) + 3 × (−2) = 0. Die Formel von Aluminiumoxid lautet daher Al₂O₃. Dieselbe Methode funktioniert für jedes Ionenpaar, etwa Magnesium (+2) und Chlor (−1), die MgCl₂ ergeben.