Periodensystem mit Oxidationszahlen

Oxidationszahlen und Ionenladungen

Ionenladungen beschreiben echte Ionen, wie Na⁺ im Speisesalz. Oxidationszahlen sind ein Buchhaltungswerkzeug, das für jede Verbindung funktioniert, auch für kovalente, in denen keine Ionen existieren. In Kohlenstoffdioxid, CO₂, wird Kohlenstoff +4 und jedem Sauerstoff −2 zugewiesen, obwohl es kein C⁴⁺-Ion gibt. Mit Oxidationszahlen kannst du Elektronen in Redoxreaktionen verfolgen: Ein Atom, dessen Oxidationszahl steigt, wird oxidiert, und eines, dessen Oxidationszahl sinkt, wird reduziert.

Regeln zum Zuweisen von Oxidationszahlen

Ein Element für sich, wie O₂ oder Fe, hat 0. Ein einfaches Ion hat eine Oxidationszahl, die seiner Ladung entspricht. Fluor ist in Verbindungen immer −1. Sauerstoff ist meist −2, aber −1 in Peroxiden wie H₂O₂. Wasserstoff ist meist +1, aber −1 in Metallhydriden wie NaH. Metalle der Gruppe 1 sind +1 und Metalle der Gruppe 2 sind +2. Die Oxidationszahlen in einer neutralen Verbindung ergeben zusammen 0, und in einem mehratomigen Ion ergeben sie zusammen die Ladung des Ions.

Die Tabelle zeigt nur die häufigsten Oxidationszahlen. Sauerstoff ist nur mit −2 aufgeführt und die Edelgase mit 0, obwohl Xenon in seinen Fluoriden +2, +4 und +6 erreicht. Für die superschweren Elemente ab Meitnerium sind keine Werte bekannt, daher zeigen ihre Zellen einen Strich.

Muster im Periodensystem

Bei Hauptgruppenelementen entspricht die höchste positive Oxidationszahl meist der Anzahl der Valenzelektronen, und die negativste ergibt sich aus dieser Zahl minus 8. Stickstoff mit 5 Valenzelektronen reicht von +5 bis −3, und Chlor mit 7 ist von +7 bis −1 aufgeführt. Metalle auf der linken Seite zeigen nur positive Werte: +1 für Gruppe 1 und +2 für Gruppe 2.

Übergangsmetalle können neben ihren äußeren s-Elektronen auch d-Elektronen nutzen, daher haben viele mehrere Oxidationszahlen. Mangan ist mit +2, +3, +4 und +7 aufgeführt und Chrom mit +2, +3 und +6. Ihre Fähigkeit, zwischen Oxidationszahlen zu wechseln, ist ein Grund, warum sie gute Katalysatoren sind.

Rechenbeispiel: Mangan in KMnO₄

Kaliumpermanganat, KMnO₄, ist neutral, daher müssen seine Oxidationszahlen zusammen 0 ergeben. Kalium ist ein Metall der Gruppe 1, also +1, und die vier Sauerstoffatome haben je −2, zusammen −8. Damit gilt +1 + Mn − 8 = 0, also ist Mangan +7, der höchste für es aufgeführte Wert. Dieselbe Methode funktioniert für Schwefelsäure, H₂SO₄: 2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0, also ist Schwefel +6.