Periodiek systeem met oxidatiegetallen

Oxidatietoestanden en ionladingen

Ionladingen beschrijven echte ionen, zoals Na⁺ in tafelzout. Oxidatietoestanden zijn een boekhoudkundig hulpmiddel dat voor elke verbinding werkt, ook voor covalente waarin geen ionen bestaan. In koolstofdioxide, CO₂, krijgt koolstof +4 en elke zuurstof −2, ook al bestaat er geen C⁴⁺-ion. Met oxidatietoestanden kun je elektronen volgen in redoxreacties: een atoom waarvan de oxidatietoestand stijgt wordt geoxideerd, en een atoom waarvan de oxidatietoestand daalt wordt gereduceerd.

Regels voor het toekennen van oxidatietoestanden

Een element op zichzelf, zoals O₂ of Fe, is 0. Een eenvoudig ion heeft een oxidatietoestand gelijk aan zijn lading. Fluor is in verbindingen altijd −1. Zuurstof is meestal −2, maar −1 in peroxiden zoals H₂O₂. Waterstof is meestal +1, maar −1 in metaalhydriden zoals NaH. Metalen in groep 1 zijn +1 en metalen in groep 2 +2. De oxidatietoestanden in een neutrale verbinding tellen op tot 0, en in een meeratomig ion tellen ze op tot de lading van het ion.

De tabel toont alleen de meest voorkomende oxidatietoestanden. Zuurstof wordt alleen als −2 vermeld, en de edelgassen als 0, ook al bereikt xenon +2, +4 en +6 in zijn fluoriden. Voor de superzware elementen vanaf meitnerium zijn geen waarden bekend, dus hun cellen tonen een streepje.

Patronen in de tabel

Bij hoofdgroepelementen is de hoogste positieve oxidatietoestand meestal gelijk aan het aantal valentie-elektronen, en de meest negatieve gelijk aan dat getal min 8. Stikstof, met 5 valentie-elektronen, loopt van +5 tot −3, en chloor, met 7, wordt vermeld van +7 tot −1. Metalen links vertonen alleen positieve waarden: +1 voor groep 1 en +2 voor groep 2.

Overgangsmetalen kunnen naast hun buitenste s-elektronen ook d-elektronen gebruiken, dus veel ervan hebben meerdere oxidatietoestanden. Mangaan wordt vermeld met +2, +3, +4 en +7, en chroom met +2, +3 en +6. Hun vermogen om tussen oxidatietoestanden te wisselen is een van de redenen dat ze goede katalysatoren zijn.

Uitgewerkt voorbeeld: mangaan in KMnO₄

Kaliumpermanganaat, KMnO₄, is neutraal, dus de oxidatietoestanden moeten optellen tot 0. Kalium is een metaal uit groep 1, dus het is +1, en de vier zuurstofatomen zijn elk −2, samen −8. Dan blijft over +1 + Mn − 8 = 0, dus mangaan is +7, de hoogste waarde die ervoor wordt vermeld. Dezelfde methode werkt voor zwavelzuur, H₂SO₄: 2 × (+1) + S + 4 × (−2) = 0, dus zwavel is +6.