Periodensystem mit Ladungen
Die Ionenladung und alle Oxidationsstufen der 118 Elemente, sowie die Gruppenregel, mit der man sie vorhersagen kann.
Die Ladung eines Elements entsteht, wenn es beim Bilden einer Verbindung Elektronen aufnimmt oder abgibt. Atome sind zunächst neutral — gleich viele Protonen wie Elektronen —, sodass der Verlust eines Elektrons einen Überschuss an positiven Protonen hinterlässt und die Aufnahme eines Elektrons einen Überschuss an negativen Elektronen.
Für den größten Teil der Tabelle lässt sich die Antwort allein an der Spalte ablesen, ganz ohne Auswendiglernen.
Wo die Regel versagt
Die Gruppenregel ist im s- und p-Block zuverlässig und außerhalb davon unzuverlässig. Die offensichtliche Ausnahme ist der d-Block: Die meisten Übergangsmetalle zeigen mehr als eine Oxidationsstufe, sodass angegeben werden muss, welche eine bestimmte Verbindung nutzt. Dafür steht die römische Zahl in Namen wie Eisen(III)-chlorid.
Die schweren Metalle des p-Blocks haben ihre eigene Besonderheit, den Effekt des inerten Elektronenpaars: Thallium, Blei und Bismut bevorzugen eine um zwei Einheiten niedrigere Ladung, als ihre Gruppe nahelegt, weil ihr äußerstes s-Elektronenpaar ungern Bindungen eingeht.
| # | Periodensystem | Übliche Ladung | Oxidationsstufen | Gruppe |
|---|---|---|---|---|
| 1 | HWasserstoff | +1, −1 | −1, +1 | 1 |
| 2 | HeHelium | keine | 0 | 18 |
| 3 | LiLithium | +1 | +1 | 1 |
| 4 | BeBeryllium | +2 | +2 | 2 |
| 5 | BBor | +3 | +3 | 13 |
| 6 | CKohlenstoff | +4, −4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 7 | NStickstoff | −3 | −3, −2, −1, +1, +2, +3, +4, +5 | 15 |
| 8 | OSauerstoff | −2 | −2 | 16 |
| 9 | FFluor | −1 | −1 | 17 |
| 10 | NeNeon | keine | 0 | 18 |
| 11 | NaNatrium | +1 | +1 | 1 |
| 12 | MgMagnesium | +2 | +2 | 2 |
| 13 | AlAluminium | +3 | +3 | 13 |
| 14 | SiSilicium | +4, −4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 15 | PPhosphor | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 16 | SSchwefel | −2 | −2, +2, +4, +6 | 16 |
| 17 | ClChlor | −1 | −1, +1, +3, +5, +7 | 17 |
| 18 | ArArgon | keine | 0 | 18 |
| 19 | KKalium | +1 | +1 | 1 |
| 20 | CaCalcium | +2 | +2 | 2 |
| 21 | ScScandium | +3 | +3 | 3 |
| 22 | TiTitan | +4, +3 | +2, +3, +4 | 4 |
| 23 | VVanadium | +5, +4, +3, +2 | +2, +3, +4, +5 | 5 |
| 24 | CrChrom | +3, +6, +2 | +2, +3, +6 | 6 |
| 25 | MnMangan | +2 | +2, +3, +4, +7 | 7 |
| 26 | FeEisen | +2, +3 | +2, +3 | 8 |
| 27 | CoCobalt | +2, +3 | +2, +3 | 9 |
| 28 | NiNickel | +2 | +2, +3 | 10 |
| 29 | CuKupfer | +2, +1 | +1, +2 | 11 |
| 30 | ZnZink | +2 | +2 | 12 |
| 31 | GaGallium | +3 | +3 | 13 |
| 32 | GeGermanium | +4, +2 | −4, +2, +4 | 14 |
| 33 | AsArsen | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 34 | SeSelen | −2 | −2, +4, +6 | 16 |
| 35 | BrBrom | −1 | −1, +1, +3, +5 | 17 |
| 36 | KrKrypton | keine | 0 | 18 |
| 37 | RbRubidium | +1 | +1 | 1 |
| 38 | SrStrontium | +2 | +2 | 2 |
| 39 | YYttrium | +3 | +3 | 3 |
| 40 | ZrZirconium | +4 | +4 | 4 |
| 41 | NbNiob | +5 | +3, +5 | 5 |
| 42 | MoMolybdän | +6, +4 | +4, +6 | 6 |
| 43 | TcTechnetium | +7, +4 | +4, +6, +7 | 7 |
| 44 | RuRuthenium | +3, +4 | +3, +4 | 8 |
| 45 | RhRhodium | +3 | +3 | 9 |
| 46 | PdPalladium | +2, +4 | +2, +3, +4 | 10 |
| 47 | AgSilber | +1 | +1 | 11 |
| 48 | CdCadmium | +2 | +2 | 12 |
| 49 | InIndium | +3 | +3 | 13 |
| 50 | SnZinn | +2, +4 | −4, +2, +4 | 14 |
| 51 | SbAntimon | −3 | −3, +3, +5 | 15 |
| 52 | TeTellur | −2 | −2, +4, +6 | 16 |
| 53 | IIod | −1 | −1, +1, +5, +7 | 17 |
| 54 | XeXenon | keine | 0, +2, +4, +6 | 18 |
| 55 | CsCäsium | +1 | +1 | 1 |
| 56 | BaBarium | +2 | +2 | 2 |
| 57 | LaLanthan | +3 | +3 | f |
| 58 | CeCer | +3, +4 | +3, +4 | f |
| 59 | PrPraseodym | +3 | +3 | f |
| 60 | NdNeodym | +3 | +3 | f |
| 61 | PmPromethium | +3 | +3 | f |
| 62 | SmSamarium | +3 | +2, +3 | f |
| 63 | EuEuropium | +3, +2 | +2, +3 | f |
| 64 | GdGadolinium | +3 | +3 | f |
| 65 | TbTerbium | +3 | +3 | f |
| 66 | DyDysprosium | +3 | +3 | f |
| 67 | HoHolmium | +3 | +3 | f |
| 68 | ErErbium | +3 | +3 | f |
| 69 | TmThulium | +3 | +3 | f |
| 70 | YbYtterbium | +3, +2 | +2, +3 | f |
| 71 | LuLutetium | +3 | +3 | f |
| 72 | HfHafnium | +4 | +4 | 4 |
| 73 | TaTantal | +5 | +5 | 5 |
| 74 | WWolfram | +6, +4 | +4, +6 | 6 |
| 75 | ReRhenium | +7, +4 | +4, +6, +7 | 7 |
| 76 | OsOsmium | +4 | +3, +4 | 8 |
| 77 | IrIridium | +3, +4 | +3, +4 | 9 |
| 78 | PtPlatin | +2, +4 | +2, +4 | 10 |
| 79 | AuGold | +3, +1 | +1, +3 | 11 |
| 80 | HgQuecksilber | +2, +1 | +1, +2 | 12 |
| 81 | TlThallium | +1, +3 | +1, +3 | 13 |
| 82 | PbBlei | +2, +4 | +2, +4 | 14 |
| 83 | BiBismut | +3 | +3, +5 | 15 |
| 84 | PoPolonium | +4, +2 | −2, +2, +4 | 16 |
| 85 | AtAstat | −1, +1 | −1, +1, +3, +5, +7 | 17 |
| 86 | RnRadon | keine | 0 | 18 |
| 87 | FrFrancium | +1 | +1 | 1 |
| 88 | RaRadium | +2 | +2 | 2 |
| 89 | AcActinium | +3 | +3 | f |
| 90 | ThThorium | +4 | +4 | f |
| 91 | PaProtactinium | +5 | +4, +5 | f |
| 92 | UUran | +6, +4 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 93 | NpNeptunium | +5 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 94 | PuPlutonium | +4 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 95 | AmAmericium | +3 | +3, +4, +5, +6 | f |
| 96 | CmCurium | +3 | +3 | f |
| 97 | BkBerkelium | +3 | +3, +4 | f |
| 98 | CfCalifornium | +3 | +3 | f |
| 99 | EsEinsteinium | +3 | +3 | f |
| 100 | FmFermium | +3 | +3 | f |
| 101 | MdMendelevium | +3 | +2, +3 | f |
| 102 | NoNobelium | +2, +3 | +2, +3 | f |
| 103 | LrLawrencium | +3 | +3 | f |
| 104 | RfRutherfordium | +4 | +4 | 4 |
| 105 | DbDubnium | +5 | +3, +4, +5 | 5 |
| 106 | SgSeaborgium | +6 | 0, +3, +4, +5, +6 | 6 |
| 107 | BhBohrium | +7 | +3, +4, +5, +7 | 7 |
| 108 | HsHassium | +8 | +2, +3, +4, +5, +6, +8 | 8 |
| 109 | MtMeitnerium | keine | +1, +3, +4, +6, +8, +9 | 9 |
| 110 | DsDarmstadtium | keine | 0, +2, +4, +6, +8 | 10 |
| 111 | RgRoentgenium | keine | −1, +1, +3, +5 | 11 |
| 112 | CnCopernicium | keine | 0, +1, +2 | 12 |
| 113 | NhNihonium | keine | — | 13 |
| 114 | FlFlerovium | keine | 0, +1, +2, +4, +6 | 14 |
| 115 | McMoscovium | keine | +1, +3 | 15 |
| 116 | LvLivermorium | keine | −2, +2, +4 | 16 |
| 117 | TsTenness | −1, +1 | −1, +1, +3, +5 | 17 |
| 118 | OgOganesson | keine | −1, 0, +1, +2, +4, +6 | 18 |
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Häufig gestellte Fragen
Wie findet man die Ladung eines Elements im Periodensystem?
Bei Hauptgruppenelementen liest man sie direkt an der Gruppennummer ab. Gruppe 1 bildet 1+-Ionen, Gruppe 2 bildet 2+-Ionen und Gruppe 13 bildet 3+-Ionen. Am anderen Ende bildet Gruppe 17 1−-Ionen, Gruppe 16 2−-Ionen und Gruppe 15 3−-Ionen. Gruppe 18, die Edelgase, bildet gar keine Ionen. Die Regel funktioniert, weil das Atom das aufnimmt oder abgibt, was günstiger ist: die Außenschale zu leeren oder sie aufzufüllen.
Warum haben Übergangsmetalle mehr als eine Ladung?
Weil ihre äußeren s-Elektronen und ihre inneren d-Elektronen sehr ähnliche Energien haben, kann ein Übergangsmetall je nach Reaktionspartner zwei, drei oder mehr Elektronen abgeben. Eisen bildet sowohl Fe²⁺ als auch Fe³⁺, Kupfer sowohl Cu⁺ als auch Cu²⁺. Das erklärt auch die kräftigen Farben ihrer Verbindungen: Jede Oxidationsstufe absorbiert andere Wellenlängen.
Was ist der Unterschied zwischen Ladung und Oxidationsstufe?
Die Ionenladung ist eine reale, physikalische Eigenschaft eines tatsächlich existierenden Ions: Na⁺ hat wirklich ein Elektron weniger als Protonen. Die Oxidationsstufe ist eine Rechengröße: die Ladung, die ein Atom hätte, wenn jede Bindung in der Verbindung vollständig ionisch wäre. Bei einfachen Ionen stimmen beide Zahlen überein; in kovalenten Verbindungen ist die Oxidationsstufe eher eine nützliche Fiktion als eine Messgröße.
Welche Elemente haben die Ladung null?
Jedes Element in seiner reinen elementaren Form hat die Oxidationsstufe null: metallisches Eisen, gasförmiger Sauerstoff, fester Schwefel. Die Edelgase der Gruppe 18 behalten unter fast allen Umständen die Oxidationsstufe null, weil ihre Außenschale bereits voll ist, auch wenn sich Xenon und Krypton unter den richtigen Bedingungen zu Verbindungen zwingen lassen.