Periodensystem der Elemente

  • 3 Redoxreaktionen mit Molekülen

    Bei der Verbrennung von Stoffen bilden sich Oxide, ohne dass es zur Bildung von Ionen kommt. Beispiele dafür sind die Verbrennung von Wasserstoff, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor.

    Um diese Reaktion als Redoxreaktion erfassen zu können, hat man als Hilfsgröße die Oxidationszahl eingeführt.

    3.1 Oxidationszahl

    Def.: Die Oxidationszahl gibt an, welche Ladung ein Atom in einem Molekül oder in einem anderen Teilchen hätte, wenn alle am Aufbau des Teilchens beteiligten Atome in Form von Ionen vorlägen.

    Die sich für die Atome in der Verbindung ergebenden formalen Ladungszahlen nennt man Oxidationszahlen. Zur Unterscheidung von Ionenladungen werden sie als römische Zahlen an die Elementsymbole geschrieben.

    Vorgehensweise: Vgl. dazu die zwei Beispiele 3.2 und 3.3 um die Schritte nachvollziehen zu können. 

    1. Schritt: Strukturformel erstellen.
    2. Schritt: Ermittlung der Elektronegativität aller Elemente (siehe PSE) : 
    3. Schritt: Bindungselektronen werden formal dem elektronegativeren Bindungspartner zugeteilt. Besitzen die Bindungspartner die gleiche Elektronegativität erhalten sie je die Hälfte der Bindungselektronen.

    Faustregel: (Hinweis: Wann immer eindeutige Strukturformeln möglich sind, würde ich keine Faustregeln nutzen)

    • Fluor immer: –I
    • Wasserstoff: +I
    • Sauerstoff: -II
    • Halogene: -I (sofern nicht mit Sauerstoff oder einem elektronegativeren Halogen verbunden sind)

    4. Schritt: Man bestimmt die Hauptgruppennummer des Elements und  zählt dann die Elektronen, welche das Element jetzt "formal" hätte (vgl. 3. Schritt). Dann berechnet man entsprechend folgender Formel:

    Oxidationszahl = Hauptgruppennummer des Elements – Elektronenanzahl im Molekül

    Bsp. Sauerstoff im Wassermolekül: Oxidationszahl(O) = steht in der 6. Hauptgruppe = VI - 8  = -2 (bzw. - II)
    Bsp. Wasserstoff im Wassermolekül: Oxidationszahl(H) = I - 0 = +1


    5. Schritt: Kontrolle: Summe der Oxidationszahlen muss 0 sein (bei elektr. Neutralen Molekülen).

     


    Mit Hilfe der Oxidationszahl lassen sich die Begriffe Oxidation und Reduktion neu fassen:

    Oxidation: Elektronenabgabe) bedeutet eine Erhöhung der Oxidationszahl.
    Reduktion: (Elektronenaufnahme) bedeutet eine Erniedrigung der Oxidationszahl.
    Redoxreaktionen: sind Vorgänge bei denen sich die Oxidationszahlen der beteiligten Atomarten ändern.

    3.2 Vollständige Verbrennung von Kohlenstoff

    03-01-00_ta_oxidationszahl_bei_co2.jpg - 9.49 kb

    Kohlenstoff            Sauerstoff                      Kohlenstoff(IV)-oxid
    Atom                     Molekül                          Molekül
    03-02-00-ta-reaktionsgleichung---kohlenstoff-von-sauerstoff.jpg - 6.98 kb  
    → Kohlenstoff wird oxidiert, Sauerstoff wird reduziert.

    3.3 Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff

    03-03_ta_oxidationszahl_bei_synthese_von_h2o.jpg - 12.48 kb

    Wasserstoff             Sauerstoff                            Wasser

    03-03-00-ta-reaktionsgleichung---wasserstoff-mit-sauerstoff.jpg - 7.22 kb

    Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wird oxidiert
    Oxidationszahlen von Sauerstoff wird negativer → Sauerstoff wird reduziert

    3.5 Reaktion von Wasserstoff mit Stickstoff zu Ammoniak (Ammoniaksynthese)

     03-03-00_ta_oxidationszahl_bei_synthese_von_nh3.png - 5.53 kb

    03-03-00-ta-synthese-von-ammoniak-aus-den-elementen.jpg - 11.52 kb

    Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
    Oxidationszahlen von Stickestoff wurde negativer → Stickstoff wurde reduziert 

     

    3.6 Reaktion von Schwefel mit Sauerstoff zu Schwefeldioxid

    Man muss nicht immer die Lewis-Formeln (Strukturformeln) zeichnen. Manchmal genügt es, nach den  Faustregeln zu arbeiten

     

    03-03-00-ta-bildung-von-schwefeldioxid.jpg - 14.83 kb

    Oxidationszahlen von Schwefel wird positiver → Schwefel wurde oxidiert
    Oxidationszahlen von Sauerstoff wurde negativer → Sauerstoff wurde reduziert

     3.7 Synthese von Chlorwasserstoff aus den Elementen

      03-03-00-ta-synthese-von-chlorwasserstoff-aus-den-elementen.jpg - 6.71 kb

    Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
    Oxidationszahlen von Chor wurde negativer → Chlor wurde reduziert

     

     3.8 Synthese von Schwefelwasserstoff aus den Elementen

     03-03-00-ta-synthese-von-schwefelwasserstoff-aus-den-elementen.jpg - 7.59 kb

     Oxidationszahlen von Wasserstoff wird positiver → Wasserstoff wurde oxidiert
    Oxidationszahlen von Schwefel wurde negativer → Schwefel wurde reduziert

     

  • Periodensystem der Elemente - PSE

    Ich habe für meine Schüler Periodensysteme erstellt, damit diese jederzeit ausdrucken können, die ich hier als jpg und pdfs zur Verfügung stelle. Das Ziel dieser Periodensysteme ist, dass je nach Aufgabenstellung nur die wesentliche Informationen vorhanden sind. Die Werte stammen aus verschiedenen Quellen (www.wikipedia.de, www.internetchemie.info, Mortimer "Chemie", Holleman-Wiberg "Lehrbuch der anorganischen Chemie").

    Ich hoffe, dass ich beim Erstellen nicht zu viele Fehler gemacht habe. Falls gravierende Fehler vorhanden sind, würde ich mich über eine Nachricht freuen. 

    Im Internet finden sich viele weitere, zum Teil interaktive Periodensysteme (vgl. Links unten). 

    Diese Periodensysteme können heruntergeladen und ausgedruckt werden. 

    Kurze Einführung in das Periodensystem der Elemente 

    Eine kurze Einführung in das Periodensystem mit einfachen Übungen finden sich auf meiner Basischemie-Seiten. Allerdings ist das empfohlene PSE nicht mehr online (weshalb ich selber welche erstellte; vgl. unten). 

    Periodensysteme

    1. Einfaches PSE für die Schule

    Periodensystem der Elemente - PSE - Nichtmetalle - Metalle Edelgase - EN

    Ein PSE welches sich auf die wesentliche Informationen beschränkt. Auch die Halbmetalle sind sehr einfach widergegeben. Bzgl. dieser Problematik vgl. den verlinkten Wikipedia-Artikel.  

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Halbmetalle (stark vereinfacht; vgl. dazu Wikipedia)
    • Metalle
    • Nichtmetalle
    • Edelgase
    • Aggregatzustand bei 20°C

      Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    2. PSE - Abitur

    pse-12-abitur.jpg - 412.74 kb

    Folgendes Periodensystem ist dem Periodensystem ähnlich, wie es den Schülerinnen und Schülern in Baden-Württemberg auch zum Abitur ausgehändigt wird. Eigentlich reicht es für die allermeisten Fälle und wäre auf Grund seiner Einfachheit auch ein gutes Standard-PSE für die Schule, wenn man denn die Namen der Elemente kennt und weiß, wo sich die Edelgase befinden (8. Hauptgruppe) und wo sich Metalle (links von der Diagonalen B -> Te) und Nichtmetalle befinden (rechts von der Diagonalen B -> Te + H). 

    • Elektronegativität
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol

    Hinweis: Beim originalen PSE des Abiturs sind die Massen der instabilen Elemente in Klammer gesetzt. 

    Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb 

     

    3. PSE - Nur Hauptgruppenelementepse-11-hauptgruppen.jpg - 430.88 kb

    Für die Einführung der Edelgasregel, Atombindungen und die ersten Salze braucht man häufig die Nebengruppen nicht. Ich empfehle meinen Schülern ihre Periodensysteme entsprechend zu falten, so dass nur die Hauptgruppen sichtbar sind. Zum Erstellen von Arbeitsblätter oder Folien eignet sich das Falten nicht immer, deshalb hier ein PSE, welches nur die Hauptgruppen umfasst.  

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Halbmetalle (stark vereinfacht; vgl. dazu Wikipedia)
    • Metalle
    • Nichtmetalle
    • Edelgase
    • KEINE Nebengruppen, Lanthanide, Actinide

     Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    4. PSE - Kontrastreiche Periodensystemepse-10-kontrast.jpg - 589.9 kb

    Hier zwei Periodensysteme die kontrastreich einfärbt sind.  

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol

     Mit Farbverlauf - Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    5. PSE - Einteilung der Hauptgruppen

    Periodensysteme der Elemente - Einteilung der Hauptgruppen

    Ein umfangreicheres Periodensystem, in dem die Hauptgruppen farbig hervorgehoben sind. 

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Hauptgruppen
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

    Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    6. PSE - Umfangreich mit Einteilung der Metalle und Nichtmetalle

    Periodensystem der Elemente - Einteilung der Metalle und Nichtmetalle

    Häufig ist aber nicht die Einteilung wichtig, sondern ob es sich bei einem Element um ein Metall oder Nichtmetall handelt. 

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Halbmetalle (stark vereinfacht; vgl. dazu Wikipedia)
    • Metalle 
    • Nichtmetalle
    • Nichtmetalle (Edelgase)
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

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    7. PSE - Umfangreich grau Periodensystem der Elemente - grau

    Ein umfangreiches Periodensystem ohne weitere Einteilung in dunklerem grau gehalten.

     

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

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    8. PSE - Umfangreich weiß Periodensystem der Elemente - weiß

    Ein umfangreiches Periodensystem in weiß (spart beim Drucken Tinte/Toner).

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

     Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

     

    9. PSE - Umfangreich weiß-grauPeriodensystem der Elemente - grau - weiß

    Ein umfangreiches Periodensystem ohne weitere Einteilung in weiß-grau.

     

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

    Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    10. PSE - Farbkodierung für EigenschaftenPeriodensystem der Eigenschaften - Farbkodiert

    Dieses Periodensystem versucht mittels Farbkodierung die Eigenschaften Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Dichte und Elektronegativität zu visiualisieren, so dass den Schülern ein möglicher Zusammenhang zwischen diesen Eigenschaften und dem Periodensystem auffällt. 

    • Elektronegativität [farbig]
    • Namen (deutsch und englisch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte[farbig]
    • Schmelztemperatur[farbig]
    • Siedetemperatur[farbig]

     Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb

    11. PSE - Umfangreich weiß und deutschen NamenPeriodensystem der Elemente - in weiß

    Ein umfangreiches Periodensystem ohne weitere Einteilung in weiß.

    • Elektronegativität
    • Namen (deutsch)
    • Ordnungsnummer
    • Masse
    • Symbol
    • Aggregatzustand bei 20°C
    • Dichte
    • Schmelztemperatur
    • Siedetemperatur

    Download 1322387956_pdf.png - 5.91 kb 

    Einige Beispiele vieler weiterer Periodensysteme: 

    Zentrale Übersicht über die Elemente: https://de.wikipedia.org/wiki/Periodensystem 

    Weniger ein PSE als eine hervorragende Datensammlung: www.internetchemie.info

    Tolle interaktives PSE mit Verteilung von Elektronen und direkter Verlinkung zu Wikipedia: http://www.ptable.com?lang=de

    Interaktives PSE welches Zusammenhänge veranschaulicht (PSE-Ansichten): http://www.uniterra.de