Das Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente (PSE) ist eine Anordnung der chemischen Elemente nach ihrem Atombau und ihren Eigenschaften. Ein chemisches Element ist ein Stoff dessen Atome alle die gleiche Protonenanzahl im Kern haben.

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Aufbau des Periodensystems

Durch Entdeckungen in der Kernphysik lassen sich steigende Masse, Atomradius, usw. der Elemente im Periodensystem erklären. Atome bestehen aus einem Kern von Protonen und Neutronen und einer Zahl an Elektronen, die sich um den Kern bewegen.

Ordnungszahl

Von Element zu Element nimmt die Anzahl an Protonen und Elektronen um je 1 zu. Dies wir durch die Ordnungszahl (auch Kernladungszahl genannt) ausgedrückt. Die Ordnungszahl 13 gehört also zum 13. Element des Periodensystems (Aluminium), das 13 Protonen und 13 Elektronen besitzt. Die Ordnungszahl drückt genau definiert die Anzahl an Protonen eines Elements aus. Nach diese Protonenanzahl sind die Elemente im Periodensystem angeordnet. Da in einem ungeladenen Atom die Protonenanzahl und Elektronenanzahl gleich sind lässt sich aus der Protonenzahl bzw. Ordnungszahl die Zahl der Elektronen ableiten.

relative Atommasse

Die relative Atommasse steigt von Element zu Element und errechnet sich grob betrachtet aus der Masse an Ladung im Atomkern. Protonen und Elektronenanzahl sind zwar immer gleich, Elektronen haben aber ein verschwindet geringes Gewicht im Vergleich zu Protonen und Neutronen. Generell ist die Anzahl an Neutronen nicht gleich der Anzahl Protonen im Kern. Es gibt zumeist Atome mit mehr oder weniger Neutronen als Protonen im Kern. Diese Atome nennt man Isotope. In der relativen Atommasse hat man alle bekannten Isotope eines Elementes zusammen gefasst und kommt so zu einer Kommazahl. Dies besagt nicht mehr als das das beschriebene Element mit gleicher Neutronen/Protonenzahl und als Isotop mit vorkommt. Die Atommasse ist relativ, weil sie nur ein Verhältnis widerspiegelt. Die Atommasse ergibt sich aus dem Verhältnis zu einem zwölftel der Masse eines 12C Kohlenstoffatoms. Die Masse des Wasserstoffatoms ist damit 1,008 und die Masse des Kohlenstoffs selber 12,011. Die relative Atommasse wird als Einheitslose Zahl angegeben.

Perioden

Die waagerechte Anordnung (Reihen) der Elemente nennt man Perioden. Die Perioden sind von oben nach unten mit 1-7 nummeriert. Aus der Anzahl der Perioden lässt sich die Anzahl der belegten Schalen (Energieniveaus) ableiten. So gibt es maximal 7 Hauptenergieniveaus auf denen sich Elektronen bewegen. Innerhalb einer Periode nimmt die Anzahl an Elektronen von links nach rechts zu.

Gruppen

Im Periodensystem unterscheidet man zwei Arten von Gruppen: Hauptgruppen und Nebengruppen. Die senkrechten Reihen im Periodensystem nennt man Gruppen. Jede Gruppe hat eine unterschiedliche Anzahl an Außenelektronen, aber in der Gruppe haben die Elemente immer die gleiche. Elemente in der senkrechten Gruppe Nummer 1 haben alle 1 Außenelektron, in Gruppe 2 immer 2 usw. Einzige Ausnahme ist das Element Helium. Es ist in der Hauptgruppe 8 und hat nur 2 Außenelektronen. Die Gruppen werden nach Hauptgruppen und Nebengruppen unterschieden, weil es einen großen Bereich in der Mitte des Periodensystems gibt, in dem die Elemente immer 2 Außenelektronen haben. Man ordnet die Gruppen folgendermaßen von links nach rechts:

1.Hauptgruppe - Alkalimetalle - 1 Außenelektron

2.Hauptgruppe- Erdalkalimetalle -2 Außenelektronen

Nebengruppen- 2 Außenelektronen

3.Hauptgruppe- Borgruppe- 3 Außenelektronen

4.Hauptgruppe- Kohlenstoffgruppe- 4 Außenelektronen

5.Hauptgruppe- Stickstoffgruppe- 5 Außenelektronen

6.Hauptgruppe- Sauerstoffgruppe - 6 Außenelektronen

7.Hauptgruppe- Halogene- 7 Außenelektronen

8.Hauptgruppe- Edelgase- 8 Außenelektronen

Lanthanoide- 2 Außenelektronen

Actinoide- 2 Außenelektronen

Die Gruppen tragen entweder den Namen ihres obersten Elements oder haben Trivialnamen. Lanthanoide und Actinoide sind den Elementen Lanthan und Actinium so ähnlich, dass sie nach ihnen benannt werden. Die Lücken im Periodensystem ergeben sich aus dem Prinzip der Anordnung nach wiederkehrenden Eigenschaften und durch zunehmende Komplexität der Elektronenkonfigurationen größerer Elemente. Das erste Hauptenergieniveau weist keine Nebengruppen auf, die erst bei späteren Elementen mit in das Periodensystem eingeordnet werden müssen.

Weitere Schlussfolgerungen aus der Periodizität

Atomradius

Die Protonenanzahl nimmt in den Perioden von links nach rechts zu. Durch die höhere Anzahl an Protonen und der somit stärkeren Anziehungskraft auf die Elektronen nimmt der Atomradius der Elemente von links nach rechts ab. In den Gruppen nimmt der Radius von oben nach unten zu, weil pro Periode eine neue Schale hinzu kommt und der von Elektronen genutzte Raum um den Kern zu nimmt.

Elektronegativität

Die Elektronegativität ist ein Maß für die Stärke eines Atoms in einer Verbindung mit einem anderen Atom Elektronen an sich zu ziehen. Diese Stärke geht von der Anzahl an Protonen im Kern aus und wird durch die Größe des Atomradius begrenzt (viele Elektronen schirmen die Kraft ab). Elemente mit einem kleinen Atomradius und vielen Protonen sind also sehr elektronegativ. Das trifft in besonderem Maße auf die Elemente rechts oben im Periodensystem zu. Die Elektronegativität nimmt in einer Periode von links nach rechts zu und in einer Gruppe von oben nach unten ab. Genaue Elektronegativitätswerte enthält das Netchemie Periodensystem. Aus diesen Werten lassen sich Vorraussagen für chemische Reaktionen machen. Reagieren zwei Atome miteinander, die eine hohe Elektronegativitätsdifferenz haben reagieren beide zu einer Ionenbindung. Reagieren zwei Atome mit einer gleichen Elektronegativität reagieren beide unter Bildung einer Elektronenpaarbindung. Reagieren zwei Atome mit leichten Elektronegativitätsunterschieden miteinander entsteht eine polare Elektronenpaarbindung. Die Übergänge zwischen den drei Bindungsformen sind fließend. Je nach Unterschied der Elektronegativität sind die Bindungen mehr oder weniger polar. Die Extremformen sind die reine Ionenbindung oder reine Elektronenpaarbindung. Bei Fluorwasserstoff mit einer Elektronegativitätsdifferenz von 1,9 liegt eine Bindung vor, die 50% Elektronenpaarcharakter und 50% Ionencharakter hat.

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