Das Periodensystem der Elemente

Das Periodensystem der Elemente (PSE) ist heute jedem Schüler höherer Klassen vertraut. Vor 200 Jahren konnte von einer allgemeingültigen Klassifikation der Elemente jedoch keine Rede sein. Zwar waren inzwischen viele Elemente bekannt, bereits in der Antike gehörte deren Erforschung zu den Aufgaben der Wissenschaft. Ihre Einordnung in einen physiko-chemischen Gesamtkontext blieb allerdings bis ins 19. Jahrhundert aus.

Einen wichtigen Schritt in Richtung des heute noch gebräuchlichen Periodensystems machte Johann Wolfgang Döbereiner, dessen Triadensystem einen Zusammenhang zwischen den Eigenschaften der Elemente und deren Masse versuchte herzustellen. Ein weiterer wichtiger Schritt gelang John Alexander Reina Newland mit dem Gesetz der Oktaven. Seine heutige Form erhielt das Periodensystem der Elemente aber durch Dmitri Iwanowitsch Mendelejew und Lothar Meyer. Beide entwickelten das PSE zeitgleich und stützten sich auf die aufsteigende Masse der einzelnen Elemente. Elemente mit ähnlichen Eigenschaften ordneten sie untereinander an. Und entwickelte damit eine Klassifikation der Elemente, die auch heute noch Gültigkeit besitzt. Obwohl die quantenmechanischen Zusammenhänge den Entdeckern des PSE unbekannt waren, entwickelten sie ein System, dass auf erstaunliche Weise auch im 21. Jahrhundert anwendbar ist. Diese Tatsache lässt sich damit erklären, dass für die Position im Periodensystem der Elemente nicht nur die Masse des Atoms, sondern auch die Eigenschaften der Hülle verantwortlich sind. Elemente, die untereinander angeordnet sind, besitzen jeweils die gleiche Anzahl von Außenelektronen und sind sich in ihrer chemischen Reaktivität ähnlich. Wie wird das PSE aber gelesen? Mendelejew und Meyer haben die Elemente einzelnen horizontalen Gruppen zugeordnet, die von 1 bis 18 durchnummeriert sind. Früher galt eine Einteilung mit römischen Ziffern und den Buchstaben A und B, die Haupt- und Nebengruppenelemente (heute die Gruppen 3 bis 12) voneinander trennten. Die vertikale Einteilung der Elemente erfolgt in den sogenannten Perioden von 1 bis 7, die die „Schalen“ der Elektronenhülle widerspiegeln. Jede der Spalten steht für die gleiche Anzahl von Valenzelektronen. So haben die Elemente Kalium und Natrium je ein Außenelektron, das für chemische Bindungen zur Verfügung steht. Magnesium oder Calcium haben dagegen zwei Valenzelektronen.

Zusätzlich zur neuen IUPAC-Konvention erhalten die einzelnen Gruppen im Periodensystem Namen, die sich auf bestimmte chemische Eigenschaften beziehen können. So ist die 1. Gruppe die Gruppe der Alkalimetalle, die silbrig glänzen und sich durch ihre ausgesprochene Reaktionsfreude auszeichnen. Die Gruppe 16 (IUPAC-Konvention) fasst die sogenannten Erzbildner oder Chalkogene zusammen, die an der Bildung von Erzmineralen beteiligt sind. Neben der Zahl der Außenelektronen und Aussagen über die Atomhülle lassen sich aber aus dem Periodensystem aber noch andere Informationen ablesen. Dazu gehören die Zahl der Protonen, die Zahl der Elektronen (über die Ordnungszahl) und die Kernladungszahl. Gleichzeitig kann über die Atommasse die Anzahl der im Kern vorhandenen Neutronen bestimmt werden. Zu den Gesetzmäßigkeiten, die quasi im Periodensystem zwischen den Zeilen stehen, gehört die Tatsache, dass die Masse der Elemente mit steigender Ordnungszahl zunimmt. Für die chemische Bindung von besonderer Bedeutung ist die Elektronegativität als Maß für die Fähigkeit, ein Elektron an sich zu binden. Diese nimmt im PSE von oben nach unten bzw. von rechts nach links ab. Gleichzeitig nimmt der Atomradius zu.


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