Periodensystem

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Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente (kurz Periodensystem oder PSE) stellt alle chemischen Elemente mit steigender Kernladung (Ordnungszahl) und entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften eingeteilt in Perioden sowie Haupt- und Nebengruppen dar. Es wurde 1869 fast gleichzeitig und unabh√§ngig voneinander von den Chemikern Dmitri Mendelejew (1834‚Äď1907) und Lothar Meyer (1830‚Äď1895) aufgestellt. Das Periodensystem dient heute vor allem der √úbersicht. Historisch war es f√ľr die Vorhersage der Entdeckung neuer Elemente und deren Eigenschaften von besonderer Bedeutung.

Periodensystem der Elemente

Inhaltsverzeichnis

Darstellung

Nachstehend ist das Periodensystem in seiner heute bekanntesten Form als Langperiodensystem wiedergegeben:

  • Die Elemente sind mit ihrer Ordnungszahl und ihrem Symbol aufgef√ľhrt.
  • Als Perioden werden die waagrechten Zeilen oder Reihen bezeichnet,
  • als Gruppen die senkrechten Spalten.
  • Die Schalen beziehen sich auf das Atommodell von Niels Bohr.

(Ein √ľber die Ordnungszahl 118 erweitertes Periodensystem befindet sich unter Erweitertes Periodensystem.)

Gruppe
fr√ľher (CAS-Gruppe):
1
I A
2
II A
3
III B
4
IV B
5
V B
6
VI B
7
VII B
8
VIII B
9
VIII B
10
VIII B
11
I B
12
II B
13
III A
14
IV A
15
V A
16
VI A
17
VII A
18
VIII A
 
Periode Schale
1 1
H
2
He
K
2 3
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
L
3 11
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
M
4 19
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
Metal-Metaloid.svg
 
32
Ge
33
As
Nonmetal-Metaloid.svg
 
34
Se
35
Br
36
Kr
N
5 37
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
Metal-Metaloid.svg
 
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
O
6 55
Cs
56
Ba
* 72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
Metal-Metaloid.svg
 
84
Po
Halogen-Metaloid.svg
 
85
At
86
Rn
P
7 87
Fr
88
Ra
** 104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Cn
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo
Q
‚Üď
* Lanthanoide
Lanthanoids-Transition metals.svg
 
57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
** Actinoide
Actinoids-Transition metals.svg
 
89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr
Legende

Vorkommen: nat√ľrliches Element k√ľnstliches Element fehlendes Element radioaktives Element

Serien ‚Äď nach Gruppen Alkalimetalle Erdalkalimetalle Halogene Edelgase
‚Äď innerhalb von Perioden Lanthanoide Actinoide
‚Äď nach metallischen Eigenschaften √úbergangsmetalle Metalle Halbmetalle Nichtmetalle

Aggregatzustand:
(unter Normalbedingungen)
gasf√∂rmig fl√ľssig fest unbekannt

Aufbau im Detail

Grundlagen

S√§mtliche uns umgebende Materie besteht aus Atomen. Jedes Atom besteht aus einem Atomkern und einer Elektronenh√ľlle. Jeder Atomkern enth√§lt positiv geladene Protonen (mindestens eines und derzeit bekannt bis 118), die Anzahl der Protonen wird als Kernladungszahl bezeichnet und dient als Ordnungszahl (OZ) f√ľr die betreffende Atomsorte.

Jeder Atomkern ist von einer Elektronenh√ľlle umgeben. Wenn diese H√ľlle genau so viele (negativ geladene) Elektronen enth√§lt, wie im zugeh√∂rigen Kern Protonen vorhanden sind, befindet sich das Atom im elektrisch neutralen Zustand, da die einander entgegengesetzten elektrischen Ladungen von Proton und Elektron gleich gro√ü sind.

Das Periodensystem bezieht sich nur auf Atome in diesem elektrisch neutralen Zustand. Elektronen k√∂nnen sich im Atom nur auf solchen Bahnen befinden, die bestimmte Abst√§nde vom Atomkern haben; f√ľr solche zu einem Abstand geh√∂rigen Bahnen wird auch der Begriff Schale benutzt. Jede dieser Schalen bietet nur f√ľr eine ganz bestimmte Anzahl Elektronen Platz. In die innerste Schale passen nur zwei Elektronen, also gibt es auch nur zwei chemische Elemente, die nur diese innerste Elektronenschale haben, das sind die mit den ersten beiden Ordnungszahlen: 1 (Wasserstoff) und 2 (Helium). Sie bilden deshalb in der Darstellung des Periodensystems die oberste Reihe.

Bei dem n√§chstfolgenden Atom mit drei Protonen und folglich drei Elektronen befindet sich das dritte Elektron einzeln in einer weiter au√üen liegenden Elektronenschale (Lithium mit der Ordnungszahl 3). Diese n√§chste Schale hat Platz f√ľr maximal acht Elektronen. Diesem Aufbau entsprechend werden diese acht Elemente (mit insgesamt drei bis zehn Elektronen) im Periodensystem als n√§chste Reihe dargestellt. Bei der Ordnungszahl 11 (Natrium) wird eine weitere Elektronenschale angefangen und mit einem Elektron besetzt, hier ist wiederum f√ľr maximal acht Elektronen Platz; somit bilden die Elemente bis zur Ordnungszahl 18 (Argon) auch die n√§chstfolgende Reihe (Zeile) bei der Darstellung im Periodensystem.

Betrachtet man nur die Elektronen der jeweils √§u√üersten Schale, so spricht man von den Au√üenelektronen; in der innersten Schale gibt es ein oder zwei, in den n√§chsten beiden ein bis acht Au√üenelektronen. Vergleicht man nun die Stoffeigenschaften von Elementen mit der gleichen Anzahl Au√üenelektronen (oder deren chemischen Verbindungen mit jeweils einem beliebigen anderen Element), so finden sich viele √úbereinstimmungen, die genau darauf beruhen, dass es sich um Elemente mit der gleichen Anzahl von Au√üenelektronen handelt. So sind z. B. die Elemente mit nur dem ersten von acht Au√üenelektronen Alkalimetalle, die Elemente mit sieben Au√üenelektronen Halogene und die mit voll aufgef√ľllten Elektronenschalen Edelgase. Die Au√üenelektronen bestimmen also im Wesentlichen die chemischen Eigenschaften und die wiederholen sich periodisch, was zur Darstellung der Elemente in Reihen und ihrer Benennung mit dem Begriff Periode gef√ľhrt hat. Die einander √§hnlichen Elemente stehen somit im Periodensystem untereinander und bilden jeweils eine Gruppe; das gilt auch f√ľr die jeweils darunter stehenden weiteren Elemente; bei den bisher besprochenen Spalten handelt es sich um die Hauptgruppen.

Diese Systematik des Aufbaus wird in den h√∂heren Perioden unterbrochen. In den n√§chsten beiden Perioden bilden zwar auch zun√§chst die ersten beiden Elektronen eine neue √§u√üere Schale; bevor dort jedoch das dritte bis achte Elektron hinzu kommt, wird zun√§chst eine darunter liegende neue Elektronenschale mit zehn Pl√§tzen gebildet und aufgef√ľllt (OZ 21 bis 30 und 39 bis 48); hier untereinander stehende Elemente werden Nebengruppen genannt.

In den dann folgenden beiden Perioden entsteht sogar zun√§chst eine noch tiefer liegende (dritt√§u√üerste) Schale mit 14 Pl√§tzen (OZ 58 bis 71 und 91 bis 103); der Einbau der jeweils zus√§tzlichen Elektronen in so tief liegende Schalen f√ľhrt ‚Äď erwartungsgem√§√ü ‚Äď dazu, dass diese Elemente auch untereinander sehr √§hnlich sind.

Die Anordnung der Atome im Periodensystem ist somit vollst√§ndig durch die Elektronenkonfiguration erkl√§rbar. Anmerkungen: Jeder Atomkern, bis auf das Wasserstoff-Isotop 1H, enth√§lt elektrisch ungeladene Neutronen, die aber f√ľr den Aufbau des Periodensystems keine Rolle spielen. Sie werden in der Nuklidkarte sowie den Details zu jedem Nuklid in der Liste der Isotope dargestellt.

Da die Masse der Elektronen an der Gesamtmasse nur einen verschwindend kleinen Anteil haben, ist nur die Masse der Protonen und Neutronen zusammen ma√ügeblich f√ľr die Atommasse; letztere (fr√ľher Atomgewicht genannt) ist im Periodensystemen oft mit angegeben, spielt aber f√ľr dessen Aufbau ebenfalls keine Rolle.

Zusätzliche Informationen im PSE

Einige Eigenschaften der Elemente lassen sich in bestimmten Positionen und Bereichen des Periodensystems finden oder mit ihm voraussagen:

Als weitere Informationen, die aber mit der Elektronenkonfiguration und daher mit der Stellung im PSE nichts zu tun haben, sind die radioaktiven Elemente gekennzeichnet:

Das Element 82 (Blei) ist das letzte Element, von dem stabile, also nicht radioaktive Isotope existieren. Alle nachfolgenden (Ordnungszahl 83 und höher) sind ausnahmslos radioaktiv und somit instabil. Dabei ist 83 (Bismut) ein Sonderfall oder Grenzfall mit einer extrem langen Halbwertszeit. Auch innerhalb der Elemente 1 bis 82 sind zwei Stoffe enthalten, die radioaktiv, also instabil sind: 43 (Technetium) und 61 (Promethium).

So bleiben tats√§chlich nur 80 stabile Elemente √ľbrig, die in der Natur vorkommen ‚Äď alle anderen sind radioaktive Elemente. Von den radioaktiven Elementen sind nur Bismut, Thorium und Uran in gr√∂√üeren Mengen in der Natur vorhanden, da diese Elemente Halbwertszeiten in der Gr√∂√üenordnung des Alters der Erde oder l√§nger haben. Alle anderen radioaktiven Elemente sind bis auf ein Isotop des Plutoniums entweder wie das Radium intermedi√§re Zerfallsprodukte einer der drei nat√ľrlichen radioaktiven Zerfallsreihen oder entstehen bei seltenen nat√ľrlichen Kernreaktionen oder durch Spontanspaltung von Uran und Thorium. Elemente mit Ordnungszahlen √ľber 94 k√∂nnen nur k√ľnstlich hergestellt werden; obwohl sie ebenfalls bei der Elementsynthese in einer Supernova entstehen, wurden aufgrund ihrer kurzen Halbwertszeiten bis heute noch keine Spuren von ihnen in der Natur gefunden.

Geschichte

Briefmarkenblock der UdSSR von 1969 zur Ehrung Mendelejews

Die Datierung der Entdeckung solcher chemischen Elemente, die bereits seit der Fr√ľhzeit oder Antike bekannt sind, ist nur ungenau und kann je nach Literaturquelle um mehrere Jahrhunderte schwanken. Sicherere Datierungen sind erst ab dem 18. Jahrhundert m√∂glich. Bis dahin waren erst 15 Elemente als solche bekannt und beschrieben (Metalle wie Eisen, Kupfer, Blei, Bismut, Arsen, Zink, Zinn, Antimon, Platin, Silber, Quecksilber und Gold oder Nichtmetalle wie Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor).

Die meisten Elemente wurden im 19. Jahrhundert entdeckt und wissenschaftlich beschrieben. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren nur noch zehn der nat√ľrlichen Elemente unbekannt. Seither wurden vor allem schwer zug√§ngliche, oftmals radioaktive Elemente dargestellt. Viele dieser Elemente kommen nicht in der Natur vor und sind das Produkt von k√ľnstlichen Kernverschmelzungsprozessen. Erst im Dezember 1994 wurden die beiden k√ľnstlichen Elemente Darmstadtium (Eka-Platin) und Roentgenium (Eka-Gold) hergestellt.

Anfang des 19. Jahrhunderts stellte Johann Wolfgang D√∂bereiner erstmals einen Zusammenhang zwischen der Atommasse und den chemischen Eigenschaften einzelner Elemente fest. Alexandre-Emile B√©guyer de Chancourtois entwickelte 1862 eine dreidimensionale Darstellung, wobei er die Elemente nach steigenden Atomgewichten schraubenf√∂rmig auf einem Zylinder anordnete. 1863 stellte John Alexander Reina Newlands eine nach Atommassen geordnete Tabelle der Elemente in Achtergruppen (Gesetz der Oktaven) auf. Das Periodensystem selbst wurde 1869 nahezu gleichzeitig und unabh√§ngig voneinander von Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1834‚Äď1907) und Lothar Meyer (1830‚Äď1895) aufgestellt. Dabei ordneten sie ebenfalls die chemischen Elemente nach steigenden Atommassen, wobei sie Elemente mit √§hnlichen Eigenschaften (Anzahl der Valenzelektronen) untereinander anordneten. Daneben wurden von Heinrich Adolph Baumhauer und Julius Quaglio Versuche unternommen, das System spiralf√∂rmig darzustellen. Im 20. Jahrhundert wurde der Aufbau der Atome entdeckt, die Periodizit√§t wurde durch den Aufbau der Elektronenh√ľlle erkl√§rt.

Periodensystem der Entdecker

Dieses Periodensystem gibt einen √úberblick √ľber die Entdecker bzw. Erzeuger der einzelnen Elemente durch Anklicken der Elementenkennung. F√ľr die Elemente, f√ľr die kein Entdecker/Erzeuger bekannt ist, wird der aktuelle historische Wissensstand unter dem √úbersichtsplan kurz wiedergegeben.

Gruppe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Periode
1 H
+
He
+
2 Li
+
Be
+
B
+
C
 
N
+
O
+
F
+
Ne
+
3 Na
+
Mg
+
Al
+
Si
+
P
+
S
 
Cl
+
Ar
+
4 K
+
Ca
+
Sc
+
Ti
+
V
+
Cr
+
Mn
+
Fe
+
Co
 
Ni
+
Cu
+
Zn
+
Ga
+
Ge
+
As
+
Se
+
Br
 
Kr
+
5 Rb
+
Sr
+
Y
+
Zr
+
Nb
+
Mo
+
Tc
+
Ru
+
Rh
+
Pd
+
Ag
+
Cd
+
In
 
Sn
+
Sb
+
Te
+
I
+
Xe
+
6 Cs
+
Ba
+
La*
+
Hf
+
Ta
+
W
 
Re
+
Os
+
Ir
+
Pt
+
Au
+
Hg
+
Tl
+
Pb
+
Bi
+
Po
+
At
+
Rn
+
7 Fr
+
Ra
+
Ac**
 
Rf
 
Db
 
Sg
+
Bh
 
Hs
 
Mt
 
Ds
 
Rg
 
Cn
+
Uut
+
Uuq
+
Uup
+
Uuh
+
Uus
 
Uuo
+
*
 
La
+
Ce
+
Pr
+
Nd
+
Pm
+
Sm
+
Eu
+
Gd
+
Tb
+
Dy
+
Ho
+
Er
+
Tm
+
Yb
+
Lu
+
**
 
Ac
 
Th
+
Pa
+
U
+
Np
+
Pu
+
Am
+
Cm
+
Bk
+
Cf
+
Es
 
Fm
 
Md
+
No
 
Lr
 
Zeitpunkt der Entdeckung
vor 1800 1800-1849 1850-1899 1900-1949 1950-1999

Siehe auch

Weblinks

 Commons: Periodensystem ‚Äď Album mit Bildern und/oder Videos und Audiodateien
Wiktionary Wiktionary: Periodensystem ‚Äď Bedeutungserkl√§rungen, Wortherkunft, Synonyme, √úbersetzungen


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