Periodensystem der Elemente

2.1.2 Ordnungsprinzip

Besetzt man die Atomorbitale nach ansteigender Energie mit Elektronen, so kommt es zu periodischen Wiederholungen gleicher Elektronenanordnungen. Gruppen von Elementen mit identischer Elektronenanordnung auf der auBersten Schale weisen ahnliche Eigen – schafien auf. Damit findet die dem Periodensystem der Elemente (PSE) ursprimglich zugrunde liegende Systematik, Elemente aufgrund ihrer periodisch wiederkehrenden che – mischen und physikalischen Eigenschaften in Gruppen anzuordnen (.Mendelejew, Meyer, 1869), im Aufbauprinzip ihre atomtheoretische Erklarung.

Die Anordnung der Elemente nach steigender Kernladungszahl (Ordnungszahl) fiihrt zum periodischen Auftreten von Elementen mit ahnlichen chemischen und physikali – schen Eigenschaften. Die Periodizitat ahnlicher Eigenschaften ist eine Folge sich pe – riodisch wiederholender Valenzelektronenkonfigurationen. Diese Systematik der che­mischen Elemente wird als Periodensystem der Elemente bezeichnet.

Ein Langperiodensystem ist am Ende des Buches dargestellt. In den Hauptgruppen stehen Elemente mit gleicher Elektronenverteilung auf der auBersten Schale. Da die auBeren Elektronen (Valenzelektronen) entscheidend das chemische Verhalten eines Elements beeinflussen, wird bei der Diskussion der Reaktivitat bzw. des Bindungsverhaltens haufig nur die Valenzelektronenkonfiguration des Elements betrachtet.

Beispiele: Alkalimetalle

Edelgase

He

Ne

1 s2 [He]

2 s2

2 p6

Ar

[Ne]

3d10

3 s2

3p6

Kr

[Ar]

4 s2

4 p6

Xe

[Kr]

4 d10

5 s2

5p6

Подпись: Li [He] 2 S Na [Ne] 3 s К [Ar] 4 s1 Rb [Kr] 5 s1 Cs [Xe] 6 s

Die Elemente einer Hauptgruppe besitzen identische Valenzelektronenkonfigura – tionen. Die Gruppennummer der Hauptgruppenelemente gibt die Anzahl der Va­lenzelektronen an.

Fiir die Bezeichnung der acht Hauptgruppen werden entweder die Elemente der zweiten und dritten Periode oder charakteristische Gruppeneigenschaften herangezogen:

I. Hauptgruppe (IA): Alkalimetalle; П.(ПА): Erdalkalimetalle; III.(HIA): Bor-Alumi – nium-Gruppe; ІУ.(ІУА): Kohlenstoff-Silicium-Gruppe; V.(VA): Stickstoff-Phosphor – Gruppe; VL(VLA): Chalkogene (Erzbildner); VIL(VILA): Halogene (Salzbildner) sowie VIII.(VIIIA): Edelgase. Nach einer Empfehlung der Intemationalen Union fur Reine und Angewandte Chemie (IUPAC) werden die Hauptgruppen zusammen mit den Nebengrup – pen von 1 bis 18 nummeriert und als Gruppen bezeichnet. Danach sind z. B. die Alkalime­talle die 1. Gruppe, die Chalkogene die 16. Gruppe und die Edelgase die 18. Gruppe des PSE.

Im Periodensystem der Elemente spiegelt sich der Schalenaufbau des Atoms wider. Alle in einer Periode (waagerechte Reihe) stehenden Atome besitzen die gleiche Anzahl von Schalen, d. h. die gleiche Hauptquantenzahl n. Die Nummer der Periode stimmt jeweils mit der Hauptquantenzahl der auBersten Schale uberein. Der Aufbau einer neuen Elektronen – schale wird immer dann begonnen, wenn die s – und p-Orbitale der vorhergehenden Elektro – nenschale voll besetzt sind (ns np ). Die Anzahl der Elemente der ersten sechs Perioden betragt: 2, 8, 8, 18, 18 und 32. Die zwei Elemente der ersten Periode entsprechen der ma – ximalen Aufnahmekapazitat des ls-Orbitals. Die zweite Periode umfasst acht Elemente, was wiederum der maximalen Aufnahmefahigkeit des einen s – und der drei p-Orbitale ent – spricht (n = 2). Die dritte Schale (n = 3) ist mit ihren acht Elektronen (3s 3p ) noch nicht abgesattigt. Sie kann gemaB der fiir n = 3 geltenden Elektronenzahl 2r? =18 noch weitere zehn d-Elektronen aufnehmen (s. Nebengruppen).

Die Elemente der Gruppen lb – VUIb (3. – 12. Gruppe) werden als Nebengruppenele – mente bezeichnet. Bei ihnen erfolgt die Auffiillung von d-Unterschalen (zweitauBerste Schale) bei Vorhandensein eines vollbesetzten s-Orbitals in der Valenzschale (Ausnahmen: s. PSE). Die Nebengruppenelemente werden auch als Ubergangselemente bezeichnet. In Abhangigkeit davon, welche d-Unterschale gefiillt wird, unterscheidet man 3d-, 4d – bzw. 5d-Ubergangselemente (z. B. Fe: [Ar] 3d6 4s2 ; Zr: [Kr] 4d2 5s2 ).

Bei den auf das Element Lanthan 57La folgenden 14 Elementen (Cer bis Lutetium) wird die 4f-Unterschale aufgefullt, die Elektronenkonfiguration in den auBen liegenden 5s-, 5p-, 5d – und 6s-Orbitalen bleibt im Prinzip gleich. Die Folge ist eine groBe chemische Ahnlich – keit dieser Elemente untereinander, so dass sie in der Natur meist gemeinsam auftreten. Sie werden mit La zur Gruppe der Lanthanoide zusammengefasst werden. Fur Scandium, Yttrium und die Lanthanoide ist auch der Begriff Seltenerdmetalle iiblich. Die Auffiillung der 5f-Unterschale erfolgt bei den 14 auf das Element Actinium 89Ac folgenden Elementen Thorium bis Lawrencium (Actinoide). Sie sind radioaktiv und miissen uberwiegend kunst – lich hergestellt werden. Lanthanoide und Actinoide werden als innere Ubergangselemente bezeichnet.