Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente (PSE) ordnet alle bekannten Elemente entsprechend der Anzahl von Protonen in ihrem Kern. Die Zeilen des Periodensystems entsprechen den Perioden, seine Spalten den Haupt- und Nebengruppen.

https://de.wikipedia.org/wiki/Periodensystem#/media/Datei:Periodensystem_Einfach.svg

Im PSE sind alle bekannten Elemente nach steigender Ordnungszahl bzw. Kernladungszahl sortiert. Diese entspricht der Anzahl von Protonen im Kern und gleichzeitig der Gesamtzahl der Elektronen in einem neutralen Atom. Entscheidend für die chemischen Eigenschaften eines Elements sind dabei insbesondere die Elektronen auf der äußersten Schale der Elektronenhülle, die als Valenzelektronen bezeichnet werden.

Jedes Element strebt danach, die äußerste Schale seiner Elektronenhülle mit einem Maximum an Elektronen zu füllen. Da dieses Maximum acht Elektronen entspricht – mit Ausnahme des Wasserstoffs und Heliums, wo es nur zwei sind – bezeichnet man diese Gesetzmäßigkeit als Oktettregel oder Edelgasregel. Erreichen kann ein Atom diesen Zustand, indem es mit anderen Atomen desselben oder eines anderen Elements Bindungen eingeht und Elektronen teilt oder sogar gänzlich überträgt bzw. überträgt bekommt. Weil Edelgase von Natur aus eine volle äußere Elektronenschale besitzen, sind sie reaktionsträge.

Die Zeilen des Periodensystems stehen für die Schalen der Elektronenhülle. Wasserstoff als Element der ersten Periode besitzt beispielsweise nur eine Schale, während Kalium als Element der vierten Periode vier Schalen besitzt. Die Anzahl der Elektronen auf einer Schale wächst innerhalb einer Periode von links nach rechts und lässt sich mit Blick auf die Haupt- und Nebengruppen leicht ablesen.

Die Elektronen der äußersten Schale werden als Valenzelektronen bezeichnet und sind insbesondere bei der Beurteilung des Reaktionsverhaltens eines chemischen Elements von Bedeutung.

Die Spalten des Periodensystems werden als Gruppen bezeichnet. Man unterscheidet zwischen acht Hauptgruppen (Gruppe 1 und 2 sowie 13-18) und zehn Nebengruppen (Gruppe 3-12). Anhand der Gruppe lässt sich die Anzahl der Valenzelektronen ablesen. Für die Hauptgruppen ist das relativ einfach: Elemente der Gruppe 1 besitzen ein Valenzelektron, Elemente der Gruppe 2 besitzen zwei. Die Elemente der Gruppe 13-18 besitzen 3-8 Valenzelektronen, also stets zehn weniger als ihre Gruppenbezeichnung vermuten lässt.

Das hat mit den Nebengruppenelementen zu tun. Diese besitzen in der Regel ein oder zwei Elektronen auf ihrer äußersten Schale. Hinzukommende Elektronen werden zunächst in weiter innen liegenden, noch nicht gänzlich befüllten Schalen untergebracht, bevor die äußerste Schale weiterwächst. Betrachten wir zum Beispiel die beiden Elemente Cobalt und Nickel aus der vierten Periode. Cobalt besitzt 27 Protonen und somit auch 27 Elektronen. Nickel besitzt 28 Protonen und 28 Elektronen. Beide besitzen aber zwei Valenzelektronen – das hinzukommende Elektron wird folglich auf einer tieferliegenden Schale untergebracht und kommt nicht als zusätzliches Valenzelektron hinzu. Erst das 31. Elektron, welches beim Übergang von Zink auf Gallium hinzukommt, gelangt wieder auf die äußerste Schale und ist somit ein Valenzelektron.

Die Gruppen des Periodensystems werden mit Eigennamen bezeichnet. Die erste Gruppe enthält die Alkalimetalle, die zweite Gruppe die Erdalkalimetalle. Die Elemente der sechsten Hauptgruppe sind die Chalkogene, die der siebten Hauptgruppe die Halogene und die der achten Hauptgruppe die Edelgase.

Elemente einer Gruppe zeigen ein ähnliches Reaktionsverhalten. Beispielsweise erreichen Alkalimetalle eine volle äußerste Elektronenschale und damit die Edelgaskonfiguration, indem sie ein Elektron abgeben. Gleichzeitig fehlt Halogenen nur noch ein Elektron, um acht Valenzelektronen auf der äußersten Schale zu besitzen. Aus diesem Grund reagieren Alkalimetalle gerne mit Halogenen.

Nichtmetalle sind schlechte Wärme- und Stromleiter, haben höhere Elektronegativitätswerte, sind oft gasförmig oder flüssig und nicht formbar. Beispiele für Nichtmetalle sind alle Edelgase sowie Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff.

Als Periode werden die Zeilen des PSE bezeichnet. Innerhalb einer Periode verändern sich die chemischen Eigenschaften, da sich die Anzahl der Valenzelektronen ändert. Im Gegensatz dazu besitzen alle Elemente einer Periode dieselbe Anzahl an Schalen. In der dritten Periode beispielsweise haben die Elemente drei Schalen.

Die Schalen dienen der vereinfachten visuellen Darstellung der Hüllen der Atome. Die K-Schale ist die dem Atomkern am nächsten gelegene Schale. In den Schalen befinden sich die Elektronen. Die Elektronen der äußersten Schale nennt man Valenzelektronen. Sie bestimmen die chemischen Eigenschaften eines Elements.

Ein Element strebt in der Regel danach, seine äußerste Hülle zu füllen bzw. über genau acht Valenzelektronen zu verfügen. Diese Oktettregel besagt, dass Elemente dadurch die Edelgaskonfiguration anstreben. Die Fähigkeit eines Elements, Elektronen an sich zu ziehen, wird als Elektronegativität bezeichnet. Diese Fähigkeit ist wichtig für die Umsetzung der Oktettregel. Die Elektronegativität der Elemente im Periodensystem nimmt von links nach rechts zu und von oben nach unten ab. Das bedeutet, dass die Elektronegativität bei den Halogenen und Edelgasen am höchsten und bei den Alkalimetallen am niedrigsten ist.

Als Isotope bezeichnet man Atome eines Elements, die die gleiche Anzahl an Protonen besitzen, aber unterschiedliche Anzahlen an Neutronen. Ihre Ordnungszahl ist also identisch, allerdings unterscheiden sie sich in der Massenzahl, die der Summe aus Protonen und Neutronen entspricht. Die meisten in der Natur vorkommenden Elemente bestehen aus unterschiedlichen Isotopen und werden dementsprechend als Mischelemente bezeichnet. Isotope sind Atome mit gleicher Protonen- und Elektronenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl. Die Kernladungszahl ist die Protonenzahl und ist bei allen Isotopen desselben Elements identisch. Die Massenzahl unterscheidet sich jedoch zwischen den Isotopen, da die Neutronen bei der Massenzahl mitgezählt werden.