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Schule > Chemie > Atombau und Periodensystem > "Das Periodensytem der Elemente"

Periodensystem der Elemente

Zur Entwicklung des PSE
Altertum: 12 Elemente bekannt (unter anderem Ag, Zn, Fe, Sn, Pb, C, S)
bis Ende 17.Jhd. (Phosphor, Wismut (Bissmut))
bis Ende 19.Jhd. 63 chemische Elemente
Johann Wolfgang Doeber (Chemiker in Jena) entwickelte 1829 Triaden
Ca Li Cl
Sr Na Br

Ba K I
1865 John A.R. Newlands aus England veröffentlichte Übersicht über 62 chemische Elemente, die nach den Atommassen geordnet waren
1869 Lothar Meyer und D.I. Mendelejew entwickelten unabhängig voneinander Tafeln, die dem heutigen PSE entsprechen
Die Begründung der Stellung im PSE durch den Atombau erfolgte durch Clemens Winkler (1886).

Periodensystem und Atombau
Angabe zur Stellung der Elemente im PSE Aussage zum Atombau der Elemente Ordnungszahl Anzahl der Protonen im Atomkern (p+)
Anzahl der Elektronen in der Atomhülle (e-) Nummer der Hauptgruppe Anzahl der Außenelektronen in der Atomhülle
Anzahl elektrischer Ladungen positiver Ionen Nummer der Periode Anzahl der Elektronenschalen in der Atomhülle
Nummer der äußeren Elektronenschale

Gesetz der Periodizität
Werden chemische Elemente nach steigender Anzahl der Protonen in ihren Atomen angeordnet, so zeigt sich eine regelmäßige (periodische) Wiederkehr von Elementen mit ähnlichem Bau der Atomhülle.
( Übung
S.121/2
Berylium 4Be
Magnesium 12Mg
Calcium 20Ca
( zwei Außenelektronen, Differenz der Ordnungszahlen beträgt 8, ähnliche Eigenschaften
( Erdalkalimetalle
Periodizität der Eigenschaften der Elemente
Ionen der Hauptgruppenelemente
Erste Hälfte PSE Zweite Hälfte PSE Elemente besitzen wenig Außenelektronen e- ( Abgabe; elektrisch positiv geladene Ionen; stabile Elektronen
Anordnung eines Edelgases wird erreicht Elemente besitzen viele Außenelektronen e- ( Aufnahme; elektrisch negativ geladene Ionen; stabile Elektronenschale
stabile Anordnung wird erreicht
Art und Anzahl der elektrischen Ladungen der Hauptgruppenelemente ändern sich periodisch. Viele Ionen haben als äußere Elektronenschale eine 8-er Schale. Eine solche Elektronenanordnung ist chemisch besonders stabil.
Elektronegativität
Die Elektronegativität gibt die Fähigkeit eines Atoms an die Bindungselektronen anzuziehen.

2.Periode:
Element Li Be B C N O F Ne EN-Wert 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 ---- ---------------------------------------------------------------------------------->
Zunahme der EN-Werte

2.Hauptgruppe:
Be 1,5 Mg 1,2 Ca 1,0 Sr 1,0 Ba 0,9 Ra 0,9
Der Elektronegativitätswert hängt von der Kernladung und vom Atomradius ab. Er ist um so größer, je höher die Kernladung und je kleiner der Atomradius ist.

Oxidationszahlen
Oxidationszahlen geben Art und Anzahl wirklicher oder angenommener elektrischer Ladungen von Teilchen (Atome, Ionen, Moleküle) chemischer Elemente an.
Zusammenhang zwischen Hauptgruppennummer und größter bzw. kleinster Oxidationszahl
Nummer der Hauptgruppe: I II III IV V VI VII größte Oxidationszahl
Beispiel +1 +2 +3
NaCl MgO Al2O3 +4 +5 +6 +7
CO2 HNO3 H2SO4 Cl2O7 kleinste Oxidationszahl
Beispiel -4 -3 -2 -1
CH4 NH3 H2S HCl

Für Hauptgruppenelemente gilt:
die größte OZ (positiver Zahlenwert) entspricht der Nummer der Hauptgruppe
die kleinste OZ (negativer Zahlenwert) entspricht der Differenz zwischen der Zahl 8 und der Nummer der Hauptgruppe
Wertigkeit eines Elements gegenüber Wasserstoff und Sauerstoff
Hauptgruppe I II III IV V VI VII Element Na Mg Al Si P S Cl Höchstwertigkeit gegenüber O2 I
II III IV V VI VII Formel
des Oxids Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7
Hauptgruppe I II III IV V VI VII Element Na Mg Al Si O S Cl Wertigkeit gegenüber H2 I II III IV III II I Wasserstoff-verbindungen NaH MgH2 AlH3 CH4 NH3 H2O HCl Differenz ---------------------------------------->
<----------------------------------------
[Differenz zwischen Achterschale und Außenelektronen (Hauptgruppe)]
Die Höchstwertigkeit der Elemente gegenüber Sauerstoff entspricht der Nummer der Hauptgruppe.
Von der ersten bis vierten Hauptgruppe entspricht die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff der Hauptgruppennummer. Von der fünften bis zur achten Hauptgruppe entspricht die Wertigkeit der Differenz zwischen Achterschale und Außenelektronen.
Metalle und Nichtmetalle
Elementsubstanzen sind Stoffe, die nur aus einer Atomart aufgebaut sind.
Bau metallischer Elementsubstanzen
Gitter, Atomrümpfe, regelmäßig angeordnet
Bau nichtmetallischer Elementsubstanzen
Moleküle: S8, Cn, P4, O2... oder polymere Stoffe
Stellung der Metalle/Nichtmetalle
Metalle: 1.-3. Hauptgruppe außer H, B; sämtliche Nebengruppenelemente ( wenig Valenzelektronen (Außenelektronen)
Nichtmetalle: 4.-8. Hauptgruppe, viele Valenzelektronen
Eigenschaften der Elemente der 3.Periode
Na Mg Al Si P S Cl Ar
metall.Eigenschaften nichtmetall.Eigenschaften
<---------------------------------- -------------------------------------->

nehmen zu nehmen zu
Metallische und nichtmetallische Eigenschaften der Elemente ändern sich mit steigender Ordnungszahl. Der Metallcharakter nimmt innerhalb einer Periode ab.
Eigenschaften der Elemente der IV. Hauptgruppe
C Nichtmetall
Si Halbmetall (nichtmetallische + metallische Eigenschaften)
Ge Halbmetall (nichtmetallische + metallische Eigenschaften)
Sn Metall
Pb Metall
Innerhalb der Hauptgruppe nimmt der Metallcharakter zu.

Halbmetalle
Elemente, die weder eindeutig metallische noch nichtmetallische Eigenschaften haben, bezeichnet man als Nichtmetall.
Si, Ge, As, Se
Grenzelemente
Sn, P
graues Sn ist ein Halbmetall
weißes Sn ist ein Metall
schwarzer P ist ein Halbmetall
weißer P ist ein Metall

Bau der Atome
Metalle Molekülsubstanz Bau der Atome wenig Valenzelektronen viele Valenzelektronen Beispiel Na, Mg, Al S, Cl EN-Werte 0,9; 1,2; 1,5
niedrige EN-Werte 2,5; 3,0
hohe EN-Werte

Vergleich Sauerstoff – Ozon
Sauerstoff Ozon gasförmig, farblos, geruchlos, erhält die Flamme, größere Dichte als Luft, geringe Löslichkeit in Wasser, sehr reaktionsfreudig, lebensnotwendig
in der chemischen Industrie zum Schweißen, Antrieb von Raketen, Beatmung reizend auf Schleimhäute, charakteristischer Geruch, sehr giftig, ätzend, tiefblau in hoher Konzentration, sehr reaktionsfreudig, entzündet Alkohol
Desinfektionsmittel, Schutz vor UV-Strahlung, Bleichmittel; für Fette und Öle zum wachsen

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