Die Entwicklung des Periodensystems: Von Berzelius bis zur Elektronegativität

Die Entwicklung des Periodensystems

Wie Elemente identifiziert wurden: Im Jahr 1830 schlug der schwedische Chemiker Jakob Berzelius (1779-1848) eine Methode vor, um Elemente darzustellen: mit dem ersten Buchstaben des lateinischen Namens oder, falls zwei oder mehr Elemente den gleichen Anfangsbuchstaben hatten, mit dem ersten Buchstaben gefolgt von einem zweiten Buchstaben des lateinischen Namens. Zum Beispiel: N für Stickstoff, Na für Natrium, Ni für Nickel.

Die Gruppierung von Elementen

Zahlreiche Studien, die zu Beginn dieses Jahrhunderts durchgeführt wurden, stellten fest, dass Elemente wie Brom und Jod in Familien mit ähnlichen chemischen Eigenschaften gruppiert werden konnten, wie auch Natrium und Kalium. Die beiden Eigenschaften, die von Wissenschaftlern am häufigsten zur Charakterisierung eines neuen Elements erforscht wurden, waren: Das Atomgewicht (eine physikalische Eigenschaft, die heute als relative Atommasse bekannt ist) und die Valenz (eine chemische Eigenschaft, die numerisch die Kombinationsfähigkeit von Atomen ausdrückt, auch bekannt als Oxidationszahl).

Dobereiners Vorschlag

1817 beobachtete Johann Dobereiner (1780-1849), dass das Atomgewicht von Strontium sehr nahe am arithmetischen Mittelwert der Atomgewichte von Calcium und Barium lag, und alle drei sind chemisch ähnliche Elemente, die in einer Familie gruppiert sind. Im Jahr 1829 stellte er die gleiche Regelmäßigkeit der Atomgewichte für mehrere Sätze von drei Elementen fest, die er Triaden nannte. Das Atomgewicht des zentralen Elements der Triade war fast gleich dem Mittelwert der beiden anderen. Beispiel: Chlor (35,47) - Brom (79,916) - Jod (126,91) --- Durchschnitt: 81,18.

Newlands' Oktaven

Im Jahr 1864 ordnete John R. Newlands (1837-1898) die damals bekannten Elemente in aufsteigender Reihenfolge ihrer Atomgewichte an und beobachtete, dass sich die Eigenschaften der Elemente alle sieben Positionen wiederholten, ähnlich wie die Noten in der Oktave eines Klaviers. Die Eigenschaften der achten Position in einer Reihe waren vergleichbar mit denen der ersten, daher wurden diese Perioden von sieben Elementen als Newlands' Oktaven bezeichnet.

Die Arbeit von Meyer und Mendelejew

Zwischen 1868 und 1870 führte die Arbeit von Lothar Meyer (1830-1895) in Deutschland und Dmitri Mendelejew (1834-1907) in Russland zur Entdeckung des Gesetzes der Periodizität der chemischen Elemente, dem periodischen Gesetz. Meyer ordnete die bekannten Elemente in aufsteigender Reihenfolge ihrer Atomgewichte an und bezog diese Skala auf eine andere: das Atomvolumen. Als er die Atomvolumina der Elemente nach ihren Atomgewichten darstellte, fand Meyer heraus, dass sich in der Tabelle eine Reihe von Spitzen bildeten, die Gruppen von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften entsprachen: Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium und Cäsium. Er stellte auch fest, dass jede Spitze mit ihren Höhen und Tiefen eine Periode der Tabelle darstellte.

Mendelejew's Periodensystem

Im Jahr 1869 veröffentlichte Mendelejew die erste Ausgabe des Periodensystems, in der er die 63 damals bekannten Elemente anordnete. Nachdem er die Elemente nach ihrem Atomgewicht geordnet hatte, untersuchte Mendelejew ihre chemischen Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf ihre Wertigkeiten. Er stellte fest, dass die ersten Elemente der Liste eine fortschreitende Veränderung ihrer Wertigkeit mit zunehmenden und abnehmenden Werten zeigten. Er etablierte Perioden: Die erste war einzeln für Wasserstoff, die nächsten beiden waren kurz mit jeweils sieben Elementen und die anderen waren länger mit mehr als sieben Elementen. Bei der Anordnung der Eigenschaften zögerte Mendelejew nicht, einige Elemente zu verschieben. Er ließ auch Leerstellen, um Gruppen von Elementen mit den gleichen Eigenschaften zu bilden, und sagte mit erstaunlicher Genauigkeit die Eigenschaften der Elemente voraus, die diese Stellen besetzen würden, sobald sie entdeckt wurden. Durch Mendelejews Arbeit wurde das Periodensystem der Elemente etabliert.

Elektronenkonfiguration der Atome dieser Elemente enden in der Regel auf die gleiche Weise:

• Die Atome der Elemente, die zu einer Gruppe gehören, haben die gleiche äußere Elektronenkonfiguration (CEE).
• Im Gegensatz dazu zeigt die Analyse der elektronischen Konfiguration der Atome der Elemente, die in der gleichen Periode liegen, dass sie die gleiche Anzahl von Energieniveaus haben.
• Die Tabelle ist in 4 große Blöcke unterteilt: s, p, d und f, wobei der jeweils letzte das besetzte Orbital des EWG ist.
• Die s- und p-Block-Elemente entsprechen den Elementen, die aus repräsentativen Metallen und Nichtmetallen bestehen. Einige sind Metalloide, wie Silizium oder Arsen.
• Die d-Block-Elemente werden Übergangselemente genannt und sind alle Metalle.
• Der f-Block ist die Synthese der inneren Übergangselemente, die ebenfalls Metalle sind, die meisten davon künstlich hergestellt.

Effektive Kernladung: Die Elektronen, die dem Kern am nächsten sind (innere Elektronen), haben eine abschirmende Wirkung auf die positive Ladung des Kerns (Z). Aus diesem Grund werden die äußersten Elektronen weniger stark vom Kern angezogen. Diese Nettoladung wird als effektive Kernladung Z bezeichnet.

Atomradius: Nach dem quantenmechanischen Modell hat die Elektronendichteverteilung eines Atoms keine klar definierte Grenze. Wenn man das Atom jedoch als Kugel betrachtet, kann der Abstand zwischen den äußersten Elektronen und dem Kern experimentell bestimmt werden. Dieser Abstand wird als Atomradius bezeichnet.

Ionenradien: Wenn neutrale Atome Elektronen verlieren oder gewinnen, werden sie zu Ionen. Kationen entstehen durch den Verlust von Elektronen und haben eine positive Nettoladung, während Anionen entstehen, wenn sie Elektronen gewinnen und negativ geladen sind. Die Größe eines Kations ist kleiner als die des entsprechenden neutralen Atoms, während die Größe eines Anions größer ist als die des neutralen Atoms.

Ionisierungsenergie: Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um einem neutralen, gasförmigen Atom im Grundzustand ein Elektron zu entfernen. Das Atom wird dadurch zu einem einfach positiv geladenen Ion.

Elektronenaffinität (EA): Die Elektronenaffinität ist die Energie, die ausgetauscht wird, wenn ein neutrales, gasförmiges Atom im Grundzustand ein Elektron aufnimmt und zu einem einfach negativ geladenen Ion wird.

Elektronegativität (EN): Die Elektronegativität ist die relative Fähigkeit eines Atoms, Elektronen anzuziehen, wenn es eine chemische Bindung mit einem anderen Atom eingeht.