Periodensystem: Eigenschaften & Atomstruktur

Periodensystem der Elemente: Eigenschaften und Atomstruktur

Elektronenkonfiguration

• 1: 1s₁ (H) (1)
• 2: 2s₂ (Be) (2)
• 3: 3d₁4s₂ (Sc) (4)
• 4: 3d₂4s₂ (Ti) (4)
• 5: 3d₃4s₂ (V) (4)
• 6: 3d₅4s₁ (Cr) (4)
• 7: 3d₅4s₂ (Mn) (4)
• 8: 3d₆4s₂ (Fe) (4)
• 9: 3d₇4s₂ (Co) (4)
• 10: 3d₈4s₂ (Ni) (4)
• 11: 3d₁₀4s₁ (Cu) (4)
• 12: 3d₁₀4s₂ (Zn) (4)
• 13: 2s₂2p₁ (B) (2)
• 14: 2s₂2p₂ (C) (2)
• 15: 2s₂2p₃ (N) (2)
• 16: 2s₂2p₄ (O) (2)
• 17: 2s₂2p₅ (F) (2)
• 18: 1s₂ (He) (1)

Atommasse, Atomspektren und Energie

• Atommasse: Gesamtmasse = (Isotopmasse × Häufigkeit (%)) / 100
• Energie (E): E = h × ν
• Atomspektren: 1/λ = R_H (1,097 × 10⁷) × (1/n₁² - 1/n₂²)
• Frequenz (ν): ν = E/h
• Wellenlänge (λ): λ = c/ν

Dabei gilt: R_H = Rydberg-Konstante, h = Planck-Konstante, c = Lichtgeschwindigkeit

Elektronenaffinität

Die Elektronenaffinität ist die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein neutrales gasförmiges Atom in seinem Grundzustand ein Elektron einfängt und zu einem entsprechenden einfach negativ geladenen Ion (Anion) wird. Je kleiner das Atom ist, desto näher befindet sich das eingefangene Elektron am Kern und desto stärker wird es gebunden. Innerhalb einer Gruppe nimmt die Elektronenaffinität ab, innerhalb einer Periode von links nach rechts zu.

Quantenzahlen

Beispiel: (3, 1, 0, 1/2)

• n = 3: Hauptquantenzahl (Energieniveau)
• l = 1: Nebenquantenzahl (Unterniveau, hier: p)
• m_l = 0: Magnetquantenzahl (Orbital, hier: p_y)
• m_s = +1/2: Spinquantenzahl (Spinrichtung, hier: nach oben)

Mögliche Werte der Quantenzahlen:

• n: Natürliche Zahlen (1, 2, 3, ...)
• l: 0 bis n-1 (0 = s, 1 = p, 2 = d, 3 = f)
• m_l: -l bis +l (z.B. für p: -1, 0, +1)
• m_s: +1/2 (Spin nach oben) oder -1/2 (Spin nach unten)

Periodische Eigenschaften

Atomradius und Atomvolumen

Innerhalb einer Gruppe nimmt der Atomradius und das Atomvolumen von oben nach unten zu, da die Elektronen zunehmend weiter vom Kern entfernt sind (hinzukommende Elektronenschalen). Innerhalb einer Periode nehmen Atomradius und Atomvolumen von links nach rechts ab. Die äußeren Elektronen befinden sich zwar in derselben Schale, aber die zunehmende Kernladung (durch zusätzliche Protonen) führt zu einer stärkeren Anziehungskraft und somit zu einer Verkleinerung des Atomradius.

Ionisationsenergie

Die Ionisationsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus einem neutralen, gasförmigen Atom in seinem Grundzustand zu entfernen und es in ein einfach positiv geladenes Ion (Kation) umzuwandeln. Je größer das Atom ist, desto weiter ist das zu entfernende Elektron vom Kern entfernt und desto geringer ist die benötigte Ionisationsenergie. Die Ionisationsenergie wird in Joule (J) gemessen. Elemente mit niedriger Ionisationsenergie bilden leicht Kationen und werden als elektropositiv bezeichnet.