Das Periodensystem der Elemente: Geschichte und Aufbau

Das Periodensystem der Elemente

Periodensystem der Elemente
Gruppe 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18; Gruppe 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18
I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII; I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII
Zeitraum / Periode:
1
2
He, He
3
Li, 4
Be, 5
6
7
8
9
10
Ne, Ne
11
Na, 12
Mg, 13
Mit, 14
Wenn, 15
16
17
Cl, 18
Ar, Ar
19
20
Ca, 21
Sc, 22
Ti, 23
24
Cr, 25
Mn, 26
Fe, 27
Co, 28
Ni, 29
Cu, 30
Zn, 31
Ga, 32
Ge, 33
As, 34
Se, 35
Br, 36
Kr, Kr
37
Rb, 38
Sr, 39
40
Zr, 41
Nb, 42
Mo, 43
Tc, 44
Ru, 45
Rh, 46
Pd, 47
Ag, 48
Cd, 49
In, 50
Sn, 51
Sb, 52
Te, 53
54
Xe, Xe
55
56, Cs
Ba * 72
73, Hf
Ta, 74
75
Re, 76
Os, 77
Go, 78
Pt, 79
Au, 80
Hg, 81
Tl, 82
Pb, 83
Bi, 84
Po, 85
Mit, 86
Rn, Rn
87
Fr, 88
Ra ** 104
Rf, 105
106, Db
Sg, 107
Bh, 108
Hs, 109
Mt, 110
111, Ds
112, Rg
113, Uub
114, Uut
Uuq, 115
Uup, 116
117, Uuh
118, Uus
Uuo, Uuo

Das Periodensystem der Elemente ist die Organisation der verschiedenen chemischen Elemente nach bestimmten Merkmalen und Kriterien. Es wird gewöhnlich auf die Dmitri-Mendelejew-Tabelle zurückgeführt, welche die Elemente basierend auf der Änderung chemischer Eigenschaften ordnete, während Julius Lothar Meyer separat an einem System arbeitete, das auf den physikalischen Eigenschaften von Atomen basierte.

Die Entdeckung der Elemente

Während einige Elemente wie Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Blei (Pb) und Quecksilber (Hg) bereits seit der Antike bekannt waren, erfolgte die erste wissenschaftliche Entdeckung eines Elements im 17. Jahrhundert, als der Alchemist Henning Brand den Phosphor (P) entdeckte. Im 18. Jahrhundert wurden viele neue Elemente gefunden, insbesondere Gase, durch die Entwicklung der pneumatischen Chemie: Sauerstoff (O), Wasserstoff (H) und Stickstoff (N). In dieser Zeit konsolidierte Antoine Lavoisier das neue Design der Elemente und erstellte seine berühmte Liste einfacher Stoffe mit 33 Elementen. Im frühen 19. Jahrhundert führte die Anwendung der elektrischen Batterie zur Entdeckung von Alkali- und Erdalkalimetallen, vor allem durch die Arbeit von Humphry Davy. Im Jahr 1830 kannte man bereits 55 Elemente. Später, Mitte des 19. Jahrhunderts, wurden mit der Erfindung des Spektroskops neue Elemente entdeckt, die oft nach der Farbe ihrer Spektrallinien benannt wurden: Cäsium (Cs, lateinisch caesius, blau), Thallium (Tl, Stamm, grün), Rubidium (Rb, rot) usw.

Der Begriff des Elements

Eine notwendige Voraussetzung für den Aufbau des Periodensystems war die Entdeckung einer ausreichenden Zahl von Elementen, um Muster im chemischen Verhalten zu finden. Der Begriff "Element" stammt aus der griechischen Wissenschaft, aber die moderne Vorstellung erschien im 17. Jahrhundert. Robert Boyle definierte in seinem Buch "The Sceptical Chymist" Elemente als primitive und einfache Körper, die nicht aus anderen gebildet werden und die Bestandteile aller gemischten Körper sind. Im 18. Jahrhundert erklärten Tabellen von Lavoisier in seiner "Elementaren Abhandlung der Chemie" den neuen Weg zum Verständnis der chemischen Zusammensetzung.

Die Atomgewichte

Anfang des 19. Jahrhunderts entwickelte John Dalton (1766–1844) eine neue Konzeption des Atomismus. Sein Hauptbeitrag war der "chemische Atomismus", der die Definitionen von Antoine Lavoisier und die Ponderalgesetze integrierte. Dalton nutzte das Wissen über Proportionen reagierender Stoffe und schuf ein System relativer Atommassen (Atomgewichte), wobei er Wasserstoff als Bezugsgröße wählte. Obwohl es anfangs Unsicherheiten gab (z. B. beim Wasser), führte dies zur ersten Tabelle der relativen Atommassen, die nach dem Kongress in Karlsruhe 1860 weiterentwickelt wurde.

Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle

Die erste Einstufung wurde von Antoine Lavoisier vorgeschlagen, der Elemente in Metalle, Nichtmetalle und Metalloide oder Übergangsmetalle unterteilte. Obwohl praktisch, wurde diese Einteilung aufgrund großer Unterschiede in den physikalischen und chemischen Eigenschaften verfeinert.

Döbereiners Triaden

Ein früher Versuch der Gruppierung stammt von Johann Wolfgang Döbereiner (1780–1849), der 1817 Ähnlichkeiten in Gruppen von drei Stoffen (Triaden) aufzeigte. 1827 stellte er weitere Gruppen fest (Chlor, Brom, Jod; Schwefel, Selen, Tellur; Lithium, Natrium, Kalium).

• Lithium (LiCl, LiOH) | Calcium (CaCl2, CaSO4) | Schwefel (H2S, SO2)
• Natrium (NaCl, NaOH) | Strontium (SrCl2, SrSO4) | Selen (H2Se, SeO2)
• Kalium (KCl, KOH) | Barium (BaCl2, BaSO4) | Tellur (H2Te, TeO2)

Döbereiner erklärte, dass das Atomgewicht des mittleren Elements etwa dem Durchschnitt der beiden äußeren entspricht (z. B. Chlor 36 + Jod 127 / 2 = 81,5; Brom liegt bei 80).

Vis Tellurique von de Chancourtois

1864 ordnete de Chancourtois die Elemente nach Atomgewicht auf einem Zylinder an. Ähnliche Elemente lagen auf derselben vertikalen Linie, was eine Frequenz andeutete, aber das System war zu kompliziert und fand wenig Beachtung.

Gesetz der Oktaven von Newlands

1864 beobachtete John Alexander Reina Newlands, dass bei einer Anordnung nach Atomgewicht jedes achte Element ähnliche Eigenschaften aufwies (Edelgase waren noch unbekannt). Er nannte dies das Gesetz der Oktaven, in Anlehnung an die Musik. Da die Regel ab Calcium nicht mehr griff, wurde er zunächst verspottet, erhielt aber 23 Jahre später die Davy-Medaille.

Das Mendelejew-Periodensystem

Das Periodensystem wurde von Dimitri Mendelejew und Julius Lothar Meyer unabhängig voneinander entwickelt. Mendelejew ordnete die 64 bekannten Elemente nach chemischen Eigenschaften und Atommasse. Seine Tabelle von 1869 zeigte, dass Eigenschaften eine periodische Funktion der Atomgewichte sind.

Atom- und Quantenmechanik

Mendelejews System hatte Unregelmäßigkeiten (z. B. Tellur-Jod). Henry Moseley löste dies 1913 durch Röntgen-Spektren und definierte die Ordnungszahl (Z) als entscheidendes Kriterium. Im 20. Jahrhundert erklärte die Quantenmechanik die elektronische Struktur der Atome, was die Vorhersage chemischer Eigenschaften ermöglichte.

Gruppe 10-18; I-VIII; Perioden 1-7; Elemente von Li bis Uuo (118).
Lanthanoide: 57-71 (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu).
Actinoide: 89-103 (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr).
Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Lanthanoide, Actinoide, Übergangsmetalle, Metalloide, Nichtmetalle, Halogene, Edelgase.

Gruppen des Periodensystems

Vertikale Spalten heißen Gruppen. Elemente einer Gruppe haben die gleiche Wertigkeit. Gruppe 1 (IA) sind die Alkalimetalle (Valenz 1). Die letzte Gruppe sind die Edelgase (Oktettregel, reaktionsträge).

• Gruppe 1 (IA): Alkalimetalle
• Gruppe 2 (IIA): Erdalkalimetalle
• Gruppe 3 bis 12: Übergangsmetalle, Edelmetalle
• Gruppe 13 (IIIA): Erdmetalle (Borgruppe)
• Gruppe 14 (IVA): Kohlenstoffgruppe (Carbonoide)
• Gruppe 15 (VA): Stickstoffgruppe (Nitrogenoide)
• Gruppe 16 (VIA): Chalkogene (Erzbildner)
• Gruppe 17 (VIIA): Halogene
• Gruppe 18 (VIIIA): Edelgase

Perioden des Periodensystems

Horizontale Reihen heißen Perioden. Elemente einer Periode haben die gleiche Anzahl an Orbitalen. Das System besteht aus 7 Perioden. Zudem ist die Tabelle in die Blöcke s, p, d und f unterteilt, basierend auf dem Aufbau-Prinzip der Elektronenkonfiguration.