Periodensystem: Struktur & Eigenschaften

Periodensystem: Eine Einführung

Grundlegende Definitionen

• Reine Substanz: Besteht aus einer einzigen Komponente, hat charakteristische Eigenschaften und eine feste, unveränderliche chemische Zusammensetzung. Sie kann nicht durch physikalische Methoden getrennt werden.
• Gemisch: Eine Kombination aus zwei oder mehreren Stoffen, bei der keine chemische Reaktion stattfindet und die einzelnen Komponenten ihre Identität und chemischen Eigenschaften behalten.
• Chemisches Element: Reine Substanz, die nicht durch chemische oder physikalische Methoden in einfachere reine Stoffe zerlegt werden kann.
• Chemische Verbindung: Substanz, die aus einem oder mehreren Elementen des Periodensystems besteht und nur durch chemische (nicht physikalische) Methoden zerlegt/getrennt werden kann.
• Atom: Der kleinste Teil eines chemischen Elements, der noch dessen Eigenschaften besitzt. Es besteht aus einem Kern (Neutronen und Protonen) und Elektronen. Atome sind elektrisch neutral.
• Molekül: Der kleinste Teil einer Substanz, der im freien Zustand existieren kann.

Atomstruktur

• Kern:

  Das Zentrum des Atoms. Er besteht aus:
  • Protonen (p⁺): Positiv geladen.
  • Neutronen (n): Neutral geladen.
  Der Kern ist positiv geladen.

• Atomhülle:

  Umgibt den Kern und besteht aus Elektronen (e^-), die sich in ständiger Bewegung befinden.

Wichtige atomare Eigenschaften

• Atommasse: Wird in atomaren Masseneinheiten (u) ausgedrückt. Die Masse von Protonen und Neutronen beträgt jeweils ca. 1 u, die Masse von Elektronen ist vernachlässigbar.
• Elektrische Ladung: Die betragsmäßige Ladung von Elektronen und Protonen ist gleich und wird als Elementarladung bezeichnet.
  • Proton: Ladung: +1,6 × 10^-19 C, Masse: 1,67 × 10^-27 kg
  • Elektron: Ladung: -1,6 × 10^-19 C, Masse: 9,10 × 10^-31 kg
  • Neutron: Ladung: 0, Masse: 1,67 × 10^-27 kg
• Ordnungszahl (Z): Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms.
• Massenzahl (A): Summe der Protonen und Neutronen im Kern.
• Isotope: Atome mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl (unterschiedliche Anzahl von Neutronen).
• Atommasse (Durchschnitt): Die gewichtete durchschnittliche Masse der Atome eines Elements unter Berücksichtigung der natürlichen Häufigkeit seiner Isotope. Beispiel: ¹²C (98,89%) und ¹³C (1,11%). Die Berechnung erfolgt durch Multiplikation der Massenzahl jedes Isotops mit seiner relativen Häufigkeit und anschließender Division durch 100.
• Atomradius: Abstand vom Zentrum des Kerns bis zum äußersten besetzten Elektronenorbital. Gemessen in Pikometern (pm, 1 pm = 10^-12 m) oder Ångström (Å, 1 Å = 10^-10 m). Der Atomradius nimmt im Periodensystem von *oben nach unten* zu und von *rechts nach links* zu.
• Ionisierungsenergie (IE): Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus der äußersten Schale eines neutralen Atoms im gasförmigen Grundzustand zu entfernen. Gemessen in Joule (J). Reaktionsgleichung: X_(g) + IE → X⁺_(g) + 1 e^-. Die IE nimmt im Periodensystem von *links nach rechts* und von *unten nach oben* zu.
• Elektronegativität: Das Bestreben eines Atoms, in einer chemischen Bindung Elektronen von anderen Atomen anzuziehen. Die Elektronegativität nimmt im Periodensystem von *links nach rechts* und von *unten nach oben* zu.