Periodensystem der Elemente

Die Anordnung der Elemente im Periodensystem

Heute sind über 100 Elemente bekannt. Klicken Sie auf die nebenstehende Abbildung, um das Vollbild zu sehen. Dort können Sie für jedes Element zahlreiche Informationen über wichtige Eigenschaften der Elementsubstanz, wesentliche Stoffkonstanten, grundlegende Aussagen zum Atombau, Vorkommen, Bedeutung und einen kurzen geschichtlichen Abriss der Entdeckung abrufen.
Mithilfe des Periodensystems der Elemente wird Ordnung in die Vielfalt gebracht. Wo ein Element im Periodensystem zu finden ist, hängt vom Bau seiner Atome ab.
Im Periodensystem der Elemente sind die Elemente nach steigender Protonenzahl angeordnet. Die Protonenzahl entspricht jeweils der Ordnungszahl. Da die Anzahl der Protonen und der Elektronen eines Atoms gleich ist, kann man somit aus der Ordnungszahl die Zahl der Protonen und die Gesamtzahl der Elektronen ablesen.
Die Elemente sind im Periodensystem in sieben waagerechten Reihen angeordnet, den Perioden. So steht Wasserstoff in der ersten Periode. Aluminium ist in der dritten Perioden zu finden. Die jeweilige Periodenummer spiegelt die Anzahl der besetzten Elektronenschalen der Atome des Elements wieder - Kohlenstoffatome haben nur zwei besetzte Elektronenschalen, Aluminiumatome hingegen drei.
Außer in den Perioden sind die Elemente noch in Gruppen zusammengefasst, die senkrecht angeordnet sind. Es existieren acht Hauptgruppen und acht Nebengruppen. Sie sind jeweils durch römische Zahlen gekennzeichnet. Die Hauptgruppennummer entspricht der Anzahl der Außenelektronen (Valenzelektronen) der jeweiligen Atome. Aus dem Periodensystem der Elemente ist demzufolge abzulesen, dass Kohlenstoffstoffatome vier Außenelektronen besitzen (Bild 2) und Aluminiumatome drei Außenelektronen (Bild 3).

Der deutsche Chemiker LOTHAR MEYER verwendete 1869 bei Vorlesungen bereits eine ebenfalls noch lückenhafte, aber unserem heutigen Periodensystem stellenweise schon sehr ähnliche Anordnung der Elemente.
In Bezug auf die Lücken warnte er jedoch vor „höchst anziehenden Spekulationen über Existenz und Eigenschaften von Elementen, welche bis jetzt noch nicht entdeckt sind“.
Anders reagierte der russische Chemiker DIMITRI IWANOWITSCH MENDELEJEW (1834 bis 1907), der zeitgleich, aber unabhängig von MEYER, ein Periodensystem aufgestellt hatte. Er setzte konsequent Fragezeichen, wenn ihm der Unterschied zwischen den Atommassen zweier benachbarter Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zu groß erschien. An solchen Stellen vermutet er noch nicht entdeckte Elemente und sagte ihre Eigenschaften voraus.

Das von MENDELEJEW ebenfalls vorausgesagte Element Eka-Aluminium (Gallium - Bild 7) wurde 1875 von dem Franzosen PAUL-EMILE LECOQ de BOISBAUDRANU und das Eka-Bor (Scandium) 1879 durch den Schweden LARS FREDERIK NILSON entdeckt.

Atomhülle und Periodizität

In den folgenden Jahrzehnten wurden noch viele bestehende Lücken im Periodensystem durch Entdeckungen geschlossen. Unter anderem wurden ab 1894 die chemisch schwer zugänglichen Edelgase gefunden.
Es waren die offenbar gesetzmäßigen Zusammenhänge zwischen Atomgewicht und Charakter des Elements, die MENDELEJEW seinen Voraussagen zugrunde legte, besonders das Gesetz der Periodizität , dem schließlich das Ordnungssystem der Elemente seinen Namen verdankt. Es wurde damals so formuliert:
„Die nach steigenden Atomgewichten geordneten Elemente zeigen deutlich Periodizität ihrer Eigenschaften.“
Erst zu Beginn des 20 Jh. wurde allmählich klar, worauf die Periodizität der Elemente, die in vielfältigen regelmäßig wiederkehrenden Ähnlichkeiten und Veränderungen zum Ausdruck kommt, eigentlich beruht.
Als die Chemiker das damals bekannte Periodensystem der Elemente mit den neuesten Erkenntnissen über den Atombau (Kern, Hülle, Protonen, Elektronen mit unterschiedlichem Energieniveau) verglichen, entdeckten sie, dass eine neue Periode immer dort beginnt, wo hinzukommende Elektronen ein sprunghaft höheres Energieniveau einnehmen.
Am Anfang aller sieben Perioden befinden sich Elemente mit einem Elektron auf der Außenschale der Atome. Innerhalb der Periode steigt die Anzahl der Außenelektronen an. Daraus ergibt sich, dass die im Periodensystem unter- oder übereinanderstehenden Elemente die gleiche Anzahl von Außenelektronen besitzen. Daraus resultieren gemeinsame Gruppeneigenschaften.
Die schrittweise Zunahme der Anzahl der Elektronen in der Außenschale innerhalb einer Periode führt zwangsläufig zur periodischen Änderung der von den Außenelektronen ihrer Atome abhängigen Eigenschaften.