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Entwicklung des Periodensystems der Elemente

Periodensystem der Elemente

Schon die Alchemisten im Altertum und in Hochkulturen der Antike beschäftigten sich mit den chemischen Elementen. Bei den Alchemisten war es allerdings eher ein fröhliches Rumprobieren. Es fehlte eine Ordnung der Elemente, damit Beziehungen erkannt und Verhalten vorhergesagt werden hätten können.

Johann Wolfgang Döbereiner machte sich 1817 als einer der ersten daran, ein Ordnungssystem zu schaffen, indem er die Eigenschaften verschiedener Elemente miteinander verglich. Er versuchte sein von ihm benanntes Triadensystem zu entwickeln.

Die Entwicklung des uns bekannten Periodensystem der Elemente (PSE) geschah 1869 fast zeitgleich durch Mendelejew in Russland und Meyer in Deutschland. Sie ordneten die Elemente nach ihrer Atommasse und nach Ähnlichkeit an. Die Theorie hinter der Tabellierung sagte sogar die Existenz von noch nicht entdeckten Elementen voraus und wies ihnen einen Platz im PSE zu. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des PSE waren noch 30 % aller Elemente unbekannt, darunter auch die Edelgase.

Einteilung des PSE

Ordnungsprinzip

Wie der Name Periodensystem bereits sagt, sind die Elemente in Perioden angeordnet. Dies sind die horizontalen Zeilen. Außerdem besteht noch die Einordnung in Gruppen. Dies sind die vertikalen Spalten. Die Gruppen werden eingeteilt in Hauptgruppen und Nebengruppen.

Jede Periode steht für eine neue Elektronenschale. Das Bohr´sche Atommodell kann dies verdeutlichen. Die Elektronen bewegen sich um den Kern. Je weiter sie von diesem entfernt sind, desto höher ist ihre Energie. Die Schalen stehen also für ein bestimmtes Energieniveau. Durch die zusätzliche Schale in einer neuen Periode nimmt der Atomradius stark zu. Das hat z.B. Auswirkungen auf die Elektronegativität der Elemente.

Einführung in die Zusammenhänge im Periodensystem: Bohr'sches Atommodell

Das Periodensystem der Elemente kann außerdem noch in Metalle und Nichtmetalle eingeteilt werden. Die Metalle stehen auf der linken Seite und die Nichtmetalle auf der rechten. In der Mitte gibt es eine Diagonale, die diese beiden trennt. Dies sind die Halbmetalle (hier hellblau dargestellt). Dazu gehören Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Selen, Antimon, Tellur und Astat.

Einteilung PSE in Metalle und Nichtmetalle

Hauptgruppen des PSE

Das Periodensystem der Elemente ist in Gruppen unterteilt. Dazu gehören die 8 Hauptgruppen (HG). Diese haben spezifische Namen und beinhalten Elemente, die sich meist stark in ihren Eigenschaften ähneln.

  • Die 1. Hauptgruppe ist die Gruppe der Alkalimetalle. Das sind reaktionsfreudige Metalle, die einfach positiv geladene Ionen bilden.
  • Die 2. Hauptgruppe ist die Gruppe der Erdalkalimetalle. Auch dies sind reaktionsfreudige Metalle. Sie bilden in Reaktionen zweifach positiv geladene Ionen. Du kannst schon sehen, dass die Nummer der Hauptgruppe Auskunft über die Anzahl der Außenelektronen der Elemente gibt.
  • Die 3. Hauptgruppe ist die Bor-Gruppe. Sie wird auch Erd-Gruppe genannt. Außer Bor beinhaltet sie nur Metalle, die dreifach positiv geladene Ionen bilden.
  • Die Kohlenstoff-Gruppe ist die 4. Hauptgruppe. Diese Gruppe ist aufgrund des Kohlenstoffs überaus wichtig für die organische Chemie.
  • Die 5. Hauptgruppe ist die Stickstoff-Gruppe. Ab dieser Gruppe herrschen die Nichtmetalle vor. Eine Elektronenaufnahme bringt hier eine bessere Stabilisierung als die Elektronenabgabe. Aus diesem Grund bilden diese Elemente Moleküle und negative Ionen.
  • Die Chalkogene bilden die 6. Hauptgruppe. Zu ihnen gehören die wichtigen Elemente Sauerstoff und Schwefel.
  • Die 7. Hauptgruppe ist die Halogen-Gruppe. Diese Elemente bilden einfach negativ geladene Ionen, die sogenannten Halogenide. Zu Ihnen zählen Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat.
  • Die 8. Hauptgruppe ist die Edelgas-Gruppe. Dies sind sehr stabile, einatomige Gase. Sie besitzen die sogenannte Edelgaskonfiguration, d.h., sie besitzen eine vollbesetzte äußere Elektronenschale. Alle Elemente des Periodensystems streben nach dieser Elektronenkonfiguration, da dieser Zustand einen besonders energiearmen und damit stabilen Zustand darstellt. Aus diesem Grund bilden die Elemente Ionen und Moleküle.

Nebengruppen des PSE

Neben den Hauptgruppen gibt es im Periodensystem noch die Nebengruppen. Diese beginnen ab der 2. Hauptgruppe in der 4. Periode. Um zu verstehen, warum sich die Nebengruppen dort befinden, brauchst du einige Kenntnisse über das Orbitalmodell.

Nebengruppen im PSE: Orbitalmodell

Die Elektronenschalen sind in diesem Modell noch einmal unterteilt. In jeder Schale kommt ein Orbital hinzu. Die für diesen Fall relevanten Orbitale heißen s, p und d. Die Nebengruppenelemente weisen alle d-Orbitale auf in denen sich ihre Außenelektronen befinden. Diese bieten Platz für 10 Elektronen. Darum gibt es auch 10 Nebengruppen.

Diese Anzahl macht aber auch das Verhalten der Nebengruppenelemente komplexer. So können diese Elemente verschiedene Ionen bilden. Eisen z.B. kann als Eisen(II)- oder Eisen(III)-Ion vorliegen. Die Nebengruppenelemente sind Metalle, darunter wichtige Vertreter wie Gold, Silber, Eisen und Kupfer.