Der Aufbau des Periodensystems

Prinzip des Aufbaus:



Das Periodensystem stellt eine Ordnung dar, in welcher alle Elemente nach ihren chemischen Eigenschaften sortiert aufgeführt stehen. Dabei stehen also Elemente mir analogen Eigenschaften in Gruppen zusammen. Innerhalb einer Gruppe treten dabei bestimmte Trends auf, die für die entsprechende Gruppe typisch sind.

Doch wie hängen nun der Schalenaufbau und die Eigenschaften der chemischen Elemente miteinander zusammen? - Die Elemente sind durch ihre Anzahl von (positiven) Protonen in ihren Atomkernen definiert. D.h. Atomkerne mit gleicher Anzahl von Protonen gehören alle zum selbem Element. Daher nennt man die Anzahl der Protonen auch Ordnungszahl. Entlang der Perioden von links nach rechts und von reihenweise von oben nach unten nimmt dabei von Element zu Element die Ordnungszahl jeweils um eine Einheit zu. Da Atome nach außen hin neutral sind, nimmt damit auch die Zahl der Elektronen um jeweils eine Einheit zu. Die Zahl aller Elektronen eines Atoms entspricht also jener der Protonen - die Ladungen des Kerns und der Atomhülle heben sich also gegenseitig auf.

Nun haben Elemente, die gleiche Anzahl Außenelektroen haben (man nennt sie auch Valenz-Elektronen, von lat. valente = Gewalt), ähnliches Bestreben, diese entweder abzugeben, oder an die damit frei verbliebenen Plätze zusätzlich Elektronen anzulagern. Damit sind auch die chemischen Eigenschaften jener Elemente untereinander sehr ähnlich.


Gruppen

Lithium und Natrium haben beide jeweils ein Außenelektron. In vielen ihrer Eigenschaften sind sich die beiden sehr ähnlich: So liegen sie in all ihren Verbindungen stets in der Oxidationsstufe +1 vor. Sie haben beide - für Metalle - sehr tiefe Schmelzpunkte (Lithium: 179°C, Natrium 98°C), und reagieren mit Nichtmetallen oder mit Wasser in vergleichbarer Heftigkeit. Ihre Hydroxide reagieren in Wasser stark alkalisch. Auch die Atome der Elemente Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium haben jew. ein einziges Außenelektron auf ihren Schalen, und zeigen diese Eigenschaften ebenfalls.

Alle Elemente, die in ihrer Valenzschale nur ein einziges Valenzelektron besitzen, werden im Periodensystem untereinander geschrieben: Sie bilden die erste Gruppe, die als Alkalimetalle bezeichnet werden.

Und dementsprechend stehen auch die Elemente, welche zwei, drei, vier und fünf Außenelektronen in der äußersten Schale aufweisen, in Gruppen zusammen. Dies sind dann die 2. Gruppe (Erdalkalimetalle), die 13. Gruppe (Borgruppe), 14. Gruppe (Kohlenstoffgruppe) und 15. Gruppe (Stickstoffgruppe). Die Elemente der Gruppen 3 bis 12 haben jeweils 2 Elektronen in der äußersten Schale, bauen jedoch hinzukommende Elektronen in der zweitäußersten Schale ein.

Die Lanthanoide und Actinoide schließlich unterscheiden sich weder in der äußersten noch in der zweitäußersten Schale voneinander, sondern belegen freie Elektronenplätze erst in der drittäußersten Schale. Dies ist auch der Grund, warum sich die Hauptgruppenelemente von Gruppe zu Gruppe viel stärker voneinander unterscheiden, als jene Elemente der Nebengruppen es untereinander tun.


Perioden

Mit jedem Proton, dass ein Element mehr hat, steigt die Ordnungszahl um jeweils eine Einheit an. Da Atome nach außen hin neutral sind, nimmt proportional auch die Zahl der Elektronen zu.

So hat das Lithium drei Protonen, Beryllium vier, Bor fünf, Kohlenstoff sechs, Stickstoff sieben, Sauerstoff acht, Fluor neun und Neon zehn Protonen in ihren Atomkernen. Sie stehen im Periodensystem in direkter Nachbarschaft nebeneinander. Dies sind die so genannten Perioden, die jeweils von Edelgas zu Edelgas reichen.

Blöcke

Je nachdem, in welchem Orbital neu hinzukommende Elektronen eingebaut werden, unterscheidet man zwischen den s-, p-, d- und f-Block-Elementen. Dabei sind sich die p-Block-Elemente von Gruppe zu Gruppe verschiedener, als es sich die d-Block-Elemente sind. Diese wiederum unterscheiden sich voneinander stärker, als die f-Block-Elemente es untereinander tun.

Früher nannte man diese Gruppen auch Hauptgruppen (s- und p-Block), Nebengruppen (d-Block) und Lanthanide/Actinide (f-Block). In dieser Ansicht sind die s-Block-Elemente blau, die p-Block-Elemente rot, die d-Block-Elemente violett und die f-Block-Elemente blauviolett dargestellt.

Schema Blöcke im PSE: Beim Überfahren mit dem Mauspfeil erscheint die jeweilige Bezeichnung der Blöcke.