Das Periodensystem der Elemente

Mit dem Periodensystem der Elemente befassen wir uns in diesem Artikel. Dabei wird erklärt, was man unter dem Periodensystem überhaupt versteht und wie es aufgebaut ist. So soll der praktische Umgang mit dem PSE gezeigt werden, als auch eine Vorstellung vermittelt werden, wie man auf diese Darstellungsform überhaupt gekommen ist. Dieser Artikel gehört zu unserem Bereich Chemie.

Überblick

Die Anordnung der chemischen Elemente in tabellarischer Form wird auch Periodensystem der Elemente genannt. Es ist das wichtigste Werkzeug in der Chemie, wenn es darum geht, mit den Elementen zu arbeiten.

Das Periodensystem der Elemente:

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Darstellung
Hier seht ihr, wie ein einzelnes Element im Periodensystem dargestellt wird:

Der Buchstabe „H“ ist das Symbol des Elements. Hier werden oft die Anfangsbuchstaben der Elemente benutzt. Manchmal wird auch zusätzlich noch der komplette Name des Elements angegeben. Oftmals wird für die Angabe auf lateinische oder griechische Bezeichnungen zurückgegriffen. In unserem Beispiel steht das H für Wasserstoff. Die ganze Zahl steht für die Ordnungszahl. Die andere ist die relative Atommasse. Dies kann jedoch je nach Darstellung des Periodensystems etwas anders aussehen. Die durchlaufende Nummerierung dabei ist die Ordnungszahl.

Nach welchem Prinzip wurden die Elemente angeordnet?

Grundsätzlich kann man den Aufbau des Periodensystems wie folgt beschreiben:

• Alle Elemente sind mit Ordnungszahl und Symbol aufgeführt.
• Als Perioden werden die waagerechten Zeilen bezeichnet.
• Als Gruppen werden die senkrechten Spalten bezeichnet.
• Die Schalen beziehen sich dabei auf das Schalenmodell der Atomphysik.

Die Ordnungszahl ist jedoch nicht nur eine reine Nummerierung um eine übersichtliche Anordnung zu ermöglichen. Sie gibt außerdem an, wie viele Protonen sich im Atomkern und wie viele Elektronen sich in einem Element befinden. Hier lohnt es sich, einen kurzen Blick auf den Aufbau eines Elements zu werfen.

Historische Grundlagen

Die Idee eine Anordnung der chemischen Elemente zu erstellen, basiert auf historischen Grundlagen. Im 19. Jahrhundert wurden immer mehr chemische Elemente bekannt. Das Bemühen, diese Elemente überschaubar anzuordnen, wuchs stetig. Und so ging man dazu über, die Elemente nach einer Eigenschaft zu sortieren.

Diese Eigenschaft war die Fähigkeit des Elements, elektrischen Strom zu leiten. Hierbei wurden die Leiter als Metalle bezeichnet und die Elemente, welche den elektrischen Strom nicht leiteten, als Nichtmetalle. Diese einfache Einteilung war eine erste Grundlage für weitere Ansätze der Anordnung. Als nächsten Schritt unterteilte man die Atome in ihr Gewicht. Diese Atommasse wurde zur zweiten wichtigen Größe in der Aufteilung der Elemente. Die Untersuchungen waren jedoch rein physikalischer Art. So nahm man als nächstes die chemischen Eigenschaften genauer unter die Lupe.
Frei nach dem Motto „Wer kann mit wem?“ untersuchte man Elemente nach ihrer Reaktionsfähigkeit mit Wasser oder Sauerstoff. Die Verbindungen wurden untersucht und es wurde zwischen dem sauren oder dem laugenhaften und alkalischen Charakter unterschieden.
Als nächste Entdeckung trug die Einteilung der Elemente in Familien zur Entwicklung des Periodensystems bei. Die Forscher stellten fest, dass verschiedene Stoffe ähnliche Eigenschaften aufweisen und kategorisierten diese. So entstanden die Familien der Elemente. Im Folgenden findet ihr nun eine Auflistung der verschiedenen Familien:

• Alkalimetalle
• Alkalien
• Erzbildner
• Halogene / Salzbildner
• Erdalkalimetalle
• Bor-Aluminium-Familie
• Nichtmetalle
• Stickstofffamilie
• Edelgase

Zwei wichtige Begründer der Anordnung der Elemente sind Lothar Meyer und Dmitri Iwanowitsch Mendelejew. Die beiden veröffentlichten unabhängig voneinander, aber zeitgleich, ihre Ideen zur Anordnung und beriefen sich dabei auf die Atommasse. Durch diese Auflistung entstanden auch die Zahlen der Ordnung, heute bekannt als Ordnungszahlen. Die beiden stellten fest, dass zwischen zwei Elementen einer Gruppe, jeweils sieben andere Elemente lagen. Nur Wasserstoff bildete eine Ausnahme. Kein anderes Element wies ähnliche Eigenschaften auf.
Erst später wurde diese Theorie weiter verfolgt. Denn waren sich die Elemente, die zuvor einer Gruppe zugeordnet worden waren, wirklich so ähnlich? Was hatten beispielsweise Sauerstoff und Schwefel gemeinsam? Hier kommt eine weitere Eigenschaft zum Tragen: Die Wertigkeit. Die Wertigkeit wurde durch die Möglichkeiten der Bindung von Wasserstoffatomen an ein Element definiert. Hier wurde unterschieden in:

• Einwertige Atome: Natrium und Chlor.
• Zweiwertige Atome: Calcium, Sauerstoff, Schwefel.
• Dreiwertige Atome: Bor, Stickstoff.
• Vierwertige Atome: Kohlenstoff und Silicium.

Es bleibt anzumerken, dass damals bestimmt wurde, dass kein Element mehr als vier Atome an sich binden kann.
Begriffserklärungen
alkalisch:

Der Begriff „alkalisch“ bezeichnet Lösungen, deren PH-Wert größer als 7 ist. Man spricht hier auch von „basisch“.

Alkalimetalle:

Lithium, Natrium, Kalium – Sie färben Flammen verschiedenfarbig.

Alkalien:

Oxide der Alkalimetalle; sie bilden mit Wasser ätzende Laugen.

Atommasse:

Eine Größe, die die Masse eines Atoms ausdrückt.

Base:

Eine Base ist die Grundlage für Lösungen, um deren PH-Wert zu erhöhen. Sie ist das Gegenstück zur Säure und neutralisiert diese.

Edelgase:

Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon, Ununoctium.

Elektronen:

Negativ geladenes Teilchen.

Elementfamilien:

Alkalimetalle, Alkalien, Erzbildner, Halogene / Salzbildner, Erdalkalimetalle, Bor-Aluminium-Familie, Nichtmetalle, Stickstofffamilie, Edelgase.

Erzbildner:

Sauerstoff, Schwefel, Selen.

Erdalkalimetalle:

Beryllium, Magnesium, Strontium, Calcium, Barium.

Halogene /Salzbildner:

Chlor, Brom, Iod, Fluor (Natriumchlorid).

Lauge:

Als Lauge wird eine alkalische Lösung bezeichnet. Ihr PH-Wert liegt dementsprechend über dem Wert 7.

Nichtmetalle:

Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor.

Ordnungszahl:

Die Elemente im Periodensystem wurden angeordnet und ihnen wurden, je nach Platzierung, Zahlen zugeordnet. Diese Zahlen bezeichnet man als Ordnungszahlen.

PH-Wert:

Der PH-Wert ist eine Maßeinheit für saure oder alkalische Werte von Lösungen.

Protonen:

Positiv geladene Teilchen.

Sauer:

Etwas wird in der Chemie als „sauer“ bezeichnet, wenn der PH-Wert zwischen 0 und 6,5 liegt.

Wertigkeit:

Die Wertigkeit gibt an, wie viele Wasserstoffatome ein Element an sich binden kann.

Links:

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