Periodensystem der Elemente

Periodensystem der Elemente: tabellarische Anordnung aller chemischen Elemente, die den Aufbau der Atomhüllen widerspiegelt und die chemische Verwandtschaft (insbesondere die periodische Wiederkehr bestimmter Eigenschaften) von Elementen übersichtlich darstellt. Es existieren verschiedene Formen des Periodensystems der Elemente (kurz-, mittel- und langperiodige Tabellen), die jedoch die gleiche Systematik beinhalten. In der üblichen Anordnung werden die waagerechten Spalten als Perioden, die senkrechten als Gruppen bezeichnet. Die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem der Elemente wird durch ihre Ordnungszahlen bestimmt, die mit den Kernladungszahlen und den Zahlen der Elektronen in den Hüllen der neutralen Atome identisch sind. Hierbei ergibt sich zugleich eine Reihenfolge nach ansteigender relativer Atommasse, die nur an wenigen Stellen Abweichungen aufweist. Der Beginn einer neuen Periode entspricht stets dem Beginn eines neuen Energiehauptniveaus (einer neuen «Elektronenschale»); dies ist jeweils nach einem Edelgas der Fall. Die 1. Periode umfasst entsprechend der aus der Formel 2 n1 (n = Hauptquantenzahl) mit n = 1 berechneten Maximalbesetzung der 1. Elektronenschale nur 2 Elemente (Wasserstoff und Helium); analog enthält die 2. Periode (n =) 8 Elemente (Lithium bis Neon). Bei den folgenden Perioden wird die Besetzung der Elektronenschalen aus energetischen Gründen jeweils nach einem Edelgas zugunsten des nächsthöheren Energieniveaus unterbrochen und erst beim drittnächsten Element fortgesetzt. Die Elemente, bei denen die Elektronen die äußeren Schalen besetzen, werden als Hauptgruppenelemente, solche, bei denen die Auffüllung von Energieniveaus mit niedrigerer Hauptquantenzahl, also von inneren Schalen, erfolgt, als Nebengruppenelemente (zum Teil auch als Übergangsmetalle) bezeichnet. Bei den Lanthanoiden und Aktiniden wird die drittäußerste Schale von 18 auf 32 Elektronen aufgefüllt, während die beiden äußeren Schalen in der Regel insgesamt 3 Elektronen aufweisen. Die Gruppen des Periodensystems der Elemente umfassen jeweils Elemente mit gleicher Besetzung der äußeren Energieniveaus (also gleicher Anzahl Außen- beziehungsweise Valenzelektronen), wodurch ähnliches chemisches Verhalten, besonders hinsichtlich der Wertigkeiten, bedingt wird. Solche Elementfamilien sind zum Beispiel die Alkalimetalle (I. Hauptgruppe), Chalkogene (VI. Hauptgruppe), Halogene (VII. Hauptgruppe) und Edelgase (VIII. Hauptgruppe); die übrigen werden nach dem ersten Element benannt, zum Beispiel Stickstoffgruppe, Kupfergruppe. In der 8. Nebengruppe bezeichnet man die Elemente der 4. Periode (Eisen, Kobalt, Nickel) als Eisengruppe, die entsprechenden Elemente der 5. und 6. Periode als leichte beziehungsweise schwere Platinmetalle. Aus der Gruppennummer ist im Allgemeinen die (maximale) positive Wertigkeit der Elemente direkt ablesbar (Überschreitung besonders in der 1., Unterschreitung in der 8. Neben- und zum Teil VIII. Hauptgruppe). Die fast nur in der IV. bis VH. Hauptgruppe auftretende negative Wertigkeit errechnet sich als Ergänzung der Gruppennummer zur Zahl 8. Innerhalb der Element Tunilien zeigt sich eine, vorwiegend durch den von oben nach unten zunehmenden Atomradius bedingte, deutliche Abstufung des chemischen und auch physikalischen Verhaltens (Schmelz-, Siedepunkte unter anderem). So nimmt zum Beispiel mit steigender Periodennummer in der Alkalimetallgruppe die Reaktionsfähigkeit zu, in der Gruppe der Halogene dagegen ab. Die Abstufung des Verhaltens zeigt sich auch bei analogen Verbindungen, zum Beispiel bei Halogenwasserstoffen, Alkalihydroxiden. In den Hauptgruppen nimmt der metallische Charakter von oben nach unten zu, innerhalb der Perioden von links nach rechts ab; gegenläufig verhält sich der nichtmetallische Charakter der Elemente. Nachdem J. W. Doebereiner 1829 erstmals «Triaden» ähnliche Elemente zusammenstellte, gelang es L. Meyer (1868) und D. I. Mendelejew (1869) unabhängig voneinander, alle damals bekannten (etwa 60) Elemente in ein System zu bringen. Mendelejew sagte auf Grund der Lücken in seinem System die Eigenschaften einer Reihe damals noch nicht entdeckter Elemente mit erstaunlicher Genauigkeit voraus.