Periodensystem - Allgemeine Regeln

ATOMBAU

I. Einführung

II. Atomkern

III. Orbitale

IV. Periodensystem

Gruppen - historisch

Moderne Erklärung

Allgemeine Regeln

Elektronegativität

Für die Hauptgruppen gibt es einige allgemeine Regeln

1. Aggregatzustand des Elements

Man findet Gase rechts (Edelgase, F₂, Cl₂, O₂, N₂) und H₂
1 Flüssigkeit rechts (Br₂)
Die anderen Elemente sind Festkörper

{In den Nebengruppen ist Hg flüssig, alle anderen Elemente sind fest.}

2. Metallischer oder nichtmetallischer Charakter

Zeichnet man eine Diagonale von links oben nach rechts unten,
sind links von der Diagonale Metalle, rechts davon Nichtmetalle.
Im Bereich der Diagonale sind die "Halbmetalle" -
besser bekannt als die "Halbleiter" (z.B. Si, Ge)

{In den Nebengruppen liegen ausschließlich Metalle vor.}

Chemisch bilden Elemente mit metallischem Charakter Kationen. Elemente mit nichtmetallischem Charakter bilden Anionen; dazu zählen auch zusammengesetzte Anionen. Bei metallischem Charakter findet man bevorzugt Salze, bei nichtmetallischem Charakter kommen kovalent gebundene Moleküle vor.

Beispiele:

Gruppe	Beispiel eines Elements	chemisches Verhalten
I	Na - Metall	Kationen Na⁺
II	Ca - Metall	Kationen Ca²⁺
III	Al - Metall	Kationen Al³⁺
IV	C - Nichtmetall Ge - Halbleiter Pb - Metall	keine Kationen; Anionen C^4-; zusammengesetztes Anion CO₃^2-; kovalente Verbindungen (organische Chemie) keine Element-Kationen; keine Element-Anionen; kovalente Verbindungen Kationen Pb²⁺
V	N - Nichtmetall Bi - Metall	Anionen N^3-; zusammengesetzte Anionen, z.b. NO₃^-; kovalente Verbindungen z.B. NH₃Kationen Bi³⁺, aber häufiger kovalent aufgebaute Verbindungen
VI	O - Nichtmetall	Anion O^2-, zusammengesetzte Anionen, z.B. OH^-; kovalente Verbindungen, z.B. H₂O
VII	Cl - Nichtmetall	Anionen, z.B. Cl^-; zusammengesetzte Anionen; z.B. ClO₄^-; kovalente Verbindungen, z.B. ClO₂

{Bei der 4. und 5. Gruppe ist auch erkennbar, dass sich von oben nach unten der Charakter ändert.
Die oberen Elemente liegen rechts und die unteren Elemente links von der Diagonale.}

3. Mögliche Ionen bzw. mögliche Oxidationszahlen

Für die 1. und 2. Hauptgruppe ist die Regel einfach:
Elemente der 1. Gruppe bilden Kationen Li⁺, ...;
Elemente der 2. Gruppe Kationen Be²⁺, ...
In der 3. Hauptgruppe kommen bevorzugt 3- wertige Kationen vor, z.B. Al³⁺.
Beim letzten Elemente der Gruppe ist das 3-wertige Ion möglich, aber das 1-wertige Ion Tl⁺ stabiler.
In der 4. Gruppe sind 2- und 4-wertige Kationen möglich bei Sn und Pb.
In der 5. Gruppe gibt es bei Bi 3-wertige Kationen.
In der 6. und 7. Gruppe herrschen Anionen vor.
In Verbindungen ist die maximal mögliche Oxidationszahl stets gleich der Gruppennummer.
Beispiel für die Gruppe VII: im Anion ClO₄^- ist die Oxidationszahl der Chlors +7.
In den Nebengruppen gibt es "Regeln", die aber nur grobe Anhaltspunkte sind. Brauchbar ist die Aussage, "die maximale Oxidationszahl ist gleich der Gruppennummer". Welche Vorsicht aber dabei nötig ist, zeigt das Beispiel Eisen! Eisen kommt in der 8. Nebengruppe vor, bildet aber keine Verbindungen mit der Oxidationszahl +8, sondern bevorzugt Fe²⁺ und Fe³⁺. Für Mangan ist die Aussage teilweise anwendbar: Im Permanganation MnO₄^- ist die Oxidationszahl des Mangans +7, ein Mn⁷⁺-Kation gibt es aber nicht, sondern Mn²⁺-Kationen.

4. Größe von Atomen

Innerhalb einer Periode nimmt der Atomradius (und auch der Ionenradius) kontinuierlich ab. Dies lässt sich qualitativ mit dem Schalenmodell begründen: Es kommen in einer Schale immer mehr Elektronen dazu; damit nimmt auch die Anzahl der Protonen im Kern entsprechend zu. "+" und "-" ziehen sich an; die Schale wird immer mehr vom Kern angezogen und damit das Atom kleiner.
Beim Wechsel zur nächsten Periode werden Elektronen in einer weiter außen liegenden Schale eingebaut. Damit erfolgt beim Übergang zur nächsten Periode ein sprunghafter Zuwachs des Atomradius.

Li	F	157 64 pm
Na	Cl	191 99 pm
K	Br	235 114 pm
Rb	I	250 133 pm

Zusätzlich zeigen die Werte, dass selbstverständlich innerhalb einer Gruppe von oben nach unten die Atomgröße zunimmt, weil die äußerste Valenzelektronenschale immer weiter außen liegt.

Fragen zum Verständnis (Die Anziehung zwischen Kern und Hülle ist zu beachten!):
Was ist kleiner? (Verwenden Sie ein einfaches Schalenmodell, 1., 2. Schale
- entsprechend nur den Hauptquantenzahlen.)
1. ein Li-Atom oder ein Li⁺-Ion?
2. ein O-Atom oder ein O^2-Ion?
3. ein Na⁺-Ion oder ein Al³⁺-Ion?

Lösungen dazu:

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