PSE: Periodensystem der Elemente

Atombau und Anordnung der Elemente im Periodensystem der Elemente (PSE)

Die Elemente sind im PSE grundsätzlich nach ihren Kernladungszahlen oder auch Ordnungszahlen geordnet. Diese Zahl steht jeweils oben links von jedem Elementsymbol. Sie zeigt die Anzahl Protonen im Atomkern des jeweiligen Atoms an. Oben rechts am Elementsymbol findet man die Masse. Sie wird aus den dem Vorkommen nach gewichteten Isoptopenmassen errechnet. Bei Molekülen, die fast ausschliesslich als ein Isotop vorkommen, entspricht sie fast der Summe der Protonen und Neutronen eines Atomkerns, die auch als Massenzahl bezeichnet wird. Unten links am Elementsymbol findet sich die sogenannte Elektronegativität. Sie zeigt auf, wie stark ein Element die Bindungselektronen anzieht.

Waagrechte Zeilen des PSE nennt man Perioden, die senkrechten Spalten sind die sogenannten Gruppen. Innerhalb einer Periode, also von links nach rechts im PSE, befinden sich die Elemente, welche dieselbe Anzahl an besetzten Elektronenschalen aufweisen. Wie das aussieht, kann man sich mithilfe des Schalenmodells vorstellen. Also haben zum Beispiel alle Elemente der dritten Periode drei besetzte Elektronenschalen. Besetzt heisst in diesem Fall allerdings nicht gefüllt. Von links nach rechts im PSE wird die äusserste Schale mit jedem Element um ein Elektron ergänzt. Die Elemente, welche in einer Gruppe stehen, haben, mit Ausnahme von Helium (He), dieselbe Anzahl an Aussenelektronen. Die Elemente, welche untereinander stehen, sind deshalb chemisch eng miteinander verwandt. 

Elemente in der Mitte, oben im Bild in Hellblau dargestellt, bilden die sogenannten Nebengruppen, links und rechts davon stehen die Hauptgruppenelemente. Diese Anordnung ergibt sich, da ab der dritten Periode die Schalen nicht mehr ganz der Reihe nach aufgefüllt werden. Mit Kalium und Kalzium wird zuerst die 4. Schale angefangen, bevor mit den 10 Nebengruppenelementen die 3. Schale fertig befüllt wird, danach geht es mit der 4. Schale weiter. 

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Metalle im Periodensystem

Die Metalle sind die häufigsten Elemente im PSE. Der Tendenz nach haben Elemente, je weiter links und je weiter unten sie im PSE zu finden sind, einen grösseren metallischen Charakter. Die Metalle haben nur wenige Aussenelektronen. Diese sind Ladungsträger und können leicht abgegeben werden. So erhalten sie ihre Leitfähigkeit. 

1. Hauptgruppe

Die Alkalimetalle haben ein ähnliches Reaktionsverhalten. Das lässt sich aufgrund des Atombaus erklären. Die Atome der Alkalimetalle sind jeweils im Besitz eines Aussenelektrons. Die zweitäusserste Schale ist voll besetzt. Die Atome können deshalb nur durch die Abgabe dieses einen Elektrons einen Edelgaszustand erreichen. Der Edelgaszustand ist der energetisch günstigste Zustand der Elektronenhülle, den ein Atom durch eine chemische Reaktion erreichen kann. Alle Atome wollen diesen stabilen Zustand erreichen.​

Nichtmetalle im Periodensystem

Die Elemente der Hauptgruppen vier bis sieben sind vorwiegend keine Metalle, also sogenannte Nichtmetalle. Die Halogene zum Beispiel besitzen sieben Aussenelektronen. Weil sie somit nur ein einziges Elektron aufnehmen müssen, um in den Edelgaszustand zu kommen, sind diese besonders reaktionsfreudig. 

Atomradien

Die Atomradien ändern sich periodisch, das heisst, innerhalb einer Gruppe nimmt mit jeder neu besetzten Schale der Atomradius zu. Also je mehr besetzte Elektronenschalen, desto grösser ist auch das Atom. Eigentlich logisch, das kann man sich vorstellen wie bei einer Zwiebel. Je mehr Schichten eine Zwiebel aufweist, desto grösser ist sie. Innerhalb einer Periode nimmt die Grösse des Atoms, also der Atomradius hingegen ab. Das kann man mit der steigenden Anziehungskraft der Protonen im Kern des Atoms erklären, welche sie auf die Elektronen ausüben. Weil mit steigender Elektronenzahl auch die Anzahl an Protonen und somit die Kernladung steigt, werden die Atome immer kleiner, obwohl die Anzahl der Elektronen steigt, da die äussersten Schalen näher an den Kern gezogen werden.