Atombau und Periodensystem

26. Die Bedeutung des Periodensystems

Die Entdeckung des Periodensystems wirkte sich für die Entwicklung der Chemie sehr fruchtbar aus. Es wurde möglich, Eigenschaften von Elementen aufgrund ihrer Stellung im PSE vorauszusagen und zu erklären.

Die Wertigkeit.

Die Nummer der Hauptgruppe gibt die maximale Wertigkeit der Elemente an, die in dieser Hauptgruppe stehen. So erreichen alle Elemente der V. Hauptgruppe die maximale Wertigkeit V. Außer diesen Höchstwertigkeiten treten bei den Elementen der IV. bis VII. Hauptgruppe auch niedrigere Wertigkeiten auf.

Suche im Periodensystem die Hauptgruppenelemente Blei, Barium, Kalium, Arsen und Zinn. Formuliere die möglichen Sauerstoffverbindungen.

Tabelle 17

Hauptgruppe:	I	II	III	IV	V	VI	VII
Höchstwertigkeit:	I	II	III	IV	V	VI	VII
weitere Wertigkeiten:				II	III	VI	V
						II	III
							I

Formuliere mit Hilfe des Periodensystems Wasser-
stoffverbindungen der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Brom, Iod und Lithium.

Überlege, welcher Zusammenhang zwischen dem Atomradius eines Elements und seinem Metall- bzw. Nichtmetallcharakter besteht.

Hauptgruppenelemente erreichen in ihren Verbindungen mit Sauerstoff die Höchstwertigkeiten. In den Wasserstoffverbindungen ist dies nicht der Fall. Die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff fällt von der IV. bis VII. Hauptgruppe von IV bis I. Von diesen Regeln sind ausgenommen die Elemente Sauerstoff und Fluor. Sauerstoff ist immer zweiwertig, Fluor ist immer einwertig.

Tabelle 18: Wertigkeiten von Hauptgruppenelementen in Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen

Hauptgruppe	I	II	III	IV	V	VI	VII
Höchstwertigkeit gegenüber Sauerstoff							VII
						VI
					V
				IV
			III
		II
	I
Beispiel	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	Cl₂O₇

Hauptgruppe	I	II	III	IV	V	VI	VII
Wertigkeit gegenüber Wasserstoff				IV
			III		III
		II				II
	I						I
Beispiel	NaH	MgH₂	AlH₃	SiH₄	PH₃	H₂S	HCl

Nenne das »metallischste« Element und das »nichtmetallischste« Element

Wo werden die metallischen Eigenschaften stärker ausgeprägt sein, beim Element Blei oder beim Element Barium?

Die Übergangselemente treten in ihren Verbindungen meist in sehr unterschiedlichen Wertigkeiten auf. Die Höchstwertigkeit entspricht der Gruppennummer.

Metalle und Nichtmetalle.

Höchstwertigkeit zu Sauerstoff stimmt mit der Nummer der Hauptgruppe überein.

Wertigkeit zu Wasserstoff steigt in einer Periode bis zur IV Hauptgruppe an und fällt dann wieder ab.

Die Elemente können nach ihren Eigenschaften grob in Metalle und Nichtmetalle unterteilt werden. Metalle neigen zur Abgabe von Elektronen, Nichtmetalle zur Elektronenaufnahme. Alle Übergangselemente sind Metalle (25.3, Kapitel 25). Bei den Hauptgruppenelementen zeigt sich, dass alle Elemente der I. Hauptgruppe Metalle (der Wasserstoff wird dabei nicht zur I. Hauptgruppe gezählt) und alle Elemente der VII. Hauptgruppe Nichtmetalle sind. In den mittleren Hauptgruppen stehen unten Metalle und oben Nichtmetalle.

Es gilt allgemein:

Metalle und Nichtmetalle sind durch eine Diagonale von links oben nach rechts unten im PSE zu trennen.

1. In den Hauptgruppen nimmt der Metallcharakter mit steigender Ordnungszahl (im PSE von oben nach unten) zu, entsprechend nimmt der Nichtmetallcharakter ab. Mit steigender Ordnungszahl, d. h. mit zunehmenden Atomradius, nimmt die Anziehungskraft des Atomkerns auf die Elektronen der Außenschale ab, so dass diese leichter abgegeben werden können. Dies bestimmt den Metallcharakter.

2. In den Perioden nimmt bei den Hauptgruppen der Metallcharakter von links nach rechts ab, entsprechend nimmt der Nichtmetallcharakter von links nach rechts zu. Innerhalb einer Periode verringert sich der Atomradius von links nach rechts, sodass die Elektronenaufnahme erleichtert wird. Damit steigt der Nichtmetallcharakter.

Im PSE der Hauptgruppenelemente kann durch eine Diagonale von links oben nach rechts unten eine Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen gezogen werden. Entlang dieser Linie finden sich Elemente mit metallischen und nichtmetallischen Eigenschaften.

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