Die Bedeutung des Periodensystems

Atombau und Periodensystem. Die Wertigkeit. Metalle und Nichtmetalle.

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26. Die Bedeutung des Periodensystems

Die Entwicklung des Periodensystems der Elemente (PSE) stellt in der Geschichte der Chemie einen wichtigen Meilenstein dar und wirkte sich äußerst positiv auf den Fortschritt dieser Wissenschaft aus. Die Eigenschaften von Elementen konnten nun aufgrund ihrer Position im PSE vorausgesagt und erklärt werden.

Die Wertigkeit

 
Wo stehen im Periodensystem die Hauptgruppenelemente Blei, Barium, Kalium, Arsen und Zinn? Welche möglichen Sauerstoffverbindungen können für diese Elemente formuliert werden?
 
Formuliere mit Hilfe des Periodensystems Wasserstoffverbindungen der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Brom, Iod und Lithium.

Im PSE gibt die Nummer der Hauptgruppe Auskunft über die maximale Wertigkeit der Elemente, die in dieser Hauptgruppe stehen. Alle Elemente der 5. Hauptgruppe erreichen also die maximale Wertigkeit V. Neben diesen maximalen Höchstwertigkeiten gibt es bei den Elementen ab der 4. bis zur 7. Hauptgruppe auch niedrigere Wertigkeiten.

Hauptgruppenelemente erreichen in ihren Verbindungen mit Sauerstoff die Höchstwertigkeiten. In den Wasserstoffverbindungen ist dies nicht der Fall. Die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff fällt von der 4. bis 7. Hauptgruppe von IV bis I. Von diesen Regeln sind ausgenommen die Elemente Sauerstoff und Fluor. Sauerstoff ist immer zweiwertig, Fluor ist immer einwertig.

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

Metalle und Nichtmetalle

Alle Elemente kann man nach ihren Eigenschaften in Metalle und Nichtmetalle einteilen. Metalle neigen zur Abgabe von Elektronen, Nichtmetalle neigen zur Aufnahme von Elektronen. Alle Übergangselemente sind Metalle (25.3, Kapitel 25). Bei den Hauptgruppenelementen zeigt sich, dass alle Elemente der 1. Hauptgruppe Metalle (der Wasserstoff wird dabei nicht zur 1. Hauptgruppe gezählt) und alle Elemente der 7. Hauptgruppe Nichtmetalle sind. In den mittleren Hauptgruppen stehen unten Metalle und oben Nichtmetalle.

Tabelle 1
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

Es gilt allgemein:


  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.

Tabelle 2: 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
 
Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Atomradius eines Elements und seinem Metall- bzw. Nichtmetallcharakter?.
 
Welches ist das »metallischste« Element und welches das »nichtmetallischste«.
 
Wo werden die metallischen Eigenschaften stärker ausgeprägt sein, beim Element Blei oder beim Element Barium?
 
Metalle und Nichtmetalle kann man durch eine Diagonale von links oben nach rechts unten im PSE trennen
 
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

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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