Periodensystem der Elemente

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1 Periodensystem der Elemente 1829: Döbereiner, Dreiergruppen von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften & Zusammenhang bei Atomgewicht Gesetz der Triaden 1863: Newlands, Ordnung der Elemente nach steigender Atommasse, nach jeweils 7 Elementen ähnliche Eigenschaften (Edelgase noch nicht bekannt) Oktavengesetz 1869: v. Meyer & Mendelejew, Ordnung der Elemente nach steigender Atommasse Erschaffung Periodensystem - waagerecht: Perioden - senkrecht: Gruppen ähnliche Eigenschaften Platzhalter für noch nicht entdeckte Elemente Problem: einige Elemente vertauscht z.b. Te I, Co Ni 1914: Moseley, Ordnung der Elemente nach steigender Ordnungszahl Ordnungszahl = Kernladungszahl = Protonenzahl (= Elektronenzahl) Chem./physikal. Eigenschaften v. Elementen sind Fkt. der Ordnungszahl

2 Periodensystem der Elemente Dmitri I. Mendelejew nry G.J. Moseley Lothar v. Meyer

3 Periodensystem der Elemente Perioden (aupt-)gruppen I II III IV V VI VII Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra 1. G: Alkalimetalle 2. G: Erdalkalimetalle 3. G: Borgruppe 4. G: Kohlenstoffgruppe 5. G: Stickstoffgruppe 6. G: Chalkogene (= Erzbildner) 7. G: alogene (= Salzbildner) 8. G: Edelgase

4 Periodensystem der Elemente 1 2 (aupt-)gruppen I II III IV V VI VII Li Be B C N O F Ne Metalle albmetalle Nichtmetalle 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar Perioden 4 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra

5 Periodensystem der Elemente 1 K L M N O Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar Übergangsmetalle / Nebengruppen K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 P Cs Ba La f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn 7 Q Fr Ra Ac IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA Gruppen IVA VA VIA VIIA 0

6 Periodensystem der Elemente Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd Lanthanoiden La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Actinoiden Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

7 Biologisch wichtige Elemente Grundelemente Mengenelemente Spurenelemente Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

8 Schwermetalle Dichte von (alb-)metallen > 5 g/cm 3 > 10 g/cm 3 > 20 g/cm 3 Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

9 Edelmetalle Li Be B C N O F Ne klass. Edelmetalle Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

10 Aggregatzustände bei Raumtemperatur gasförmig flüssig fest Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

11 Radioaktive Elemente radioaktiv ab Ordnungszahl 84 sind nur radioaktive Isotope bekannt Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe La- Lu Cs Ba f Ta W Re Os Ir Pt Au g Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac- Lr Rf Db Sg Bh s Mt Ds Rd La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy o Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

12 Radioaktive Elemente 1s 2s 3s s-block p-block d-block f-block 2p 3p 1s 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 5d 6p 7s 6d 7p 4f 5f

13 Trends im PSE Atomradius: Zunahme (bei G) Elektronegativität: Zunahme (außer Edelgase) Ionisierungsenergie: Zunahme Metallcharakter: Zunahme

14 Angaben im Periodensystem Ordnungszahl = Kernladungszahl = Anzahl Protonen = Anzahl Elektronen 6 Symbol C Kohlenstoff 12,0107 Atommasse rel. Atommasse, Atommasse in [u] oder molare Masse [g/mol]

15 weitere mögliche Angaben im PSE Elektronenkonfiguration Aggregatzustand Schmelzpunkt Siedepunkt Oxidationszahl(en) Radioaktivität Dichte

16 Atommasse Zahlenwerte für Atom- bzw. Molekülmassen können man auf 3 Arten angegeben: 1. Relative Atommasse: dimensionslos 12 Verhältnis zur Atommasse eines 6 C-Atoms (Kohlenstoff-Isotop) Bsp.: Natrium hat die rel. Atommasse 22, Atommasse: Einheit [u] 12 6 C-Atom hat definitionsgemäß die Masse 12 u 1 u = 1, kg Masse eines Protons bzw. Neutrons Bsp.: Masse eines Natriumatoms beträgt 22,98977 u

17 Atommasse 3. Stoffmenge n (Mole): Einheit [g/mol] 1 Mol eines Elements (bzw. Moleküls) hat die dem Zahlenwert der relativen Atommasse entsprechende Masse in Gramm 1 Mol entspricht 6, Atomen (bzw. Molekülen) Avogadro-Zahl 12 Definition Avogadro-Zahl: so viele 6C-Atome wiegen 12 Gramm Masse eines Mols nennt man molare Masse od. Molmasse M Bsp.: Molare Masse von Natrium beträgt 22,98977 g/mol analog (relative) Molekülmasse / Molekulargewicht: Summe der Atommassen des Moleküls

18 Neutronen tatsächliche Atommasse größer als Masse v. Protonen & Elektronen Rutherford postuliert Existenz der Neutronen (1920) Chadwick (1932) weist Existenz der Neutronen nach Protonen & Neutronen im Atomkern ungeladen, ähnliche Masse wie Protonen Neutronenanzahl eines Elements: relative Atommasse - Ordnungszahl Subatomare Teilchen Masse [g] amu [u] Ladung Elektron 9, , Proton 1, , Neutron 1, , amu: atomic mass unit = Atommasseneinheit, 1 u = 1/12 Masse des 6C Atoms Ladungseinheit e = 1, Coulomb

19 Isotope Atome des gleichen Elements (gleiche Anzahl Protonen), aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen verschiedene Isotope eines Elements haben unterschiedliche Massen (Masse Proton Masse Neutron) chemisches Verhalten meist ähnlich (e - Anzahl bleibt gleich) manche Isotope sind instabil Schreibweise: Massezahl = Protonen + Neutronen 12 6 C Ordnungszahl = Protonenzahl

20 Isotope Atome des gleichen Elements (gleiche Anzahl Protonen), aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen verschiedene Isotope eines Elements haben unterschiedliche Massen (Masse Proton Masse Neutron) chemisches Verhalten meist ähnlich (e - Anzahl bleibt gleich) manche Isotope sind instabil Es gibt 3 Isotope des Kohlenstoffs 6 Neutronen 7 Neutronen 8 Neutronen C 13 C C* instabil, albwertszeit ~5730 Jahre Radiocarbonmethode zur Altersbestimmung

21 Valenzelektronen = Außenelektronen: e - auf äußersten besetzten Orbitalen (Schalen) Bahn n 1 Atom OZ 1 2 Konfiguration 1s 1s 2 bestimmen weitgehend chemische Eigenschaften können sich an Bindungen beteiligen 2 Li Be B C N s 2 2s 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 O 8 1s 2 2s 2 2p 4 F 9 1s 2 2s 2 2p 5 Ne 10 1s 2 2s 2 2p 6 3 Na Mg s 2 2s 2 2p 6 3s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

22 Edelgaskonfiguration & Oktettregel alle Orbitale sind vollständig mit e - besetzt energetisch sehr stabil Edelgase sind reaktionsträge Atome versuchen durch e - Abgabe oder Aufnahme Konfiguration des nächstgelegenen Edelgases zu erreichen d.h. abgeschlossene Valenzelektronenschale Grundvoraussetzung für chemische Bindung Oktettregel: auptgruppenelemente streben 8 e - Konfiguration an (außer -Atom -Konfiguration mit 2 e - ) Bahn n Atom Li Be B C N O F Ne Na Mg OZ Konfiguration 1s 1s 2 1s 2 2s 1s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 5 1s 2 2s 2 2p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

23 Ionenbildung Bsp.1: Natrium (Na) [Na] = 1s 2 2s 2 2p 6 3s = [Ne] 3s 1 e - abgegeben: Na + Bahn n 1 Atom Li OZ Konfiguration 1s 1s 2 1s 2 2s Bsp.2: Fluor (F) [F] = 1s 2 2s 2 2p 5 1 e - aufnehmen: F - (Fluorid) 2 Be B C N s 2 2s 2 1s 2 2s 2 2p 1s 2 2s 2 2p 2 1s 2 2s 2 2p 3 O 8 1s 2 2s 2 2p 4 F 9 1s 2 2s 2 2p 5 Ne 10 1s 2 2s 2 2p 6 3 Na Mg s 2 2s 2 2p 6 3s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

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