Tendenzen im Periodensystem

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1 Tendenzen im Periodensystem Stand: Jahrgangsstufen Fach/Fächer Vorklasse Chemie Übergreifende Bildungsund Erziehungsziele Zeitrahmen 35 min Benötigtes Material Kompetenzerwartungen Diese Aufgabe unterstützt den Erwerb folgender Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler benutzen das Periodensystem als Informationsquelle für Daten von Atomen verschiedener Elemente und für die Einordnung von Elementen als Metalle, Halbmetalle oder Nichtmetalle. (C10 3) ermitteln Gesetzmäßigkeiten aus dem Periodensystem innerhalb der Perioden bzw. Gruppen. (C10 3) beantworten chemische Fragestellungen, indem sie vorgegebene oder selbst recherchierte, auf einfachen Texten und Darstellungsformen (z. B. Energiediagramme) beruhende Quellen auswerten. (C10 1) Seite 1 von 10

2 Aufgabe In Gruppen erarbeiten die Schüler anhand von jeweils zwei Aufgaben vier allgemeine Tendenzen im Periodensystem und halten ihre Ergebnisse auf dem Arbeitsblatt fest. Ihre arbeitsteilig gewonnenen Erkenntnisse präsentieren die Schülerinnen/Schüler dann im Plenum, wobei das Arbeitsblatt gegebenenfalls ergänzt wird, sodass alle Aufgaben nach der Plenumsphase bearbeitet sind. Zuvor erledigen: - Arbeitsblatt Zusammenhänge im Periodensystem für alle Schülerinnen und Schüler kopieren. - Die Gruppenarbeitsblätter Atomradius, Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität und Einteilung der elementaren Stoffe in entsprechender Anzahl der Gruppen kopieren. Seite 2 von 10

3 Zusammenhänge im Periodensystem - Ordnung ist das halbe Leben Im Periodensystem sind die Elemente nach der geordnet. Die Elemente einer Hauptgruppe haben, da sie alle Elektronen auf der äußersten Energiestufe besitzen. Diese Elektronen nennt man. Ihre Anzahl entspricht der Nummer der (Achtung: Ausnahme Helium). Jede Periode steht für eine neue. Definition Ionisierungsenergie: Definition Elektronenaffinität: Generelle Tendenzen im Periodensystem: Seite 3 von 10

4 Begründung der Trends: Seite 4 von 10

5 Atomradius 1. Interpretieren Sie die Abbildung Atomradien und ergänzen Sie anschließend die generelle Tendenz innerhalb des Periodensystems auf dem Arbeitsblatt. Atomradien. Die Radien der Atome werden aus den Abständen der Atome in Molekülverbindungen ermittelt. Da es nur sehr wenige Edelgasverbindungen gibt, werden für die Elemente der VIII. Hauptgruppe keine Atomradien angegeben. 2. Finden Sie mithilfe des nachfolgenden Satzmusters die passenden Begründungen für die oben ermittelten Tendenzen und notieren Sie diese auf dem Arbeitsblatt. Innerhalb einer Periode nimmt der Atomradius zu, weil bei gleicher Anzahl an Energiestufen und zugleich steigender Kernladung die Anziehungskräfte zwischen Kern und Elektronen größer werden. einer Hauptgruppe ab, mit jeder Energiestufe die Atomhülle größer wird. Seite 5 von 10

6 Elektronenaffinität = Energiebetrag, der frei wird oder aufgewendet werden muss, um ein Elektronen in die Atomhülle zu bringen. Bei dem ersten Elektron spricht man auch von der ersten Elektronenaffinität usw. Dabei entstehen negativ geladene Anionen. 1. Erarbeiten Sie mithilfe des nachfolgenden Textes die Zusammenhänge im Periodensystem bezüglich der Elektronenaffinität und ergänzen Sie anschließend die generelle Tendenz innerhalb des Periodensystems auf dem Arbeitsblatt. Elektronenaffinität bedeutet so viel wie Zuneigung zu Elektronen und ist damit ein Maß, für das Bestreben von Teilchen, ein Elektron aufzunehmen. Bei der Anlagerung eines Elektrons an ein neutrales Atom wird meist Energie frei (gekennzeichnet durch negative Werte), bei manchen Atomsorten muss Energie hinzugefügt werden (gekennzeichnet durch positive Werte). Je höher die Elektronenaffinität, desto negativer der Wert und umgekehrt. Eine höhere Kernladung und ein kleinerer Atomradius haben eine stärkere Anziehung zwischen Atomkern und Elektron und damit eine höhere Elektronenaffinität zur Folge. Die Elektronenaffinität wird außerdem stark erhöht, wenn durch die Aufnahme eines weiteren Elektrons eine energiearme Elektronenkonfiguration erreicht wird. Dementsprechend findet man die stärksten Elektronenaffinitäten bei den Elementen der 7. Hauptgruppe, da sie durch die Aufnahme eines Elektrons Edelgaskonfiguration erreichen. Es gibt aber auch einige Ausnahmen bezüglich dieser Tendenz. Die Edelgase haben eine sehr geringe Elektronenaffinität. Bei ihnen muss man beispielsweise Energie aufwenden, um ein zusätzliches Elektron in die Atomhülle zu bringen, weil dadurch die Edelgaskonfiguration verloren geht. Innerhalb einer Gruppe sind kaum allgemein gültige Tendenzen erkennbar: H -0,75 He Li -0,62 Be B -0,28 C -1,26 N +0,07 O -1,46 F -3,40 Ne Na -0,55 Mg Al -0,44 Si -1,28 P -0,75 S -2,08 Cl -3,62 Ar K -0,50 Ca Ga -0,30 Ge -1,20 As -0,81 Se -2,02 Br -3,36 Kr Rb -0,49 Sr In -0,30 Sn -1,20 Sb -1,07 Te -1,97 I -3,06 Xe Cs -0,47 Ba Tl -0,20 Pb -0,36 Bi -0,95 Po At Rn Fr Ra Seite 6 von 10

7 Ionisierungsenergie = Energiebetrag, der aufgewendet werden muss, um Elektronen aus der Atomhülle zu entfernen. Bei dem ersten Elektron spricht man auch von der ersten Ionisierungsenergie usw. Dabei entstehen positiv geladene Kationen. 1. Interpretieren Sie die Abbildung Ionisierungsenergien und ergänzen Sie anschließend die generelle Tendenz innerhalb des Periodensystems auf dem Arbeitsblatt. Ionisierungsenergie in ev Ionisierungsenergien für die Abspaltung des jeweils ersten Valenzelektrons. 2. Finden Sie mithilfe des nachfolgenden Satzmusters die passenden Begründungen für die oben ermittelten Tendenzen und notieren Sie diese auf dem Arbeitsblatt. Innerhalb einer Periode einer Hauptgruppe nimmt die Ionisierungsenergie zu, ab, weil bei gleicher Anzahl an Energiestufen und zugleich steigender Kernladung die Anziehungskräfte zwischen Kern und Elektronen größer werden. Die Valenzelektronen immer weiter vom Kern entfernt sind und immer weniger stark vom Kern angezogen werden. Seite 7 von 10

8 Einteilung der elementaren Stoffe im Periodensystem 1. Füllen Sie den Lückentext auf dem Arbeitsblatt mit den nachfolgend aufgeführten Bausteinen. gleich viele - Energiestufe - Valenzelektronen ähnliche chemische Eigenschaften Hauptgruppe Protonenzahl Zusatzaufgabe: Stellen Sie den Zusammenhang zwischen der Anzahl der Valenzelektronen und den chemisch ähnlichen Eigenschaften her. 2. Lesen Sie den Infotext zur Einteilung der Elemente und markieren Sie im gekürzten Periodensystem auf ihrem Arbeitsblatt die zusammengehörigen Elemente farbig. Infotext: Einteilung der elementaren Stoffe im Periodensystem Die meisten Elemente im Periodensystem sind Metalle (insgesamt 88). Metalle leiten die Wärme, den elektrischen Strom, weisen einen typischen metallischen Glanz auf und sind verformbar (duktil). Mit Ausnahme von Quecksilber (Hg) sind alle Metalle bei Raumtemperatur fest. Gallium (Ga) schmilzt bereits durch Körperwärme. Das hitzebeständigste Metall ist Wolfram (W), es wurde v.a. früher für die Glühdrähte in Glühbirnen verwendet. Metalle stehen im Periodensystem tendenziell links unten. Tendenziell rechts oben stehen dagegen die sogenannten Nichtmetalle. Ihre Anzahl ist mit 17 Vertretern deutlich geringer. Nichtmetalle besitzen im Gegensatz zu Metallen eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, sind elektrische Nichtleiter, besitzen in der Regel keinen metallischen Glanz (Ausnahme: Iod) und sind im festen Zustand spröde (brüchig). Bezüglich ihrer Eigenschaften Verhalten sich Nichtmetalle nicht so einheitlich wie Metalle. Wasserstoff (H) als typischer Vertreter gehört entgegen seiner Stellung im Periodensystem zu den Nichtmetallen, weitere typische Vertreter sind Sauerstoff (O), Chlor (Cl) und Schwefel (S). Zwischen Metallen und Nichtmetallen kann im Periodensystem keine scharfe Grenze gezogen werden. Der Grund dafür ist, dass es elementare Stoffe gibt, die sowohl Eigenschaften von Metallen, als auch solche von Nichtmetallen aufweisen. Diese Elemente nennt man Halbmetalle. Zu ihnen gehören die Elemente: Bor (B), Silicium (Si), Germanium (Ge), Arsen (As), Antimon (Sb), Tellur (Te), Polonium (Po) und Astat (At). Die Elemente der achten Hauptgruppe (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) sind wenig reaktiv und gehen deshalb nur unter extremen Bedingungen chemische Reaktionen ein. Sie sind einatomig und bei Raumtemperatur gasförmig. Sie werden als Edelgase bezeichnet. Seite 8 von 10

9 Quellen- und Literaturangaben Huheey, J. E.; Keiter, E.; Keiter, R. L.: Anorganische Chemie. Prinzipien von Struktur und Reaktivität. Berlin: de Gruyter S. 50 ff. Mortimer, C. E.; Müller, U. (Hrsg.): Chemie Basiswissen der Chemie. Stuttgart: Thieme S.95 Hinweise zum Unterricht Generell auch einsetzbar als Aufgabe zum Selbststudium im Lernbereich 2 ( Aufbau des Periodensystems ) der Jgst. 11 (FOS) bzw. 12 (BOS), um Grundwissen aufzufrischen. Seite 9 von 10

10 Beispiele für Lösungen der Schülerinnen und Schüler Im Periodensystem sind die Elemente nach der Protonenzahl geordnet. Die Elemente einer Hauptgruppe haben ähnliche chemische Eigenschaften, da sie alle gleich viele Elektronen auf der äußersten Energiestufe besitzen. Diese Elektronen nennt man Valenzelektronen. Ihre Anzahl entspricht der Nummer der Hauptgruppe (Achtung: Ausnahme Helium). Jede Periode steht für eine neue Energiestufe. Generelle Tendenzen im Periodensystem: Begründungen der Tendenzen: Innerhalb einer Hauptgruppe nimmt der Atomradius zu, weil mit jeder Energiestufe die Atomhülle größer wird. Innerhalb einer Periode nimmt der Atomradius ab, weil bei gleicher Anzahl an Energiestufen und zugleich steigender Kernladung die Anziehungskräfte zwischen Kern und Elektronen größer werden. Innerhalb einer Hauptgruppe nimmt die Ionisierungsenergie ab, weil die Valenzelektronen immer weiter vom Kern entfernt sind und immer weniger stark vom Kern angezogen werden. Innerhalb einer Periode nimmt die Ionisierungsenergie zu, weil bei gleicher Anzahl an Energiestufen und zugleich steigender Kernladung die Anziehungskräfte zwischen Kern und Elektronen größer werden. Seite 10 von 10