5. Periodensystem der Elemente 5.1. Aufbauprinzip 5.2. Geschichte des Periodensystems 5.3. Ionisierungsenergie 5.4. Elektronenaffinität 5.5.

5. Periodensystem der Elemente 5.1. Aufbauprinzip 5.2. Geschichte des Periodensystems 5.3. Ionisierungsenergie 5.4. Elektronenaffinität 5.5. Atomradien 5.6. Atomvolumina 5.7. Dichte der Elemente 5.8. Schmelzpunkte der Elemente 5.9. Siedepunkte der Elemente

Ziel: Beschreibung der Elektronen im Atom (Elektronenkonfiguration) Energetische Abfolge der Orbitale (Aufbauschlange) E = E(n, l ) n 7 6 5 4 3 2 1 Mehrelektronen Wellenfunktionen: 0 1 2 3 l i Einelektronen Wellenfunktionen

Das Kästchenschema für Mehrelektronensysteme Orbital mit 1 Elektron Orbital mit 2 Elektronen erlaubt Orbital mit 2 Elektronen Orbital mit 3 Elektronen verboten 4p Energie E n,l 3s 3p 4s 3d 2p 2s 1s

Das Kästchenschema 2s 2p 2s 2p Li Be B C N O F Ne

103Lr 102No 101Md 100Fm 99Es 98Cf 97Bk 96Cm 95Am 94Pu 93Np 92U 91Pa 90Th 89Ac 71Lu 70Yb 69Tm 68Er 67Ho 66Dy 65Tb 64Gd 63Eu 62Sm 61Pm 60Nd 59Pr 58Ce 57La Ac-Lr 88Ra 87Fr 86Rn 85At 84Po 83Bi 82Pb 81Tl 80Hg 79Au 78Pt 77Ir 76Os 75Re 74W 73Ta 72Hf La-Lu 56Ba 55Cs 54Xe 53I 52Te 51Sb 50Sn 49In 48Cd 47Ag 46Pd 45Rh 44Ru 43Tc 42Mo 41Nb 40Zr 39Y 38Sr 37Rb 36Kr 35Br 34Se 33As 32Ge 31Ga 30Zn 29Cu 28Ni 27Co 26Fe 25Mn 24Cr 23V 22Ti 21Sc 20Ca 19K 18Ar 17Cl 16S 15P 14Si 13Al 12Mg 11Na 10Ne 9F 8O 7N 6C 5B 4Be 3Li 2He 1H 77 Metalle 8 Halbmetalle 18 Nichtmetalle Das Periodensystem der Elemente

Meyer und Mendelejev Entwicklung des Periodensystems der Elemente Vorläufer des Periodensystems: Döbereiner Triaden (1816) Li Na K Ca Sr Ba S Se Te Cl Br I Cancourtois Helix (1862) Newland s Oktaven (1866) H 1 F 8 Cl 15 Co 22 Br 29 Pd 36 I 43 Pt 50 Li 2 Na 9 K 16 Cu 23 Rb30 Ag 37 Cs 44 Os51 G 3 Mg 10 Ca 17 Zn 24 Sr 31 Cd 38 Ba 45 Hg 52 Bo 4 Al 11 Cr 18 Y 25 Ce 32 U 39 Ta 46 Tl 53 C 5 Si 12 Ti 19 In 26 Zr 33 Sn 40 W 47 Pb 54 N 6 P 13 Mn20 As 27 Di 34 Sb 41 Nb 48 Bi 55 O 7 S 14 Fe 21 Se 28 Ro 35 Te 42 Au 49 Th 56 Meyer und Mendelejev (1869)

Meyer und Mendelejev Entwicklung des Periodensystems der Elemente Viktor Meyer und Dimitri I. Mendelejev Die Ordnung der Elemente nach der Größe ihrer relativen Atommassen führt zu einer Periodizität der Eigenschaften. Die Existenz unbekannter Elemente ist aufgrund von Lücken im PSE wahrscheinlich. Die Eigenschaften der unbekannten Elemente können mit Hilfe der Periodizität abgeschätzt werden. V. Meyer (1830 1895) D. I. Mendelejev (1834 1907)

Meyer und Mendelejev Entwicklung des Periodensystems der Elemente Vergleich Eka-Silicium und Germanium Atommasse 72 72.59 Dichte 5,5 5,47 Atomvolumen 13 13,22 Wertigkeit 4 4 Spez. Wärme 0.073 0.076 Dichte MO 2 4,7 4,703 Siedepunkt MCl 4 < 100 C 86 C Falsche Vorhersagen Element Atommasse Eka-Niob 146 Eka-Cäsium 175 Coronium 0.4 Äther 0.17 Entdeckung vorhergesagter Elemente Gallium Eka-Aluminium 1875 Coq de Boisbaudron Scandium Eka-Bor 1879 Nilson Germanium Eka-Silicium 1886 Winkler

Gang der relativen Atommasse im PSE 200 Relative Atommass e 150 100 50 Co - Ni Ar-K Te - I 0 0 20 40 60 80 Ordnungszahl

103Lr 102No 101Md 100Fm 99Es 98Cf 97Bk 96Cm 95Am 94Pu 93Np 92U 91Pa 90Th 89Ac 71Lu 70Yb 69Tm 68Er 67Ho 66Dy 65Tb 64Gd 63Eu 62Sm 61Pm 60Nd 59Pr 58Ce 57La Ac-Lr 88Ra 87Fr 86Rn 85At 84Po 83Bi 82Pb 81Tl 80Hg 79Au 78Pt 77Ir 76Os 75Re 74W 73Ta 72Hf La-Lu 56Ba 55Cs 54Xe 53I 52Te 51Sb 50Sn 49In 48Cd 47Ag 46Pd 45Rh 44Ru 43Tc 42Mo 41Nb 40Zr 39Y 38Sr 37Rb 36Kr 35Br 34Se 33As 32Ge 31Ga 30Zn 29Cu 28Ni 27Co 26Fe 25Mn 24Cr 23V 22Ti 21Sc 20Ca 19K 18Ar 17Cl 16S 15P 14Si 13Al 12Mg 11Na 10Ne 9F 8O 7N 6C 5B 4Be 3Li 2He 1H 77 Metalle 8 Halbmetalle 18 Nichtmetalle Das Periodensystem der Elemente

Ionisierungsenergie Die Ionisierungsenergie I (genauer erste Ionisierungsenergie I 1 ) eines Atoms ist die Mindestenergie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem in der Gasphase befindlichen Atom vollständig zu entreißen. M(g) M + (g) + e - I 1 Entsprechend: M (m-1)+ (g) M m+ (g) + e - I m

Gang der 1. Ionisierungsenergie I 1 im PSE in ev H He 13.6 24.6 Be B C N O F Ne Li 5.4 9.3 8.3 11.3 14.5 13.6 17.4 21.6 Na 5.1 K 4.3 Rb 4.2 Cs 3.9 Abschirmung ganzer Schalen ist besonders wirksam Kernladungszahl wächst stärker als Abschirmung

Gang der Ionisierungsenergien im PSE in ev I 1 I 2 I 3 I 4 I 5 H 13.6 He 24.6 54.4 Li 5.4 75.6 122.4 Be 9.3 18.2 153.9 217.7 B 8.3 25.1 37.9 259.3 340.1 C 11.3 24.4 47.9 64.5 392.0 N 14.5 29.6 47.4 77.5 97.9 O 13.6 35.1 54.9 77.4 113.9 F 17.4 35.0 62.6 87.1 114.2 Ne 21.6 41.1 63.5 97.0 126.3 Na 5.1 47.3 Mg 7.6 15.0 80.1 Al 6.0 18.8 28.4 120.0

Periodische Änderung von Eigenschaften Gang der Ionisierungsenergien I 1 in ev 30 25 He Ne I 1 in ev 20 15 10 5 F Ar N Cl H O P Be C Mg S B Si Al Ca Li Na K Kr Br Zn As Se Ge Ga Sr Rb Cd In J Te Sb Sn Xe Ba Cs Hg Rn At Po Ac Bi Th Pb Pa Tl Ra U Fr 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ordnungszahl Z

Elektronenaffinität Die Elektronenaffinität E A ist die Energie, die aufgebracht werden muß oder frei wird, wenn ein Atom oder Ion in der Gasphase ein Elektron aufnimmt. M(g) + e - M - (g)

Gang der Elektronenaffinität im Periodensystem in ev H -0.75 Li -0.62 Be 0.5 O -1.5 F -3.5 Na -0.55 Mg 0.4 S -2.0 Cl -3.6 K -0.50 Se -2.0 Br -3.4 Rb -0.48 Metalle positiv Te -1.9 I -3.0 Cs -0.47

Atomradien in Ǻ Der Atomradius entspricht dem halben interatomaren Abstand im Element. H 0.37 He 1.40 Li 1.52 Be 1.13 B 0.80 C 0.77 N 0.55 O 0.60 F 0.71 Ne 1.50 Na 1.86 Mg1.60 Al 1.43 Si 1.18 P 1.10 S 1.04 Cl 0.99 Ar 1.80 K 2.27 Ca 1.97 Rb 2.48 Sr 2.15 Cs 2.66 Ba 2.17 Kovalenzradien Metallradien Van der Waals Radien

Gang der Atomradien in der 2. und 3. Periode 3 Atomradius 2.5 A tomradius i n Å 2 1.5 1 0.5 Na Li Mg Be Al B Si C P N S O Cl F Ar Ne 2 4 6 8 10 Ordnungszahl

Gang der Atomradien der Alkalimetalle und der Erdalkalimetalle 3 2.5 K Rb Atomradius Cs A tomradius i n Å 2 1.5 1 Li Be Na Mg Ca Sr Ba Ra 0.5 20 40 60 80 100 Ordnungszahl

Gang der Atomradien in der 4., 5. und 6. Periode 3 Cs Atomradien der Elemente der 4., 5. und 6. Periode Rb Atomradius in Å 2 1 K Mn Tl In Ga I Br Xe Kr 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Gruppennummer

Gang der Atomradien im PSE Rb Cs Fr 2.5 K A tomradius in Å 2 1.5 Li Na 1 0 20 40 60 80 Ordnungszahl

Atomvolumina Atomvolumen der Elemente in cm 3 /mol Atomvolumen in cm 3 /mol 80 70 60 50 40 30 20 10 0 H He Na F P N Ne S O Al C K Ge As Co Rb Tc Cs Ce Eu Yb Re Rn Ra 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ordnungszahl U

Dichte Dichte der Elemente im festen Zustand 25 Os 20 U Dichte in g/cm- 3 15 10 5 0 Li C Al Na K Cu Rb Rh 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ordnungszahl La Ce Cs Eu Yb Ra

Schmelzpunkte Schmelzpunkte der Elemente in K 4500 Temperatur in K 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 C Si Mg Al H P He Ne O S Ar V Fe Mn Ge Ga Kr Mo Ru In Sb La Xe Ba Pm Eu Ta Yb W Re Os 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Ordnungszahl Hg Rn Pa U

Siedepunkte Siedepunkt in Kelvin 6000 5000 4000 3000 C (sub.) 5100 K Ga 2477 K Tc 5150 K W - 5930 K 2000 1000 0 0 20 40 60 80 Ordnungszahl