Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie Atome Elemente Chemische Reaktionen Energie Verbindungen 92
Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie 3. Das Periodensystem der Elemente 93
Das Periodensystem der Elemente IUPAC 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 alt AI AII BIII BIV BV BVI BVII BVIII BI BII AIII AIV AV AVI AVII AVIII 1 2,2 H 1,008 3 0,98 Li 6,941 s - Elemente 4 1,57 Be 9,012 p - Elemente 5 2,04 B 10,811 6 2,55 C 12,011 7 3,04 N 14,007 8 3,44 O 15,999 9 4,0 F 18,988 2 He 4,003 10 Ne 20,180 11 0,93 Na 22,990 12 1,31 Mg 24,305 d - Elemente 13 1,61 Al 26,982 14 1,9 Si 26,086 15 2,19 P 30,974 16 2,58 S 32,065 17 3,16 Cl 35,453 18 Ar 39,948 19 0,82 K 39,098 20 1,0 Ca 40,078 21 1,36 Sc 44,956 22 1,54 Ti 47,867 23 1,63 V 50,942 24 1,66 Cr 51,996 25 1,55 Mn 54,938 26 1,83 Fe 55,845 27 1,88 Co 58,933 28 1,91 Ni 58,693 29 1,90 Cu 63,546 30 1,65 Zn 65,38 31 1,81 Ga 69,723 32 2,01 Ge 72,64 33 2,18 As 74,922 34 2,55 Se 78,96 35 2,96 Br 79,904 36 Kr 83,798 37 0,82 Rb 85,468 38 0,95 Sr 87,62 39 1,22 Y 88,906 40 1,33 Zr 91,224 41 1,6 Nb 92,906 42 2,16 Mo 95,96 43 1,9 Tc 98,91 44 2,2 Ru 101,07 45 2,28 Rh 102,91 46 2,2 Pd 106,42 47 1,93 Ag 107,87 48 1,69 Cd 112,41 49 1,78 In 114,82 50 1,96 Sn 118,71 51 2,05 Sb 121,76 52 2,1 Te 127,60 53 2,66 I 126,90 54 Xe 131,29 55 0,79 Cs 132,91 56 0,89 Ba 137,33 57 1,1 La 138,91 72 1,3 Hf 178,49 73 1,5 Ta 180,95 74 2,36 W 183,84 75 1,9 Re 186,21 76 2,2 Os 190,23 77 2,2 Ir 192,22 78 2,2 Pt 195,08 79 2,4 Au 196,97 80 1,9 Hg 200,59 81 1,8 Tl 204,38 82 1,8 Pb 207,2 83 1,9 Bi 209,98 84 2 Po 209,98 85 2,2 At (210) 86 2,04 Rn (222) 87 0,7 Fr (223) 88 0,9 Ra 226,03 89 1,1 Ac (227) 104 Rf (261) 105 Db (262) 106 Sg (263) f - Elemente 107 Bh (262) 108 Hs (265) 109 Mt (266) 110 Ds (269) 111 Rg (272) 112 Cn (277) 113 Nh (287) 114 Fl (289) 115 Mc (288) 116 Lv (293) 117 Ts (293) 118 Og (294) 58 1,12 Ce 140,12 59 1,13 Pr 140,91 60 1,14 Nd 144,24 61 1,1 Pm 146,90 62 1,17 Sm 150,36 63 1,2 Eu 151,96 64 1,2 Gd 157,25 65 1,1 Tb 158,93 66 1,22 Dy 162,50 67 1,23 Ho 164,93 68 1,24 Er 167,26 69 1,25 Tm 168,93 70 1,1 Yb 173,05 71 1,27 Lu 174,97 90 1,3 Th 232,04 91 1,5 Pa 231,04 92 1,7 U 238,03 93 1,3 Np 237,05 94 1,28 Pu 244,10 95 1,13 Am 243,10 96 1,28 Cm 247,10 97 1,3 Bk 247,10 98 1,3 Cf 251,10 99 1,3 Es 254,10 100 1,3 Fm 257,10 101 1,3 Md (258) 102 1,3 No (259) 103 1,3 Lr (260) 94
Periodensystem der Elemente 95
Das Element im Periodensystem Ordnungszahl Elementname 9 4 F 18,998 Fluor Elektronegativität Atommasse Elementsymbol 96
Periodensystem der Elemente 97
Periodensystem der Elemente Q Energie 7s 6p P 5f O Ac-Lr 5d 6s 5p 4d 4f N La-Lu 5s 4s 3s 1s 4p 3p K L 3d M H He 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 I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra Ac 98
Üben: Chlor Q Energie 7s 6s 6p 5p P 5d 4d 5f O 4f N Ac-Lr La-Lu [Ne]3s 2 3p 5 5s 4s 3s 1s K 4p 3p L 3d H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra M Sc Ti V Cr * Mn Fe Co Ni Cu * Zn Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd La Hf Ta W Ac Re Os Ir Pt Au Hg B Al Ga In Tl C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po He F Ne Cl Ar Br Kr I Xe At Rn 99
Stellung der Elemente im PSE 1s 3s 4s 5s 6s 7s 3d 4d 5d 6d 3p 4p 5p 6p 4f 5f Hauptgruppenelemente Übergangsmetalle Lanthanoide, Actinoide Edelgase 100
Eigenschaften ändern sich periodisch 1. Atomradien 2. Ionisierungsenergie 3. Elektronenaffinität 4. Elektronegativität 101
Änderung der Atomradien im PSE innerhalb einer Gruppe mit zunehmender Ordnungszahl werden weiter außen liegende Elektronenschalen besetzt Anziehung auf die Elektronenhülle wird größer innerhalb einer Periode Atomradius ist das Ergebnis von Anziehung der Elektronen durch den Kern einerseits und der gegenseitigen Abstoßung der Elektronen andererseits 102
Änderung der Atomradien im PSE Atomradius in 10-8 cm 3,4 3,0 Cs 2,6 Rb K 2,2 Na 1,8 4f Li 1,4 3d 4d 5d I 1,0 Cl Br 0,6 F H 0,2 0 4 8 12162024283236404448525660646872768084 Ordnungszahl 103
Änderung der Atomradien im PSE Atomradius Atomradius Metalle Nichtmetalle 104
Alkalimetalle reagieren mit Wasser Schnittflächen der Alkalimetalle: Bild: www.chemische-experimente.com/images/schnittstellen.jpg Reaktivität nimmt zu Bilder: www.chemische-experimente com/images/pdvd_012.jpg 2 Li + 2 H 2 O 2 LiOH + H 2 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 2 K + 2 H 2 O 2 KOH + H 2 105
Änderung der Ionisierungsenergie im PSE...Mindestenergie in ev, die benötigt wird, um aus einem Atom ein Elektron zu entfernen: A A + + e - I nimmt ab Energie I Energie Energie Li I nimmt zu 1s 1s Li + II III IV V VI VII VIII 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 6 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 7 Cs Ba Tl Fr Ra Pb Bi Po At Rn 106
Änderung der Ionisierungsenergie im PSE I E (ev) 30 25 20 15 10 5 0 H He Li Be B C N Edelgase O F Ne Na Mg Al 0 5 10 15 20 25 Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti Z Alkalimetalle 107
Warum ist I (Be) > I (B)? Beryllium Bor Energie 1s 1s Ionisierungsenergie (ev) 30 25 20 15 10 5 0 He Ne H N Be F C O Mg Li B Na 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Z = Ordnungszahl 108
Warum ist I (N) > I (O)? Stickstoff Sauerstoff Energie 1s 1s Ionisierungsenergie (ev) 30 25 20 15 10 5 0 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213 Z = Ordnungszahl 109
Zweite Ionisierungsenergie A + + I 2 A 2+ + e - Lithium Li + Li 2+ Energie I 1 I 2 5,4 ev 75,6 ev 1s 1s 1s 110
Änderung der Ionisierungsenergie im PSE Ionisierungsenergie Ionisierungsenergie Metalle Nichtmetalle 111
Elektronenaffinität...Energiebetrag in ev, der für die Anlagerung eines Elektrons an ein Atom frei wird bzw. aufgewendet werden muss A + e - A - Energie -Energie Energie F 1s 1s F - I II III IV V VI VII VIII 1 H He 2 Li Be B E A C nimmt N O ab F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 K Ca Ga Ge As Se Br Kr 6 Rb Sr In Sn Sb Te I Xe 7 Cs Ba Tl Fr Ra Pb Bi Po At Rn E A nimmt zu Energie wird frei: Energie + - 112
Elektronenaffinität A + e - A - + Elektronenaffinität (E A ) Edelgase Energie + - E A (kj/mol) 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 -300-350 -400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 H He Li Be Halogene B C N O Z = Ordnungszahl F Ne Mg Na I II III IV V VI VII V 1 H E He 2 Li Be A nimmt ab B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 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 E A nimmt zu 113
Warum ist E A (N) > E A (C)? C - N - Energie 1s 1s E A (kj/mol) 150 100 50 0-50 -100-150 -200-250 -300-350 -400 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 H He Li Be B C N O Z = Ordnungszahl F Ne Mg Na 114
Elektronegativität A + Ionisierungsenergie (I E ) A + + e - Geringes I E : Alkalimetalle! A + e - A - + Elektronenaffinität (E A ) Geringes E A : Halogene Energie + - Ionisierungsenergie (I E ) - Elektronenaffinität (E A ) Li: 5.4 ev - (-0,62 ev) = 6,02 F: 17.4 ev - (-3,40 ev) = 20,8 115
Absolute und relative Elektronegativität...ist ein Maß für das Bestreben eines Elements, in einer Bindung die Elektronen an sich zu ziehen. Ionisierungsenergie (I E ) - Elektronenaffinität (E A ) EN abs. = 2 EN rel.. = 0,168(I E - E A ) - 0,207 Elektronegativität nach Mullikan Elektronegativitäten zweier unterschiedlicher Atome ~ Polarität der Bindung O H H http://www.tivital.de/wp-content/ uploads/2013/02/wasserglas.jpg http://www.br.de/telekolleg/faecher/chemie/ 116
Elektronegativitäten der Elemente im PSE Elektronegativitäten nach PAULING: HCl H 2 O Elektronegativitä t H 2,1 Li 1,0 Na 0,9 K 0,8 Be 1,5 Mg 1,2 B 2,0 Al 1,5 C 2,5 Si 1,8 Ge 1,8 Elektronegativität N 3,0 P 2,1 As 2,0 O 3,5 S 2,5 Se 2,4 F 4,0 Cl 3,0 Br 2,8 H 2 Rb 0,8 Te 2,1 I 2,5 117
Elektronegativitäten im Vergleich EN 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 F O H C N Cl S Be B P Si He Li Ne Na Mg Al 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Z = Ordnungszahl 118
Elektronegativitäten im Vergleich MULLIKEN PAULING ALLRED/ROCHOW H 2.2 2.2 2.2 Li 0.8 1.0 1.0 Be 1.4 1.6 1.5 B 1.8 2.0 2.0 C 2.5 2.6 2.5 N 3.1 3.0 3.1 O 3.2 3.4 3.5 F 3.9 4.0 4.1 Ne Na 0.7 0.9 1.0 Mg 1.2 1.3 1.2 Al 1.6 1.6 1.5 Si 2.0 1.9 1.7 P 2.4 2.2 2.1 S 2.6 2.6 2.4 Cl 3.5 3.2 2.8 Ar K 0.8 0.8 0.9 Ca 1.0 1.0 1.0 Ga 1.8 1.8 1.8 Ge 2.0 2.0 2.0 As 2.3 2.2 2.2 Se 2.5 2.5 2.5 Br 3.2 3.0 2.7 Kr 119
Zusammenfassung 1. Ionisierungsenergie 2. Elektronenaffinität 3. Elektronegativität 120
Eigenschaftsänderungen im PSE Eigenschaft Atomradius Änderungen innerhalb einer Hauptgruppe Periode Metallcharakter Elektronegativität Elektronenaffinität (Betrag) Ionisierungsenergie 121
PSE: Mendelejew schafft Ordnung! (Zeichnung: Miriam Brandstetter 12/2004) 122