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
Periodensystem der Elemente Dmitri I. Mendelejew nry G.J. Moseley Lothar v. Meyer
Periodensystem der Elemente 1 2 3 Perioden 4 5 6 7 (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
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
Periodensystem der Elemente 1 K 2 3 4 5 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 IA IIA IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB IIIA Gruppen IVA VA VIA VIIA 0
Periodensystem der Elemente 1 2 3 Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 5 6 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
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
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
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
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
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
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
Trends im PSE Atomradius: Zunahme (bei G) Elektronegativität: Zunahme (außer Edelgase) Ionisierungsenergie: Zunahme Metallcharakter: Zunahme
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]
weitere mögliche Angaben im PSE Elektronenkonfiguration Aggregatzustand Schmelzpunkt Siedepunkt Oxidationszahl(en) Radioaktivität Dichte
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 22,98977 2. Atommasse: Einheit [u] 12 6 C-Atom hat definitionsgemäß die Masse 12 u 1 u = 1,66 10-27 kg Masse eines Protons bzw. Neutrons Bsp.: Masse eines Natriumatoms beträgt 22,98977 u
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 6,022 10 23 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
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 9,10939 10-28 0,00054858-1 Proton 1,67262 10-24 1,007276 +1 Neutron 1,67493 10-24 1,008665 0 12 amu: atomic mass unit = Atommasseneinheit, 1 u = 1/12 Masse des 6C Atoms Ladungseinheit e = 1,602177 10-19 Coulomb
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
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 14 12 C 13 C C* 6 6 6 instabil, albwertszeit ~5730 Jahre Radiocarbonmethode zur Altersbestimmung
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 3 4 5 6 7 1s 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 11 12 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2
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 1 2 3 Atom Li Be B C N O F Ne Na Mg OZ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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
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 1 2 3 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 4 5 6 7 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 11 12 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2