Elemente des Periodensystems

Anorganische Chemie für Ingenieure

Das Kapitel Elemente des Periodensystems in unserem Online-Kurs Anorganische Chemie für Ingenieure besteht aus folgenden Inhalten:

1. Elemente des Periodensystems

   Elemente des Periodensystems

   

   ... auch von der Ordnungszahl. Die 118 Elemente des Periodensystems gliedern sich in:81 natürliche Elemente,24 künstliche Elemente,13 radioaktive Elemente.Worin sich dabei die Atome voneinander unterscheiden, werden wir Ihnen in diesem Abschnitt verdeutlichen.

2. Atomaufbau und Elementarteilchen

   Elemente des Periodensystems > Atomaufbau und Elementarteilchen

   

   Der Atomaufbau ermöglicht eine genaue Identifizierung eines Atoms und eine Abgrenzung zu anderen Atomen. Dabei besteht ein Atom immer aus einem Atomkern und einer ihn umgebenden Atomhülle.Atommodell (Illustration)Atommodell nach Rutherford:Atommodell nach RutherfordInnerhalb des Atomkerns befinden sich Neutronen $ n $ und Protonen $ p^{+} $, die man unter dem Begriff Nukleonen zusammenfasst.In der Atomhülle kreisen die Elektronen $ e^{-} $ auf Ihren Bahnen.Sowohl Neutronen, Protonen ...

3. Schalenmodell, Bohrsches Atommodell

   Elemente des Periodensystems > Schalenmodell, Bohrsches Atommodell

   

   Zur näheren Beschreibung des Atommodells und speziell des Aufbaus der Atomhülle nützt uns besonders das Bohr'sche Atommodell, welches 1913 vom Nobelpreisträger der Physik Niels Bohr veröffentlicht wurde.Grob ausgedrückt, besagt das Modell, dass sich Elektronen immer auf bestimmten Bahnen um den Kern bewegen und jede Bahn dabei für ein bestimmtes Energieniveau steht.Aufbau des SchalenmodellsBohr hat die Bahnen als Schalen bezeichnet mit den Zusätzen K-, L-, ...

4. Orbitalmodell

   Elemente des Periodensystems > Orbitalmodell

   

   Seit 1913, als Bohr der Wissenschaft mit seinem Modell einen Dienst erwies, hat sich die Wissenschaft kontinuierlich weiterentwickelt und plötzlich reichte das Bohr'sche Schalenmodell nicht mehr aus, um bestimmte physikalische Gegebenheiten zu erklären. Deshalb wurde das Schalenmodell einfach um das Orbitalmodell erweitert.Das Orbitalmodell unterteilt die Schalen von Bohr nochmals in Unterschalen, den besagten Orbitalen. Zur eindeutigen Bestimmung der Orbitale in den Schalen kann man diese ...

5. Nebenquantenzahlen

   Elemente des Periodensystems > Orbitalmodell > Nebenquantenzahlen

   

   Zur Berechnung von Schalen haben wir bisher die Hauptquantenzahlen $ n $ genutzt. Für die Orbitale benötigen wir zusätzlich die Nebenquantenzahlen $ l $. Eine Nebenquantenzahl ergibt sich aus folgender Gleichung:Nebenquantenzahl: $ l = n -1 $Die Nebenquantenzahl ist also direkt abhängig von der Hauptquantenzahl.In der K-Schale (n = 1) ergibt sich für das Orbital $ l = 1 – 1 = 0 $. Die Null steht für das s-Orbital. Jetzt wissen wir, dass die K-Schale ein s-Orbital ...

6. Magnetquantenzahl, Spinquantenzahl

   Elemente des Periodensystems > Orbitalmodell > Nebenquantenzahlen > Magnetquantenzahl, Spinquantenzahl

   

   Um entartete Orbitale wiederum unterschieden zu können, führen wir zwei zusätzliche Quantenzahlen ein.MagnetquantenzahlDie Magnetquantenzahl beschreibt die räumliche Ausrichtung, die das Orbital in Bezug auf äußeres Magnetfeld einnimmt.Das äußere Magnetfeld ist erforderlich damit die entarteten Orbitale überhaupt unterschieden werden können.Die Magnetquantenzahl $ m $ ist von der Nebenquantenzahl $ l $ abhängig. Die notwendige Gleichung für ...

7. Periodensystem der Elemente

   Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente

   

   Bisher haben wir in diesem Kurs nur am Rande über das Periodensystem gesprochen. Nun wollen wir tiefer in die Materie eintauchen. Im Periodensystem der Elemente (kurz PSE) sind alle derzeit bekannten Elemente (118) in steigender Kernladung (Ordnungszahl) erfasst.Die Elemente 113 - 118 wurden vor nicht alle zu langer Zeit erst entdeckt und hatten lange Zeit keinen endgültigen Namen, sondern nur Ersatznamen (Uut, Uup, Uus, Uuo,). Im Zeitraum von 2012 - 2016 hat sich dies geändert ...

8. Hauptgruppen des PSE

   Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE

   

   Periodensystem, PSEIm Periodensystem unterscheiden wir grundsätzlich Hauptgruppen (gelb) und Nebengruppen (grün) voneinander. Jede Gruppe besitzt eine Nummerierung, dabei können sowohl römische (I, II, III, IV) als auch arabische Zahlen (1, 2, 3, 4) verwendet werden.Die römischen Zahlen I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII stehen für die Hauptgruppen.Die Kombination aus römischen Zahlen und dem Großbuchstaben A stehen für die NebengruppenIA, IIA, IIIA, IVA, ...

9. 8. Hauptgruppe des PSE, Edelgase

   Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 8. Hauptgruppe des PSE, Edelgase

   

   8. Hauptgruppe, EdelgaseIn der Gruppe VIII sind die Edelgase aufgeführt. Die Besonderheit dieser Gruppe liegt in der Edelgaskonfiguration, welche einen sehr stabilen Zustand aufweist. Diesen Zustand strebt jedes Element durch Reaktionen an und ist Ursache für die Reaktivität der Elemente. Denn hier ist die Valenzschale vollständig besetzt mit acht Elektronen. In diesem Zusammenhang sollte Ihnen die Oktettregel (Acht Elektronen, 4 Paare) geläufig sein.Edelgase sind: Helium ...

10. 7. Hauptgruppe des PSE, Halogene

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 7. Hauptgruppe des PSE, Halogene

    

    7. Hauptgruppe, HalogeneIn der Gruppe VII sind die Halogene erfasst. Ihnen fehlt nur ein Valenzelektron um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen, weshalb sie sehr reaktiv sind. Um diese Elektron zu erhalten, müssen sie mit einem anderen Element reagieren. Halogene zählen daher zu den reaktionsfähigsten Elemeneten. Dabei ist Gruppe besitzt Flour die höchste Elektronegativität und gleichzeitig Reaktivität. Beide Eigenschaften nehmen innerhalb der Gruppe im Periodensystem ...

11. 6. Hauptgruppe des PSE, Chalkogene

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 6. Hauptgruppe des PSE, Chalkogene

    

    6. Hauptgruppe, ChalkogeneIn dieser Gruppe finden sich die Chalkogene. Ihnen fehlen zwei Valenzelektronen für die Edelgaskonfiguration. Chalkogene werden häufig als Erzbildner bezeichnet. Der bekannteste Vertreter $ O $ Sauerstoff wird in vielen Metallgewinnungsverfahren als Reaktionspartner eingesetzt. Zudem halten wir an dieser Stelle fest, dass Sauerstoff das einzige Element in dieser Gruppe ist, das unter normalen Bedingungen im gasförmigem Zustand vorliegt. Die anderen Gruppenelemente ...

12. 5. Hauptgruppe des PSE, Stickstoffgruppe

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 5. Hauptgruppe des PSE, Stickstoffgruppe

    

    5. Hauptgruppe, StickstoffgruppeIn dieser Gruppe, der Stickstoffgruppe, befinden sich Elemente mit fünf Valenzelektronen in ihrer Valenzschale, somit fehlen ihnen 3 Elektronen für die Edelgaskonfiguration. Man bezeichnet diese Gruppe auch als Stickstoff-Gruppe bzw. Stickstoff-Phosphor-Gruppe. Namensgebend sind hier die ersten Elemente dieser Gruppe.Zukünftig könnte die 5. Hauptgruppe auch „Pentele“ heißen, diese Namensänderung ist aber noch offen.Generell ...

13. 4. Hauptgruppe des PSE, Kohlenstoffgruppe

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 4. Hauptgruppe des PSE, Kohlenstoffgruppe

    

    4. Hauptgruppe, KohlenstoffgruppeDie Elemente der vierten Gruppe besitzen 4 Valenzelektronen in ihrer Valenzschale und benötigen vier weitere Elektronen für die Edelgaskonfiguration. Auch hier bezieht sich die Namengebung der Gruppe auf die ersten Elemente dieser Gruppe: Kohlenstoffgruppe oder Kohlenstoff-Silicium-Gruppe. Eine weitere Bezeichnung der IUPAC für diese Gruppe ist Tetrele.Die Eigenschaften dieser Elemente ist hinsichtlich chemischen und physikalischen Aspekten sehr unterschiedlich.Die ...

14. 3. Hauptgruppe des PSE, Borgruppe

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 3. Hauptgruppe des PSE, Borgruppe

    

    3. Hauptgruppe, BorgruppeDie Elemente der dritten Gruppe besitzen 3 Valenzelektronen in ihrer Valenzschale und benötigen 5 weitere Elektronen für die Edelgaskonfiguration. Auch hier wurde die Namengebung anhand eines der Elemente vorgenommen. Die Borgruppe des Periodensystems wurde in der Vergangenheit häufig als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet, die hat jedoch nicht selten zu Unstimmigkeiten geführt, da Bor zur Gruppe der Halbmetalle gezählt wird. Alle anderen Elemente dieser ...

15. 2. Hauptgruppe des PSE, Erdalkalimetalle

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 2. Hauptgruppe des PSE, Erdalkalimetalle

    

    2. Hauptgruppe, ErdalkalimetalleDie Elemente der zweiten Gruppe besitzen 2 Valenzelektronen in ihrer Valenzschale und erreichen die Edelgaskonfiguration indem sie zwei Ihrer Außenelektronen abgeben. Man bezeichnet diese Gruppe als Erdalkalimetalle. Ihre Reaktivität steigt mit der steigenden Ordnungszahl kontinuierlich an. Abgesehen von Beryllium, welches hart und spröde ist, sind die anderen Erdalkalimetalle weich und sehr gut verformbar. Zudem besitzen sie einen typischen metallischen ...

16. 1. Hauptgruppe des PSE, Alkalimetalle

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Hauptgruppen des PSE > 1. Hauptgruppe des PSE, Alkalimetalle

    

    1. Hauptgruppe, AlkalimetalleAls letzte Hauptgruppe betrachten wir nun die Alkalimetalle. Diese sind sich zueinander sehr ähnlich, daher sind sie alle besonders weiche Leichtmetalle, die eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen. Entsprechend ihrer Zuordnung zur 1. Hauptgruppe besitzen sie nur ein Valenzelektron und daher eine sehr hohe Reaktivität mit Wasser, Luft, sowie allen Halogenen. Die Reaktivität nimmt dabei ausgehend von Lithium exponentiell zu. Die Ionisierungsenergie ...

17. Nebengruppen des PSE

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Nebengruppen des PSE

    

    Nebengruppen des PSEDie Nebengruppenelemente des Periodensystems sind allesamt Metalle und wir haben Ihnen diese nachfolgend aufgelistet. Eine nähere Betrachtung findet im Rahmen dieses Kurses nicht statt.NebengruppenKupfergruppeZinkgruppeScandiumgruppe,TitangruppeVanadiumgruppeChromgruppe,MangangruppeEisen- Platin-GruppeSowie Lanthanide und ActinideVersuchsvideo: Darstellung von SilberazidDas Video wird geladen...(Bitte Titel eingeben)Silberazid $ AgN_3 $ wird durch die Reaktion ...

18. Metalle und Nichtmetalle

    Elemente des Periodensystems > Periodensystem der Elemente > Metalle und Nichtmetalle

    

    Im vorangegangen Abschnitt haben wir eine Einteilung nach Hauptgruppen vorgenommen. Alternativ lassen sich Elemente im PSE auch in Metalle und Nichtmetalle einteilen.Metalle und NichtmetalleIm angepassten PSE sind die Metalle grün hinterlegt, die Nichtmetalle wurden gelb abgebildet und die Halbmetalle dazwischen haben die Farbe blau.Weitere Informationen in diesem PSE:Schwarze Schriftfarbe: FeststoffeBlaue Schriftfarbe: FlüssigkeitenRote Schriftfarbe: GaseIm linken Bereich des PSE stehen ...

19. Stoffeigenschaften

    Elemente des Periodensystems > Stoffeigenschaften

    

    Jeder Stoff hat individuelle Eigenschaften, die es ermöglichen ihn von anderen Stoffen zu unterscheiden. Häufig nimmt man zuerst eine grobe Unterscheidung anhand der Elektronegativität vor. Weitere Unterscheidungsmerkmale sind die Ionisierungsenergie und die Elektroenaffinität. In den kommenden Kurstexten werden wir auf die einzelnen Eigenschaften nacheinander eingehen. 

20. Elektronegativität

    Elemente des Periodensystems > Stoffeigenschaften > Elektronegativität

    

    Die Elektronegativität [EN] ist das relative Maß für die Fähigkeit eines Atoms Elektronen in einer chemischen Verbindung an sich zu ziehen. Beeinflusst wird dieses Maß vorrangig durch den Atomradius und die Kernladung.Dabei gilt, dass eine Bindung umso polarer ist, je höher der Unterschied in der Elektronegativität der gebundenen Elemente ist.Besitzt ein Atom eine hohe Elektronegativität so bezeichnet man es als elektronegativ. Atome mit niedriger Elektronegativität ...

21. Ionisierungsenergie

    Elemente des Periodensystems > Stoffeigenschaften > Ionisierungsenergie

    

    Wie Ihnen bereits aus dem bisherigen Verlauf des Kurses bekannt sein sollte, versuchen alle Elemente eine Edelgaskonfiguration zu erreichen.So haben Alkalimetalle ein Elektron auf der Valenzschale, dass sie unbedingt abgeben möchten, dem gegenüber stehen Halogene, denen ein Elektron fehlt und dieses unbedingt aufnehmen möchten. Beide Gruppen (I und VII) beinhalten daher sehr reaktive Elemente.Was sind Anionen und Kationen?Anionen und KationenWas ist Ionisierungsenergie?Ferner wissen ...

22. Elektronenaffinität

    Elemente des Periodensystems > Stoffeigenschaften > Elektronenaffinität

    

    Jetzt wissen wir zwar was es mit der Ionisierungsenergie auf sich hat, aber welche Energie ist notwendig um zusätzliche Elektronen in den Atomverband aufzunehmen?Was ist die Elektronenaffinität?Die notwendige Energie nennt man Elektronenaffinität (EA). Sie ist die freiwerdende, bzw. aufzubringende Energie, welche auftritt wenn ein Atom ein Elektron aufnimmt. Bei diesem Vorgang entstehen negative Ionen, die man als Anionen ( $\leftrightarrow $ positione Ionen = Kationen) bezeichnet. ...