Periodensystem der Elemente

Im Periodensystem der Elemente (PSE) sind alle Elemente entsprechend ihrer Protonenzahl und ihren chemischen Eigenschaften in Hauptgruppen (I A bis VIII A) und Nebengruppen (I B bis VIII B) eingeteilt. Neben dieser horizontalen Einteilung gliedert sich das Periodensystem auch vertikal in Perioden. Die Perioden entsprechen im Schalenmodell den durch Bohr eingeführten Elektronenschalen (K, L, M, N, O, P und Q).

Periodensystem der Elemente, Hauptgruppe, Nebengruppe, Übergangsmetalle, Lanthanoiden, Actinoiden

Abbildung: Periodensystem der Elemente

Von Periode zu Periode kommt folglich eine Schale hinzu. Dies ist auch der Grund weshalb die Atome innerhalb einer Gruppe von oben nach unten größer werden. Innerhalb einer Periode hingegen nimmt der Atomdurchmesser von links nach rechts ab. Grund hierfür ist die mit steigender Ordnungszahl größer werdende Protonenzahl. Aus der größeren Kernladung resultiert eine erhöhte Anziehungskraft auf die negative Atomhülle, welche dann stärker an der Kern gebunden wird. Dies erklärt auch die relativ stabile Konfiguration der ganz rechts im Periodensystem stehenden Edelgase.

Die Unterteilung des Periodensystems in Haupt- und Nebengruppen resultiert aus der unterschiedlichen Besetzungsreihenfolge der Orbitale. Ebenso die weitere Gliederung in die Lanthanoidenreihe bzw. Actinoidenreihe (der Begriff Actionide rührt aus der Eigenschaft, dass all diese Elemente radioaktiv sind). Während bei den Hauptgruppenelementen jeweils die s- bzw. p-Orbitale mit Elektronen besetzt werden ("s-Block" bzw. "p-Block"), kommt bei den Nebengruppenelementen jeweils ein Elektron im d-Orbital hinzu ("d-Block") bzw. bei den Lanthanoiden und Actinoiden erfolgt die Besetzung des f-Orbitals ("f-Block").

Die Hauptgruppenelemente können ihrem physikalischen und chemischen Verhalten nach noch weiter unterteilt werden. Dies geschieht in der Regel in Nichtmetalle, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Metalle, Halbmetalle, Halogene und Edelgase. Beachte, dass es sich auch bei den Alkalimetallen und Erdalkalimetallen um "Metalle" im eigentlichen Sinne handelt. Zwischen der Gruppe der Erdalkalimetalle und den Metallen befindet sich die in dieser Abbildung nicht dargestellte Nebengruppe. Aus diesem Grund werden die Nebengruppenelemente auch als Übergangsmetalle bezeichnet. Auch diese Elemente zählen im physikalischen Sinne alle zu den Metallen. Somit handelt es sich bei etwa 80 % der vorkommenden Elemente strenggenommen um Metalle!

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Abbildung: Periodensystem (Hauptgruppe)

Die Anzahl der Außenelektronen eines Atoms bestimmen maßgeblich die chemischen Eigenschaften des Elements. Für die Hauptgruppenelemente lässt sich diese Anzahl der Valenzelektronen relativ einfach bestimmen. Sie entspricht gerade der Hauptgruppennummer. Als Element der ersten Hauptgruppe besitzt bspw. Kalium (Ka) folglich ein Außenelektron, ebenso wie Natrium (Na) oder Cäsium (Cs). In der fünften Hauptgruppe befinden sich mit Stickstoff (N), Phosphor (P) und Arsen (As) dementsprechend Elemente mit jeweils fünf Außenelektronen.

  • Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl der Außenelektronen der darin zugeordneten Elemente

Die durch die gemeinsame Anzahl an Außenelektronen bedingte chemische Ähnlichkeit zeigt sich besonders bei den Alkalimetallen (1. Hauptgruppe, mit Ausnahme von Wasserstoff), den Erdalkalimetallen (2. Hauptgruppe), den Halogenen (7. Hauptgruppe) und den Edelgasen (8. Hauptgruppe).

Diese relativ einfache Bestimmung der Valenzelektronen anhand der Gruppennummer funktioniert jedoch nur bei den Hauptgruppenelementen. Bei den Übergangsmetallen versagt dieses Prinzip hingegen. So besitzen die gesamten Übergangsmetalle lediglich ein oder zwei Außenelektronen. Folglich weisen alle Übergangselemente ähnliche chemische Eigenschaften auf.