Was ist das Periodensystem?

Das PSE ist eine tabellarische Übersicht, in der alle chemischen Elemente eingeordnet werden. Dabei zeigen die sieben Zeilen (Perioden) die Atomschalen (-> Schalenmodell) auf, deren Anzahl sich von oben nach unten um jeweils eine Schale erhöht. Die Spalten stellen Gruppen von chemischen Elementen dar, welche sich durch ähnliche Eigenschaften auszeichnen. Die Elemente an sich sind über die jeweiligen Elementsymbole in der Tabelle zu lokalisieren.

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Das PSE wird in den Perioden (Zeilen) über die Ordnungszahl sortiert. Diese gibt die Anzahl der Elektronen und Protonen eines jeden Elements an. Helium (He) hat demnach die Ordnungszahl zwei und besitzt zwei Elektronen und zwei Protonen. Die Ordnungszahl steigt von rechts nach links immer um den Faktor 1 an. Das nächstfolgende Element Lithium hat demnach drei Elektronen und drei Protonen. Diese passen nicht mehr auf die eine Schale. Deshalb kann festgestellt werden, dass Lithium zwei Schalen besitzt. Diese Systematik wird so lange fortgeführt, bis das letzte Element Oganesson (Og) erreicht ist, welches aus sieben Schalen besteht, auf denen sich dessen 118 Elektronen und 118 Protonen anordnen.

Die 18 Gruppen (Spalten) des PSE sind aufgeteilt in zehn Hauptgruppen und acht Nebengruppen. Die Elemente einer Gruppe weisen ähnliche Eigenschaften auf. Sie zeigen in einer chemischen Reaktion ein vergleichbares Verhalten. So reagieren die Elemente Lithium (Li), Natrium (Na) und Kalium (K) als Elemente der sogenannten Gruppe der Alkalimetalle sehr stark auf Wasser.

Doch das PSE hält noch eine ganze Reihe weitere Informationen bereit. Diese sind über die sogenannten Elementkarten einzusehen. Jene sind nichts weiter als die einzelnen Kästchen, durch welche jedes Element dargestellt wird. Daraus kann sowohl die Ordnungszahl, das Elementsymbol, die Atommasse und der Aggregatzustand abgelesen werden. Zudem ist der Wert der Elektronegativität angegeben.

Der Aufbau des Periodensystems

Das Periodensystem der Elemente ist in Perioden und Gruppen systematisiert. Dabei werden die sieben Perioden horizontal angeordnet und die acht Hauptgruppen vertikal. Zwischen der zweiten und dritten Hauptgruppe sind weitere zehn Nebengruppen angesiedelt. Die wichtigsten Begriffe des Periodensystems betrachten wir im Folgenden etwas ausführlicher.

Perioden

Die Zeilen im PSE bilden die verschiedenen Perioden aus. Sie werden von oben nach unten nummeriert und stehen damit mit dem Aufbau der Atome im Schalenmodell in Zusammenhang. In diesem wird festgestellt, dass sich die Elektronen, wenn sie modellartig dargestellt werden, auf verschiedenen Schalen bewegen.

Das Modell gleicht dabei, mit etwas Fantasie, einer Zwiebel, wobei sich die Schalen um einen Mittelpunkt, den Atomkern, anordnen. Die Anzahl der Schalen eines Elements ist abhängig von der Anzahl der Elektronen, da jede Schale nur eine bestimmte Menge von Elektronen aufnehmen kann.

Ordnungszahl

Die Ordnungszahl hält neben der Stellung innerhalb des Periodensystems noch weitere Informationen bereit. Sie gibt die Anzahl der sich im Atomkern befindlichen Protonen an, die über eine positive Ladung verfügen. Wenn die genaue Anzahl der Protonen eines Atoms bekannt ist, kann damit schnell im PSE herausgefunden werden, um welches Element es sich handelt.

Zusätzlich sagt die Ordnungszahl aus, wie viele negative Elektronen das jeweilige Element besitzt. Da die Atome elektrisch neutral sind, stimmt die Anzahl der Protonen immer mit der der Elektronen überein.

Verteilung der Elektronen

Die erste Periode des PSE endet mit dem Element Helium (He), welches über die Ordnungszahl 2 verfügt. Daher kann festgestellt werden, dass die eine Schale der ersten Periode nur Platz für zwei Elektronen bietet.

Die zweite Periode dagegen hat schon Platz für weitere 8 Elektronen. Daher endet diese mit dem Element Neon (NE), welches die Ordnungszahl 10 besitzt. Mit der dritten Schale kommen weitere acht Elektronen dazu, sodass jetzt Elemente mit mindestens 18 Elektronen aufgenommen werden können.

Gruppen

Außer den Perioden werden im PSE auch die Elementgruppen dargestellt. Sie sind in Spalten angeordnet, welche von rechts nach links nummeriert werden. Dabei sind die vorhandenen 18 Spalten in acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen aufgeteilt. Die Elemente jeder Spalte zeigen bei einer chemischen Reaktion ein vergleichbares Verhalten.

Elementkarte

Die Elementkarte gibt den kompletten Informationsstand über ein Element an. Sie beinhaltet folgende Kennwerte:

• Ordnungszahl
• Elementsymbol
• Aggregatzustand: Fest oder gasförmig
• Elektronegativität: Diese Kennzahl beschreibt, inwiefern ein Element die Elektronen einer chemischen Bindung beansprucht.
• Atommasse: Die Atommasse setzt sich aus dem Gewicht der Protonen und der Neutronen im Atomkern zusammen.

Besonderheiten im Periodensystem

Chemische Elemente verändern sich ab und an und wandern sowohl innerhalb der Perioden als auch der Gruppen. Folgende Trends sind dabei zu beobachten:

Elektronegativität

Die Elektronegativität nimmt innerhalb einer Gruppe von oben nach unten ab. Innerhalb einer Periode dagegen nimmt sie von links nach rechts zu.

Ionisierungsenergie

Die Ionisierungsenergie benennt den Energieaufwand, der notwendig wird, um ein Elektron aus der äußersten Schale zu entfernen. Sie verhält sich wie die Elektronegativität und nimmt innerhalb einer Gruppe von oben nach unten ab und innerhalb einer Periode von links nach rechts zu.

Atomradius

Dagegen verhält es sich bei der Betrachtung des Atomradius gegenteilig. Da bei jeder Periode eine Schale dazukommt, steigt der Radius von oben nach unten, die äußeren Schalen sind weiter vom Atomkern entfernt als die inneren.

Innerhalb der Periode jedoch nimmt er ab. Da bei jedem Element mit steigender Ordnungszahl ein Proton dazukommt, werden die Elektronen stärker angezogen, wodurch der Atomradius sinkt.

Geschichte des Periodensystems

Als Vordenker des Periodensystems gilt Johann Döbereiner (1780-1849). Der deutsche Chemiker war der erste Wissenschaftler, der 1816 Regelmäßigkeiten zwischen den chemischen Elementen erkannte. Es dauerte aber noch weitere gut 50 Jahre, bis der Russe Dmitri Iwanowitsch Mendelejew (1834-1907) und der Deutsche Lothar Meyer (1830-1895) im Jahre 1869 unabhängig voneinander ein Ordnungssystem für chemische Elemente entwickelten, welches als die Urform des Periodensystems gilt.

Damals waren nur etwa 60 Elemente gelistet. Seit dieser Zeit entwickelte sich die Chemie stetig weiter. Die Lücken der damaligen Zeit konnten gefüllt werden, andere Elemente wurden und werden entdeckt, wodurch sich auch das PSE weiterentwickelte. Im Moment (2022) umfasst das Periodensystem 118 Elemente.