C Das Periodensystem

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Periodensystem[1]

Historisches

Die Erfindung des Periodensystems

Der Russe Dimitri Mendelejew (1834-1907) und der Deutsche Lothar Meyer (1830-1895) erkannten, dass das Atomgewicht der Schlüssel zur Ordnung der Elemente ist. Das Periodensystem wurde 1869 unabhängig voneinander und fast identisch von den beiden Chemikern vorgestellt.

Das PSE nach Meyer und Mendelejew https://www.youtube.com/watch?v=XR0DR4XjF7U

In diesem Video wird das Vorgehen Mendelejews erklärt bis er auf die Anordnung der Elemente gekommen ist. Es ist interessant zu wissen, dass Mendelejew die Eigenschaften von noch nicht entdeckten Elementen vorhersagen konnte. Dies wurde von vielen Leuten kritisiert, doch diese Vorhersagen wurde später auch bestätigt als man eines dieser Elemente gefunden hatte.

Interessante Ausschnitte:

Minute 1:10 - Mendelejews Vorgehen

Minute 2:25 - Lothar Meyers Rolle in der Entdeckung des PSE

Minute 2:59 - Bestätigung von Mendelejews Vorhersagen

1864 entwickelten Dimitri Iwanowitsch Mendelejew (Russland) und Lothar Meyer (Deutschland) unabhängig von einander das Periodensystem. Vom Atombau wusste man zu dieser Zeit noch nicht viel. Sie kannten dafür die Eigenschaften von Atomen und konnten deren Masse bestimmen. Sie ordneten die Elemente so an, dass die Masse von links nach rechts steigt. Elemente mit ähnlichen Eigenschaften setzten sie untereinander. Später (~1913) behauptete Henry Moseley, Mendelejew und Meyer hätten die Elemente nach einem falschen Kriterium angeordnet. Es käme nicht auf die Masse sondern die Ordnungszahl an. Heute wissen wir, dass das bis auf ein paar Ausnahmen keinen Unterschied macht.

Ausnahmen:

Co – Ni

Te – I

Th – Pa

U - Np

Mendelejew

Dmitri Mendeleev: Great Minds https://www.youtube.com/watch?v=IgA37CNa7Ow

Video auf Englisch mit interessanten Fakten über Mendelejews Leben und die Entdeckung des Periodensystems. Es wird über seine Kindheit, seine Liebesleben und von seinem Einfluss auf die Vodkaproduktion erzählt. Sein Vorgehen wird auch hier erneut beschrieben. In diesem Video wird es zusätzlich Bilder veranschaulicht, wie Mendelejew sich die Elemente damals notiert und angeordnet hat und wie daraus die heutige Darstellung des Periodensystem zu erkennen ist.

Interessante Ausschnitte:

Minute 0:38-1:00 : Kindheit (Familie, Krankheit, Schule)

Minute 1:15-2:30 : Seine Überlegung zum PSE

Minute 2:33-3:00 : Liebesleben (Scheidung, grösste Liebe)

Minute 3:05-3:10 : Einfluss auf die Vodkaproduktion

Minute 3:20-3:38 : Nobelpreis (Verweigerung des Preises)

Minute 3:45-3:58 : Neues Element nach Mendelejew benannt

Ein Element im PSE

Eine Zelle im Periodensystem stellt jeweils ein Element dar. Sie werden mit Abkürzungen ihrer lateinischen Namen gekennzeichnet. Oben auf der linken Seite findet man die Ordnungszahl. Anhand der Ordnungszahl sind die Elemente nummeriert. Ausserdem stellt sie die Anzahl Protonen und Elektronen im Atom dar. Dies ist logisch, da Elemente neutral sind d.h. es müssen gleichviele Protonen wie Elektronen vorhanden sein.

Rechts-oben oder direkt unter der Elementbezeichnung in der Zelle befindet sich die Atommasse auch Massenzahl genannt. Die Massenzahl gibt zwei Sachen an: Die Atommasse und die Molmasse. Anhand der Massenzahl lässt sich auch berechnen, was die Anzahl Neutronen im Kern ist.

Die Wichtigsten Infos in einer Zelle des Periodensystems sind: Das Element, die Ordnungszahl und die Massenzahl.

Das Periodensystem - einfach erklärt (Simpleclub) https://www.youtube.com/watch?v=lsVL6Bg4Y9U

In diesem Video wird das Periodensystem schlicht und einfach erklärt. Wichtig zu dem vorherigen Thema ist die Stelle ab Minute 0:30, wo die Bedeutung einer Zelle im PSE, Anhand des Beispiels von Kohlenstoff erklärt wird.

Periodensystem der Elemente I Teil 1 I (musstewissen Chemie) https://youtu.be/J2KJRRH0E3Y?list=PLMRuqWRlK1n3A6xzvZmCt2BKu2kqdmK_j

Dieses Video erklärt ebenfalls den Aufbau des Periodensystems. Es beschäftigt sich mit folgenden Themen: Wie sind Atome aufgebaut? Worin unterscheiden sich Atome? Wie Werden die Atome angeordnet? Warum heisst es Periodensystem? Das Video erklärt auch den Aufbau de PSE anhand von Perioden und Gruppen, doch für dieses Thema sind folgende Stellen hilfreich:

Minute 2:24-3:35 - Beschreibung einer Zelle im PSE

Minute 3:53-5:40 - Berechnen der Neutronen im Kern

Gruppen und Perioden

Das Periodensystem ist in Gruppen und Perioden eingeteilt. Die Spalten sind die Gruppen und die Zeilen die Perioden, daher der Name Periodensystem. Mendelejew definierte dies anhand der periodischen Wiederholung der Eigenschaften der Elemente.

Das Periodensystem - einfach erklärt (Simpleclub) https://www.youtube.com/watch?v=lsVL6Bg4Y9U Dieses Video erklärt den Aufbau des Periodensystems. Es beginnt mit einer kurzen Einführung in das Thema. Der erste Teil des Videos befasst sich mit einer einzelne Zelle im PSE. Dies wurde bereits im Unterthema "Ein Element im PSE erklärt. Ab der Hälfte des Videos (Minute 3:25) werden die Perioden und Gruppen erklärt. Dieses Video dient als gute Grundlage um zu verstehen was die Gemeinsamkeiten der Elemente in einer Gruppe bzw. in einer Periode sind.

Wichtige Stellen:

Minute 3:35- Perioden: Es wird erklärt, was die Perioden sind und was man aus ihnen herauslesen kann. Dabei wird noch auf die erste Periode aufmerksam gemacht, da diese im Gegensatz zu alle anderen nur zwei Elemente hat.

Minute 4:26 - Hauptgruppen: Im Video werden die Namen der acht Hauptgruppen bekannt gegeben

Minute 5:14 - Nebengruppen: Die Nebengruppen werden auch kurz erklärt jedoch ist dies für unseren behandelten Stoff im Unterricht nicht von besonders grosser Relevanz. Man sollte wissen, dass die Elemente in den Nebengruppen Metalle sind.

Gruppen

Es gibt acht Hauptgruppen und mehrere Nebengruppen. Die Elemente einer Gruppe enthalten alle gleich viele Valenzelektronen und haben ähnliche chemische Eigenschaften. Die Hauptgruppennummer gibt an, wie viele Valenzelektronen deren Elemente haben. Also haben zum Beispiel alle Elemente der 1. Hauptgruppe 1 Valenzelektron. Die Anzahl Valenzelektronen legt aber nicht die Eigenschaften eines Element fest, denn es gibt Hauptgruppen die nicht einheitlich sind. Einige Hauptgruppen weisen metallische aber auch nichtmetallische Elemente auf.

Namen der Hauptgruppen:

Hauptgruppe 1: Alkalimetalle

Hauptgruppe 2: Erdalkalimetalle

Hauptgruppe 3: Borgruppe

Hauptgruppe 4: Kohlenstoffgruppe

Hauptgruppe 5: Stickstoffgruppe

Hauptgruppe 6: Chalkogene

Hauptgruppe 7: Halogene

Hauptgruppe 8: Edelgase

Perioden

Es gibt sieben Perioden. In einer Periode haben die Elemente jeweils die gleiche Valenzschale. Die Periodenzahl entspricht der Anzahl Schalen im Schalenmodell. In jeder Periode befinden sich 8 Hauptgruppenelemente (Ausnahme: Periode 1 hat nur zwei Elemente, H und He).

Struktur der Elektronenhülle und Eigenschaften der Elemente

Unter de Elektronenhülle versteht man den Teil des Atoms, der aus Elektronen besteht. Wie viele Elektronen sich in der Hülle befinden, hängt von der Anzahl Protonen im Kern ab. In der Elektronenhülle befinden sich gleichviele negativ geladene Elektronen wie positiv geladene Protonen im Kern. Es ist der Aufenthaltsraum von Elektronen, der Anhand von Schalen und Orbitalen visualisiert werden kann. Die Struktur der Elektronenhülle bestimmt die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Atoms.

Die Elektronen weisen nicht alle die gleiche Energie auf. Man teilt sie auf verschieden Energieniveaus auf. Diese Energieniveaus nennt man Schalen (nach Bohrs Schalenmodell). In einer Schale können sich mehrere Elektronen aufhalten. Die Elektronen der äussersten Schale nennt man Valenzelektronen. Die Valenzelektronen haben den höchsten Energiegehalt und kommen als erstes in Kontakt mit anderen Atomen. Daher sind sie an Bindungen massgeblich beteiligt und für deren Bindungseigenschaften von grosser Bedeutung. Der Durchmesser der Elektronenhülle hängt davon ab wie viele Schalen dieses Elektron hat.

Jede Schale wird dann weiter in Unterschalen geteilt. Diese nennt man s, p, d und f-Unterschale. Pro Unterschale passen immer gleichviele Elektronen rein. Dann gibt es noch Orbitale. Orbitale sind Bereiche, wo eine grosse Wahrscheinlichkeit besteht, dort Elektronen anzutreffen. Die Orbitale werden immer mit 2 Elektronen besetzt, die einen unterschiedlichen Spinn haben müssen.

Bei der Besetzung der Elektronenschale kommt es zu einer kleinen Unregelmässigkeit beim wechsel von der 3. auf die 4. Schale. Dort ist es nämlich so, dass die 3d-Unterschale energiereicher ist als die 4s-Unterschale. Dies liegt daran, dass es auch abstossende Coulombkräfte gibt und diese führen zu einer Anhebung der Energiegehalts. Da die dritte Schale schon viele Elektronen enthält, wirken auch die 3d-Elektronen stärkere Abstossungskräfte als auf die 4s-Elektronen.Somit ist die 3d-Unterschale energiereicher, dies obwohl sie näher beim kern liegt.

Lernvideos

https://www.youtube.com/watch?v=BaN5ZEoon_E

Anhand dieses Videos lässt sich besser verstehen, wie diese Aufteilung in Schalen, Unterschalen und Orbitalen gemacht wird. Es wird auch erklärt, weshalb die Elektronen in den Orbitalen einen unterschiedlichen Spinn haben. Ebenfalls wird das Energieniveau-Schema ziemlich übersichtlich und leicht erklärt. Am Ende ist klar was in der Elektronenhülle geschieht.

Periodensystem der Elemente I Teil 2 I (musstewissen Chemie) https://youtu.be/f5-W87IGLFY?list=PLMRuqWRlK1n3A6xzvZmCt2BKu2kqdmK_j

In diesem Video erfährt man mehr über das Periodensystem wie z.B weshalb sich einige Elemente ähnlich sind. Das Video befasst sich ausserdem mit folgenden Fragen: Atomaufbau und Schalenmodell, verschiedene Grössen von Atomen und die Aussenelektronen. All diese Themen sind auch mit der Elektronenhülle verbunden.

Wichtige Stellen:

Minute 2:20-5:14 - Grösse von Atomen:

Anhand der Elektronenschale kann man sagen wie sich die verschieden Elemente in ihrer Grösse unterscheiden. Die Verteilung der Elektronen in die entsprechenden Schalen wird anhand von mehreren Beispiele erklärt. Anhand diese Beispiel ist zu verstehen, wie sich die Atome in ihrer Grösse unterscheiden können und dass dies in Zusammenhang mit der Anzahl Schalen ist.

Minute 5:16-8:38 - Aussenelektronen:

Elemente in der selben Gruppe haben ähnliche chemische Eigenschaften. Dies liegt an der Anzahl Aussenelektronen (Valenzelektronen). Die Verteilung der Valenzelektronen wird auch hier anhand von mehreren Beispielen veranschaulicht. Zum Schluss wird im Video auf die Wichtigkeit der Valenzelektronen aufmerksam gemacht, denn diese sind dafür verantwortlich, dass chemische Reaktionen stattfinden können.

Metalle und Nichtmetalle

Siehe hier : http://www.rdeuber.ch/chemiewiki/index.php?title=Metalle_und_Nichtmetalle#Charakter_von_Metallen_und_Nichtmetallen

Quellen

• Chemieunterlagen
• Wikipedia
• Zusätzliche Unterlagen von R.Deuber

Weblinks

• Swisseduc – Unterrichtsserver für Chemie
• Mediawiki Hilfeseite – So kann der Link näher beschrieben werden
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