Das Periodensystem der Elemente

Die Chemiker vergangener Jahrhunderte haben sich überlegt, wie sie die Elemente am besten ordnen können. Natürlich bot sich als Einteilungskriterium die steigende Ordnungszahl an. Somit ist eine lange Liste von 11 aneinander gereihten Elementen entstanden.

Experimente zeigten jedoch, dass bestimmte Elemente ähnlich reagieren und demnach ähnliche Eigenschaften besitzen mussten. Interessanterweise war so eine Ähnlichkeit bei jedem achten Element der Liste gegeben, die Ähnlichkeit trat also periodisch auf.

Unabhängig voneinander stellten D. I. Mendeléjew und L. Meyer diese Elemente 1868/69 erstmalig in der Liste untereinander und schufen so das Periodensystem der Elemente.

Im Periodensystem sind die Elemente also wie folgt eingeteilt:

  • Waagerecht nach steigender Ordnungszahl in Perioden
  • Senkrecht nach chemischer Ähnlichkeit in so genannte Hauptgruppen. Zwischen der zweiten und dritten Hauptgruppe stehen ferner die sogenannten Nebengruppenelemente.

Ein den Atomkern umkreisendes Elektron bewegt sich nicht auf einer einfachen Bahn, sondern nimmt einen grösseren Raum ein. Wie gross dieser Raum ist, häng von der Energie des Elektrons ab. Modellhaft stellt man sich diesen Raum als Elektronenschale vor. Elektronen mit gleicher Energie bewegen sich somit in der gleichen Elektronenschale.

Die Atome bzw. Elemente der ersten Periode (Wasserstoff und Helium) besitzen nur eine Elektronenschale, in der zweiten Periode kommt aussen eine weitere, grössere Schale hinzu. In der dritten schliesst sich abermals eine Schale an usw. Die äusserste Schale darf bei den Elementen der Hauptgruppen immer nur acht Elektronen enthalten, anschliessend wird eine weitere Schale aufgefüllt.

Diese Regel besitzt eine Ausnahme: Die erste Schale ist bereits mit zwei Elektronen vollständig besetzt.

Die erwähnte Ordnung im Periodensystem der Elemente rührt nun daher, dass sich Elemente mit gleicher Elektronenzahl in der äussersten Elektronenschale stark ähneln. So stehen in der ersten Hauptgruppe lauter weiche Metalle (Alkalimetalle, deren Hauptvertreter das Natrium und Kalium bildet). Diese Metalle zeigen, wenn man sie mit einem Messer durchschneidet, an ihrer Schnittfläche den charakteristischen Metallglanz, der jedoch schon nach kurzer Zeit als Ausdruck der Reaktion mit dem Luftsauerstoff von einer grauen Schicht bedeckt ist. Alle Alkalimetalle besitzen auf ihrer äussersten Elektronenschale ein Elektron.

Die Elemente der zweiten Hauptgruppe besitzen in ihrer äussersten Schale zwei Elektronen und werden als Erdalkalimetalle bezeichnet. Die wichtigsten Vertreter sind das Magnesium und das Kalzium, die im Unterschied zu den Alkalimetallen deutlich härter sind. Die Elemente der dritten Hauptgruppe besitzen jeweils drei Elektronen auf ihrer äussersten Schale.

Die Elemente der siebten Hauptgruppe haben sieben Elektronen auf ihrer äussersten Schale. Diese Elemente werden auch als Halogene oder „Salzbildner“ bezeichnet, weil sie sich leicht mit Metallen zu Salzen umsetzen lassen. Zu ihnen zählen z.B. das Chlor und das Fluor. Die Elemente der achten Hauptgruppe, die Edelgase, besitzen in ihrer äussersten Elektronenschale acht Elektronen. Eine solche mit acht Elektronen besetzte äusserste Schale stellt einen extrem stabilen und damit besonders reaktionsträgen Zustand dar, die so genannte Edelgaskonfiguration. Sie ist der Grund dafür, dass die Edelgase praktisch keine chemischen Reaktionen eingehen. Deshalb spielen sie auch im Stoffwechsel im Körper keine Rolle. Ein Edelgas ist beispielsweise das Neon.

Auch die übrigen Elemente versuchen, diesen stabilen Elektronenzustand der Edelgase zu erreichen, und zwar umso stärker, je näher sie dieser Edelgaskonfiguration bereits sind. Dies gelingt ihnen, indem sie von anderen Atomen ein oder mehrere Elektronen aufnehmen oder abgeben oder auch, indem Elektronen gemeinsam mit anderen Atomen benützt werden. Die Anzahl der Elektronen auf der äusseren Schale bzw. die Zahl der Elektronen, die zum Erreichen der Edelgasfonfiguration fehlen, hat somit bei allen chemischen Prozessen eine enorme Bedeutung. Elemente wie Fluor oder Sauerstoff, die im Periodensystem auf der rechten Seite stehen, sind sehr bestrebt, Elektronen auszunehmen; sie sind sehr reaktionsfreudig. Sie üben eine grosse Anziehungskraft auf fremde Elektronen aus, um sie auf ihrer äusseren Elektronenschale herüberzuziehen. Dies bezeichnet man als Elektronegativität.

Nimmt ein Stoff Elektronen auf, sagt der Chemiker übrigens auch, er wird reduziert – gibt er Elektronen ab, wird er oxidiert.

 

Quellenangabe: Kompaktes Lehrbuch für die Pflegeberufe

Urban&Fischer