Periodensystem der Chemie - einfach erklärt

Das Periodensystem - ein historischer Streifzug

• Wer sich das heutige Periodensystem der Elemente ansieht, bemerkt, dass in diesem System nicht nur jedes chemische Element (mit einer Buchstabenkombination) seinen Platz (nach Ordnungszahl steigend) gefunden hat, sondern das gesamte System auch in 8 Gruppen aufgeteilt ist.
• Dabei werden die einzelnen Elemente in Form von Kürzeln aus einem oder zwei Buchstaben benannt, ein System, das auf den Chemiker Berzelius zurückgeht. Meist wurden diese Symbole aus den lateinischen oder griechischen Namen abgeleitet. Sie müssen leider gelernt werden, sie gehören zu den Grundlagen der Chemie. Wenn Sie diese Kürzelschreibweise nicht beherrschen, werden Sie chemische Elemente weder finden noch Reaktionsgleichungen aufstellen können.
• Bereits im 19. Jahrhundert entdeckten Chemiker, dass trotz der Verschiedenartigkeit der (damals bekannten) Elemente, diese auch gewisse Beziehungen und Ähnlichkeiten (in ihrem chemischen Bindungsverhalten) haben.
• So konnten sogenannte Triaden aufgestellt werden, also Ansammlungen von je drei chemischen Elementen, die sehr ähnlich reagieren. Beispielsweise sind Natrium, Lithium und Kalium (Alkalimetalle, 1. Gruppe) solch eine Triade, aber auch Chlor, Brom und Iod (Halogene, 7. Gruppe).
• Überhaupt wiederholten sich die Eigenschaften der Elemente in periodischer Weise, wenn man sie nach zunehmender Atommasse anordnete.
• Nach Wasserstoff und Helium (einem Edelgas) kommt Lithium, ein typisches Metall. Dann folgen Elemente mit immer weniger ausgeprägtem Metallcharakter (Beryllium, Bor, Kohlenstoff), dann Nichtmetalle (Stickstoff, Fluor) und dann wieder ein Edelgas, das Neon.
• Durch das Anordnen von Elementen mit ähnlichen Eigenschaften erhielten dann Mayer und Mendelejew um 1870 das heute bekannte Periodensystem mit seinen 8 Gruppen.
• Links im Periodensystem stehen die Metalle, es folgen Übergangselemente, dann typische Nichtmetalle. Die letzte Gruppe sind die (reaktionsträgen) Edelgase.
• Und mehr noch: Damit wirklich überall Elemente mit ähnlichem Verhalten übereinandergestellt werden konnten, musste Mendelejew an verschiedenen Stellen des Systems Lücken für noch nicht entdeckte Elemente offen lassen, deren Eigenschaften sich teilweise mit großer Genauigkeit voraussagen ließen (Beispiel: Germanium).
• Allerdings konnten die beiden Wissenschaftler damals noch keine Erklärung für den Aufbau des Periodensystems geben.

Periodensystem heute - Ladungszahl bestimmt Ordnungszahl und Platz

Im letzten Jahrhundert wurden nicht nur viele neue chemische Elemente entdeckt und anhand ihrer Eigenschaften in das Periodensystem eingefügt. Auch die Physik konnte wesentliche Erkenntnisse dazu beitragen, warum das Periodensystem genau so aussieht, wie es ist.

• Hier spielt vor allem der von Ernest Rutherford entdeckte Atomkern eine wesentliche Rolle. Dieser ist durch die Anwesenheit von Protonen positiv geladen und enthält fast die gesamte Masse eines Atoms. (Der Vollständigkeit halber sei noch eingefügt, dass der Atomkern auch noch neutrale Teilchen, die Neutronen, enthält, die für Chemiker prinzipiell weniger interessant sind.)
• Entsprechend enthält die Außenhülle des Atoms die gleiche Anzahl negativ geladener Elektronen.
• Die einzelnen Elemente unterscheiden sich nun anhand ihrer Atomkerne. Das leichteste Element "Wasserstoff" beispielsweise hat in seiner einfachsten Form nur ein einziges Proton im Atomkern und ein Hüllenelektron. Wasserstoff hat daher die Ordnungszahl "1" im Periodensystem.
• Helium hat zwei Protonen (und zwei Hüllenelektronen) und trägt die Ordnungszahl "2". Das System ließe sich beliebig fortsetzen: Stets bestimmt die Ladungszahl (also die Anzahl der Protonen im Kern oder die Anzahl der Elektronen) die Ordnungszahl im Periodensystem.
• Dass zusätzlich zu dieser (physikalisch) bedingten Einordnung noch Gruppen entstehen, hängt mit dem Aufbau der Elektronenschalen in der Hülle zusammen: Die Außenelektronen bestimmen nämlich das chemische Bindungsverhalten, das sich immer nach 8 Elektronen wiederholt, was einer vollen Schale entspricht (Oktettregel).