Wie werden Elemente im Periodensystem gruppiert?

Im späten 19. Jahrhundert veröffentlichte der russische Chemiker Dmitri Mendeleev seinen ersten Versuch, chemische Elemente nach ihren Atomgewichten zu gruppieren. Zu dieser Zeit waren nur etwa 60 Elemente bekannt, aber Mendeleev erkannte, dass bestimmte Arten von Elementen in regelmäßigen Abständen oder Perioden auftraten, wenn die Elemente nach Gewicht geordnet waren.

Heute, 150 Jahre später, erkennen Chemiker offiziell 118 Elemente (nach der Hinzufügung von vier Neuankömmlingen im Jahr 2016) und verwenden immer noch Mendeleevs Periodensystem der Elemente, um sie zu organisieren. Die Tabelle beginnt mit dem einfachsten Atom, Wasserstoff, und organisiert dann den Rest der Elemente nach der Ordnungszahl, dh der Anzahl der Protonen, die jedes enthält. Mit wenigen Ausnahmen entspricht die Reihenfolge der Elemente der zunehmenden Masse jedes Atoms.

Die Tabelle enthält sieben Zeilen und 18 Spalten. Jede Zeile repräsentiert eine Periode; Die Periodennummer eines Elements gibt an, wie viele seiner Energieniveaus Elektronen enthalten. Natrium befindet sich beispielsweise in der dritten Periode, was bedeutet, dass ein Natriumatom typischerweise Elektronen in den ersten drei Energieniveaus aufweist. Die Perioden sind länger, da mehr Elektronen benötigt werden, um die größeren und komplexeren äußeren Ebenen zu füllen.

Die Spalten der Tabelle repräsentieren Gruppen oder Familien von Elementen. Die Elemente in einer Gruppe sehen oft ähnlich aus und verhalten sich ähnlich, weil sie die gleiche Anzahl von Elektronen in ihrer äußersten Hülle haben - das Gesicht, das sie der Welt zeigen. Elemente der Gruppe 18 ganz rechts in der Tabelle haben beispielsweise vollständig volle Außenschalen und nehmen selten an chemischen Reaktionen teil.

Elemente werden typischerweise entweder als Metall oder als Nichtmetall klassifiziert, aber die Trennlinie zwischen den beiden ist unscharf. Metallelemente sind normalerweise gute Leiter für Elektrizität und Wärme. Die Untergruppen innerhalb der Metalle basieren auf den ähnlichen Eigenschaften und chemischen Eigenschaften dieser Sammlungen. Unsere Beschreibung des Periodensystems verwendet nach Angaben des Los Alamos National Laboratory allgemein akzeptierte Gruppierungen von Elementen.

Alkali Metalle: Die Alkalimetalle machen den größten Teil der Gruppe 1 aus, der ersten Spalte der Tabelle. Diese Metalle sind glänzend und weich genug, um mit einem Messer geschnitten zu werden. Sie beginnen mit Lithium (Li) und enden mit Francium (Fr). Sie sind außerdem äußerst reaktiv und gehen bei Kontakt mit Wasser in Flammen auf oder explodieren sogar. Chemiker lagern sie daher in Ölen oder Inertgasen. Wasserstoff mit seinem einzelnen Elektron lebt ebenfalls in Gruppe 1, aber das Gas wird als Nichtmetall angesehen.

Erdalkalimetalle: Die Erdalkalimetalle bilden die Gruppe 2 des Periodensystems von Beryllium (Be) bis Radium (Ra). Jedes dieser Elemente hat zwei Elektronen in seinem äußersten Energieniveau, wodurch die Erdalkalien so reaktiv sind, dass sie in der Natur selten allein vorkommen. Aber sie sind nicht so reaktiv wie die Alkalimetalle. Ihre chemischen Reaktionen laufen typischerweise langsamer ab und erzeugen im Vergleich zu den Alkalimetallen weniger Wärme.

Lanthaniden: Die dritte Gruppe ist viel zu lang, um in die dritte Spalte zu passen, daher wird sie ausgebrochen und zur Seite gedreht, um die oberste Reihe der Insel zu werden, die am unteren Rand des Tisches schwebt. Dies sind die Lanthaniden, Elemente 57 bis 71 - Lanthan (La) bis Lutetium (Lu). Die Elemente in dieser Gruppe haben eine silberweiße Farbe und laufen bei Kontakt mit Luft an.

Aktiniden: Die Actiniden säumen die unterste Reihe der Insel und umfassen die Elemente 89 Actinium (Ac) bis 103 Lawrencium (Lr). Von diesen Elementen kommen nur Thorium (Th) und Uran (U) in erheblichen Mengen auf der Erde vor. Alle sind radioaktiv. Die Actiniden und die Lanthaniden bilden zusammen eine Gruppe, die als innere Übergangsmetalle bezeichnet wird.

Übergangsmetalle: Zurück zum Hauptteil der Tabelle: Der Rest der Gruppen 3 bis 12 repräsentiert den Rest der Übergangsmetalle. Diese Elemente sind hart, aber formbar, glänzend und besitzen eine gute Leitfähigkeit. Sie denken normalerweise daran, wenn Sie das Wort Metall hören. Viele der größten Hits der Metallwelt - darunter Gold, Silber, Eisen und Platin - leben hier.

Metalle nach dem Übergang: Vor dem Sprung in die Nichtmetallwelt werden gemeinsame Merkmale nicht sauber entlang vertikaler Gruppenlinien unterteilt. Die Nachübergangsmetalle sind Aluminium (Al), Gallium (Ga), Indium (In), Thallium (Tl), Zinn (Sn), Blei (Pb) und Wismut (Bi) und erstrecken sich von Gruppe 13 bis Gruppe 17. Diese Elemente haben einige der klassischen Eigenschaften der Übergangsmetalle, sind jedoch tendenziell weicher und leiten schlechter als andere Übergangsmetalle. Viele Periodensysteme weisen eine fettgedruckte "Treppen" -Linie unterhalb der Diagonale auf, die Bor mit Astat verbindet. Die Metalle nach dem Übergang sammeln sich links unten in dieser Linie.

Metalloide: Die Metalloide sind Bor (B), Silizium (Si), Germanium (Ge), Arsen (As), Antimon (Sb), Tellur (Te) und Polonium (Po). Sie bilden die Treppe, die den allmählichen Übergang von Metallen zu Nichtmetallen darstellt. Diese Elemente verhalten sich manchmal eher als Halbleiter (B, Si, Ge) als als Leiter. Metalloide werden auch als "Halbmetalle" oder "schlechte Metalle" bezeichnet.

Nichtmetalle: Alles andere rechts oben auf der Treppe - plus Wasserstoff (H), der in Gruppe 1 gestrandet ist - ist ein Nichtmetall. Dazu gehören Kohlenstoff (C), Stickstoff (N), Phosphor (P), Sauerstoff (O), Schwefel (S) und Selen (Se)..

Halogene: Die oberen vier Elemente der Gruppe 17, von Fluor (F) bis Astatin (At), repräsentieren eine von zwei Untergruppen der Nichtmetalle. Die Halogene sind chemisch ziemlich reaktiv und neigen dazu, sich mit Alkalimetallen zu paaren, um verschiedene Arten von Salz zu erzeugen. Das Speisesalz in Ihrer Küche ist beispielsweise eine Verbindung zwischen dem Alkalimetall Natrium und dem Halogen Chlor.

Edelgase: Farblos, geruchlos und fast völlig unreaktiv runden die Inert- oder Edelgase den Tisch in Gruppe 18 ab. Viele Chemiker erwarten, dass Oganesson, eines der vier neu benannten Elemente, diese Eigenschaften teilt. Da dieses Element jedoch eine Halbwertszeit in Millisekunden hat, konnte es niemand direkt testen. Oganesson schließt die siebte Periode des Periodensystems ab. Wenn es also jemandem gelingt, Element 119 zu synthetisieren (und der Wettlauf dazu bereits läuft), wird es eine Schleife durchlaufen, um die achte Reihe in der Alkalimetallsäule zu starten.

Aufgrund der zyklischen Natur, die durch die Periodizität entsteht, die der Tabelle ihren Namen gibt, ziehen es einige Chemiker vor, Mendeleevs Tabelle als Kreis zu visualisieren.

Zusätzlich Ressourcen::

• Sehen Sie sich dieses kurze Video über das Periodensystem und die Elementgruppen von Crash Course an.
• Blättern Sie durch dieses interaktive Periodensystem der Elemente.
• Schauen Sie sich diese kostenlose Online-Bildungsressource an, um Elementargruppen aus CK-12 zu verstehen.