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In der Chemie ist es sehr wichtig, neben dem Durchführen von Versuchen, auch eine gewisse Anschaulichkeit in die Abläufe zu bringen. Das beste Beispiel, zu welcher Art der Anschaulichkeit die Chemie führen kann, findet man in der Darstellung des Periodensystems der Elemente. Diese Anordnung der chemischen Elemente nach bestimmten Regeln ist eine der wichtigsten tabellarischen Darstellungen in der Chemie.
Überblick
Die Anordnung der chemischen Elemente in tabellarischer Form wird auch Periodensystem der Elemente genannt. Es ist das wichtigste Werkzeug in der Chemie, wenn es darum geht, mit den Elementen zu arbeiten.
Das Periodensystem der Elemente:
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Darstellung
Hier seht ihr, wie ein einzelnes Element im Periodensystem dargestellt wird:
Der Buchstabe „H“ ist das Symbol des Elements. Hier werden oft die Anfangsbuchstaben der Elemente benutzt, aber auch lateinische oder griechische Bezeichnungen werden verwendet. In unserem Beispiel steht das H für Wasserstoff. Die Zahl oben links ist die Ordnungszahl. Unten links findet sich die Atommasse. Dies kann jedoch je nach Darstellung des Periodensystems etwas anders aussehen. Die durchlaufende Nummerierung dabei ist die Ordnungszahl.
Nach welchem Prinzip wurden die Elemente angeordnet?
Die chemischen Elemente wurden nach steigender Ordnungszahl angeordnet. Diese Anordnung erfolgt in sieben waagrechten Reihen. Diese bezeichnet man auch als Perioden. Die acht senkrechten Spalten sind nach Gruppen geordnet. Die Ordnungszahl ist jedoch nicht nur eine reine Nummerierung um eine übersichtliche Anordnung zu ermöglichen. Sie gibt außerdem an, wie viele Protonen sich im Atomkern und wie viele Elektronen sich in einem Element befinden. Hier lohnt es sich, einen kurzen Blick auf den Aufbau eines Elements zu werfen.
Historische Grundlagen
Die Idee eine Anordnung der chemischen Elemente zu erstellen, basiert auf historischen Grundlagen. Im 19. Jahrhundert wurden immer mehr chemische Elemente bekannt. Das Bemühen, diese Elemente überschaubar anzuordnen, wuchs stetig. Und so ging man dazu über, die Elemente nach einer Eigenschaft zu sortieren.
Diese Eigenschaft war die Fähigkeit des Elements, elektrischen Strom zu leiten. Hierbei wurden die Leiter als Metalle bezeichnet und die Elemente, welche den elektrischen Strom nicht leiteten, als Nichtmetalle. Diese einfache Einteilung war eine erste Grundlage für weitere Ansätze der Anordnung. Als nächsten Schritt unterteilte man die Atome in ihr Gewicht. Diese Atommasse wurde zur zweiten wichtigen Größe in der Aufteilung der Elemente. Die Untersuchungen waren jedoch rein physikalischer Art. So nahm man als nächstes die chemischen Eigenschaften genauer unter die Lupe.
Frei nach dem Motto „Wer kann mit wem?“ untersuchte man Elemente nach ihrer Reaktionsfähigkeit mit Wasser oder Sauerstoff. Die Verbindungen wurden untersucht und es wurde zwischen dem sauren oder dem laugenhaften und alkalischen Charakter unterschieden.
Als nächste Entdeckung trug die Einteilung der Elemente in Familien zur Entwicklung des Periodensystems bei. Die Forscher stellten fest, dass verschiedene Stoffe ähnliche Eigenschaften aufweisen und kategorisierten diese. So entstanden die Familien der Elemente. Im Folgenden findet ihr nun eine Auflistung der verschiedenen Familien:
- Alkalimetalle
- Alkalien
- Erzbildner
- Halogene / Salzbildner
- Erdalkalimetalle
- Bor-Aluminium-Familie
- Nichtmetalle
- Stickstofffamilie
- Edelgase
Zwei wichtige Begründer der Anordnung der Elemente sind Lothar Meyer und Dmitri Iwanowitsch Mendelejew. Die beiden veröffentlichten unabhängig voneinander, aber zeitgleich, ihre Ideen zur Anordnung und beriefen sich dabei auf die Atommasse. Durch diese Auflistung entstanden auch die Zahlen der Ordnung, heute bekannt als Ordnungszahlen. Die beiden stellten fest, dass zwischen zwei Elementen einer Gruppe, jeweils sieben andere Elemente lagen. Nur Wasserstoff bildete eine Ausnahme. Kein anderes Element wies ähnliche Eigenschaften auf.
Erst später wurde diese Theorie weiter verfolgt. Denn waren sich die Elemente, die zuvor einer Gruppe zugeordnet worden waren, wirklich so ähnlich? Was hatten beispielsweise Sauerstoff und Schwefel gemeinsam? Hier kommt eine weitere Eigenschaft zum Tragen: Die Wertigkeit. Die Wertigkeit wurde durch die Möglichkeiten der Bindung von Wasserstoffatomen an ein Element definiert. Hier wurde unterschieden in:
- Einwertige Atome: Natrium und Chlor
- Zweiwertige Atome: Calcium, Sauerstoff, Schwefel
- Dreiwertige Atome: Bor, Stickstoff
- Vierwertige Atome: Kohlenstoff und Silicium
Es bleibt anzumerken, dass damals bestimmt wurde, dass kein Element mehr als vier Atome an sich binden kann.
Begriffserklärungen
alkalisch:
Der Begriff „alkalisch“ bezeichnet Lösungen, deren PH-Wert größer als 7 ist. Man spricht hier auch von „basisch“.
Alkalimetalle:
Lithium, Natrium, Kalium – Sie färben Flammen verschiedenfarbig
Alkalien:
Oxide der Alkalimetalle; sie bilden mit Wasser ätzende Laugen
Atommasse:
Eine Größe, die die Masse eines Atoms ausdrückt.
Base:
Eine Base ist die Grundlage für Lösungen, um deren PH-Wert zu erhöhen. Sie ist das Gegenstück zur Säure und neutralisiert diese.
Edelgase:
Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon, Ununoctium.
Elektronen:
Negativ geladenes Teilchen
Elementfamilien:
Alkalimetalle, Alkalien, Erzbildner, Halogene / Salzbildner, Erdalkalimetalle, Bor-Aluminium-Familie, Nichtmetalle, Stickstofffamilie, Edelgase
Erzbildner:
Sauerstoff, Schwefel, Selen
Erdalkalimetalle:
Beryllium, Magnesium, Strontium, Calcium, Barium
Halogene /Salzbildner:
Chlor, Brom, Iod, Fluor (Natriumchlorid)
Lauge:
Als Lauge wird eine alkalische Lösung bezeichnet. Ihr PH-Wert liegt dementsprechend über dem Wert 7.
Nichtmetalle:
Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Schwefel, Phosphor
Ordnungszahl:
Die Elemente im Periodensystem wurden angeordnet und ihnen wurden, je nach Platzierung, Zahlen zugeordnet. Diese Zahlen bezeichnet man als Ordnungszahlen.
PH-Wert:
Der PH-Wert ist eine Maßeinheit für saure oder alkalische Werte von Lösungen.
Protonen:
Positiv geladene Teilchen.
Sauer:
Etwas wird in der Chemie als „sauer“ bezeichnet, wenn der PH-Wert zwischen 0 und 6,5 liegt.
Wertigkeit:
Die Wertigkeit gibt an, wie viele Wasserstoffatome ein Element an sich binden kann.
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