Die Bedeutung des Periodensystems

26. Die Bedeutung des Periodensystems

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Die Entwicklung des Periodensystems der Elemente (PSE) stellt in der Geschichte der Chemie einen wichtigen Meilenstein dar und wirkte sich äußerst positiv auf den Fortschritt dieser Wissenschaft aus. Die Eigenschaften von Elementen konnten nun aufgrund ihrer Position im PSE vorausgesagt und erklärt werden.

Die Wertigkeit

Im PSE gibt die Nummer der Hauptgruppe Auskunft über die maximale Wertigkeit der Elemente, die in dieser Hauptgruppe stehen. Alle Elemente der 5. Hauptgruppe erreichen also die maximale Wertigkeit V. Neben diesen maximalen Höchstwertigkeiten gibt es bei den Elementen ab der 4. bis zur 7. Hauptgruppe auch niedrigere Wertigkeiten.

Wo stehen im Periodensystem die Hauptgruppenelemente Blei, Barium, Kalium, Arsen und Zinn? Welche möglichen Sauerstoffverbindungen können für diese Elemente formuliert werden?

Formuliere mit Hilfe des Periodensystems Wasserstoffverbindungen der Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Brom, Iod und Lithium.

Hauptgruppenelemente erreichen in ihren Verbindungen mit Sauerstoff die Höchstwertigkeiten. In den Wasserstoffverbindungen ist dies nicht der Fall. Die Wertigkeit gegenüber Wasserstoff fällt von der 4. bis 7. Hauptgruppe von IV bis I. Von diesen Regeln sind ausgenommen die Elemente Sauerstoff und Fluor. Sauerstoff ist immer zweiwertig, Fluor ist immer einwertig.

Die Übergangselemente treten in ihren Verbindungen meist in sehr unterschiedlichen Wertigkeiten auf. Die Höchstwertigkeit entspricht der Gruppennummer.

Metalle und Nichtmetalle

Alle Elemente kann man nach ihren Eigenschaften in Metalle und Nichtmetalle einteilen. Metalle neigen zur Abgabe von Elektronen, Nichtmetalle neigen zur Aufnahme von Elektronen. Alle Übergangselemente sind Metalle (25.3, Kapitel 25). Bei den Hauptgruppenelementen zeigt sich, dass alle Elemente der 1. Hauptgruppe Metalle (der Wasserstoff wird dabei nicht zur 1. Hauptgruppe gezählt) und alle Elemente der 7. Hauptgruppe Nichtmetalle sind. In den mittleren Hauptgruppen stehen unten Metalle und oben Nichtmetalle.

Tabelle 1

Hauptgruppe:	I	II	III	IV	V	VI	VII
Höchstwertigkeit:	I	II	III	IV	V	VI	VII
weitere Wertigkeiten:				II	III	VI	V
						II	III
							I

Es gilt allgemein:

In den Hauptgruppen nimmt der Metallcharakter mit steigender Ordnungszahl (im PSE von oben nach unten) zu, entsprechend nimmt der Nichtmetallcharakter ab. Mit steigender Ordnungszahl, d. h. mit zunehmenden Atomradius, nimmt die Anziehungskraft des Atomkerns auf die Elektronen der Außenschale ab, so dass diese leichter abgegeben werden können. Dies bestimmt den Metallcharakter.
In den Perioden nimmt bei den Hauptgruppen der Metallcharakter von links nach rechts ab, entsprechend nimmt der Nichtmetallcharakter von links nach rechts zu. Innerhalb einer Periode verringert sich der Atomradius von links nach rechts, sodass die Elektronenaufnahme erleichtert wird. Damit steigt der Nichtmetallcharakter.

Tabelle 2: Wertigkeiten von Hauptgruppenelementen in Sauerstoff- und Wasserstoffverbindungen

Hauptgruppe	I	II	III	IV	V	VI	VII
Höchstwertigkeit gegenüber Sauerstoff							VII
						VI
					V
				IV
			III
		II
	I
Beispiel	Na₂O	MgO	Al₂O₃	SiO₂	P₂O₅	SO₃	Cl₂O₇

Hauptgruppe	I	II	III	IV	V	VI	VII
Wertigkeit gegenüber Wasserstoff				IV
			III		III
		II				II
	I						I
Beispiel	NaH	MgH₂	AlH₃	SiH₄	PH₃	H₂S	HCl

Welcher Zusammenhang besteht zwischen dem Atomradius eines Elements und seinem Metall- bzw. Nichtmetallcharakter?.

Welches ist das »metallischste« Element und welches das »nichtmetallischste«.

Wo werden die metallischen Eigenschaften stärker ausgeprägt sein, beim Element Blei oder beim Element Barium?

Metalle und Nichtmetalle kann man durch eine Diagonale von links oben nach rechts unten im PSE trennen

Höchstwertigkeit zu Sauerstoff stimmt mit der Nummer der Hauptgruppe überein

Wertigkeit zu Wasserstoff steigt in einer Periode bis zur IV Hauptgruppe an und fällt dann wieder ab

Im PSE der Hauptgruppenelemente kann durch eine Diagonale von links oben nach rechts unten eine Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen gezogen werden. Entlang dieser Linie finden sich Elemente mit metallischen und nichtmetallischen Eigenschaften.