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Elemente / Periodensystem der Elemente


Periodensystem der Elemente

Die Nummerierung der Gruppen mit arabischen Ziffern (1..18) folgt der gültigen IUPAC-Konvention (International Union of Pure and Applied Chemistry).

Da die Elemente einer Gruppe ähnliche chemische Eigenschaften vorweisen, haben einige Gruppen spezielle Namen.
Römisch Arabisch (Beispiel: IIIb) ist die CAS-Nummer angegeben (diese beziehen sich auf das so genannte Kurzperiodensystem, welches in Europa verbreitet ist. Im CAS-System steht der Buchstabe a (nicht angegeben) für Hauptgruppenelemente und b für Nebengruppenelemente.

Durch Klicken auf ein Element wird die Detailseite mit Atom- und Stoffeigenschaften angezeigt.

Gruppe

1
I

2
II

3
IIIb

4
IVb

5
Vb

6
VIb

7
VIIb

8
VIIIb

9
VIIIb

10
VIIIb

11
Ib

12
IIb

13
III

14
IV

15
V

16
VI

17
VII

18
VIII

Periode

1

1
H

2
He

2

3
Li

4
Be

5
B

6
C

7
N

8
O

9
F

10
Ne

3

11
Na

12
Mg

13
Al

14
Si

15
P

16
S

17
Cl

18
Ar

4

19
K

20
Ca

21
Sc

22
Ti

23
V

24
Cr

25
Mn

26
Fe

27
Co

28
Ni

29
Cu

30
Zn

31
Ga

32
Ge

33
As

34
Se

35
Br

36
Kr

5

37
Rb

38
Sr

39
Y

40
Zr

41
Nb

42
Mo

43
Tc

44
Ru

45
Rh

46
Pd

47
Ag

48
Cd

49
In

50
Sn

51
Sb

52
Te

53
I

54
Xe

6

55
Cs

56
Ba

*

71
Lu

72
Hf

73
Ta

74
W

75
Re

76
Os

77
Ir

78
Pt

79
Au

80
Hg

81
Tl

82
Pb

83
Bi

84
Po

85
At
VIEW.php?param=1120651299.max

86
Rn

7

87
Fr

88
Ra

**

103
Lr

104
Rf

105
Db

106
Sg

107
Bh

108
Hs

109
Mt

110
Ds

111
Rg

112
Cn

113
Nh

114
Fl

115
Mc

116
Lv

117
Ts

118
Og


*Lanthanoide

*

57
La

58
Ce

59
Pr

60
Nd

61
Pm

62
Sm

63
Eu

64
Gd

65
Tb

66
Dy

67
Ho

68
Er

69
Tm

70
Yb

*

**

89
Ac

90
Th

91
Pa

92
U

93
Np

94
Pu

95
Am

96
Cm

97
Bk

98
Cf

99
Es

100
Fm

101
Md

102
No

Mineralien nach chemischer Zusammensetzung finden


Bedeutung der Farben

Metalle

Übergangsmetalle

Halbmetalle

Nichtmetalle

Alkalimetalle

Erdalkalimetalle

innere Übergangsmetalle

Metalle
(auch gediegen)

Übergangsmetalle
(auch gediegen)

Halbmetalle
(auch gediegen)

Nichtmetalle
(auch gediegen)

Edelgase

Halogene

innere Übergangsmetalle
(auch gediegen)

Dunkler dargestellte Zellen beinhalten Elemente die in der Natur als gediegenes Mineral vorkommen.


Bedeutung der Gruppen

Die Elemente werden in 8 verschiedene Hauptrguppen und Nebengruppen unterteilt (senkrecht)


I Alkalimetalle (senkrecht Li - Fr)

Die Alkalimetalle sind silbrig-glänzende, weiche Leichtmetalle, teilweise mit dem Messer schneidbar (Natrium). Die Schmelzpunkte liegen zwischen 180°C (Lithium) und 27°C (Francium). Die Siedepunkte liegen zwischen 1317°C (Lithium) und 677°C (Francium). Alkalimetalle sind gute elektrische Leiter, ihre Dichte ist gering. Atome der Alkalimetalle besitzen nur ein einziges Außenelektron und sind somit reaktiver als andere Metalle. In Verbindung mit Wasser kommt es zu heftigen Reaktionen.

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Ib Kupfergruppe (senkrecht Cu - Rg)

Die natürlichen Elemente der Kupfergruppe sind weiche, verformbare Metalle. Als einzige farbige Metalle heben sich Kupfer und Gold hervor. Metalle der Kupfergruppe sind relativ hochschmelzend mit Schmelzpunkten zwischen 962°C bei Silber und 1084°C bei Kupfer. Die elektrische und Wärmeleitfähigkeit der Kupfergruppen Metalle ist ausgezeichnet. Silber ist der beste elektrische Leiter aller Elemente. Bei den Elementen der Kupfergruppe ist das jeweilige d-Orbital vollständig besetzt.

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II Erdalkalimetalle (senkrecht Be - Ra)

Erdalkalimetalle sind silbrig-weiße, glänzende Leichtmetalle mit unterschiedlicher Härte. Erdalkalimetalle oxidieren schnell an der Luft und überziehen dabei ihre Oberfläche mit einer dünnen Oxidschicht. Die Schmelzpunkte liegen zwischen 649°C (Magnesium) und 1278°C (Beryllium). Die Siedepunkte liegen zwischen 1107°C (Magnesium) und 2970°C (Beryllium). Erdalkalimetalle sind gute elektrische Leiter. Erdalkalimetalle haben zwei Außenelektronen, die Oxidationszahl ist stets +2.

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IIb Zinkgruppe (senkrecht Zn - Cn)

Elemente der Zinkgruppe sind Metalle die schon bei niedrigen Temperaturen schmelzen. Quecksilber ist schon bei Raumtemperatur flüssig. Die Schmelzpunkte liegen zwischen -39°C bei Quecksilber und 419°C bei Zink. Chemisch ähneln die Elemente der Zinkgruppe den Erdalkalimetallen, sind aber deutlich weniger reaktiv. Der Atomradius und die Dichte der Elemente nimmt von Zink in Richtung Quecksilber zu. Elemente der Zinkgruppe sind durchweg schlechtere elektrische Leiter als Kupfer. Das d-Orbital der Elemente ist vollständig besetzt, nur die beiden Elektronen des s-Orbital stehen als Valenzelektronen zur Verfügung. Folge dessen kann die Oxidationszahl maximal +2 betragen. Nur bei Quecksilber hat auch die Oxidationsstufe +1 eine gewisse Bedeutung.

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III Borgruppe (senkrecht B - Uut)

Der Ursprüngliche Name, "Erdmetalle" war missverständlich, da Bor zu den Halbmetallen zählt. Der metallische Charakter innerhalb der III. Hauptgruppe nimmt von Aluminium ausgehend in Richtung Thallium zu. Während Aluminium und Indium gute elektrische Leiter sind, leiten Gallium und Thallium schlecht. Bor leitet Strom praktisch überhaupt nicht. In ihren chemischen Eigenschaften stehen die Borgruppenelemente den Erdalkalimetallen nahe. Die Elemente der Borgruppe haben Aufgrund der Elektronenkonfiguration drei Valenzelektronen. Der häufigste Oxidationszustand ist daher +3. Weniger wichtig ist die Oxidationsstufe +1. Die Elemente dieser Gruppe zeigen nahezu keine Reaktion mit Wasser. Ausschließlich, reines Aluminium setzt aus Wasser Wasserstoff frei, die sofort gebildete dünne Oxidschicht verhindert eine weitere Umsetzung des Metalls.

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IIIb Scandiumgruppe (Sc, Y, La, Ac)

Bei den Elementen der Scandiumgruppe handelt es sich um sog. Übergangsmetalle. Die Elementhäufigkeit geht absteigend von Lanthan, Yttrium und Scandium. Das radioaktive Actinium kommt nur in natürlich Zerfallsreihen vor. In natürlicher Form sind die Elemente der Scandiumgruppe nicht anzutreffen. In ihren chemischen Eigenschaften zeigen sie eine gewisse Ähnlichkeit mit den Metallen der Borgruppe.
Alle Elemente der Scandiumgruppe Nebengruppe haben die Oxidationsstufe +3.

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IV Kohlenstoffgruppe (senkrecht C - Fl)

Mit Ausnahme von Germanium treten die Elemente der Kohlenstoffgruppe unter natürlichen Bedingungen auch in gediegener Form auf.

Die Trennlinie zwischen Metallen und Nichtmetallen läuft mitten durch die Kohlenstoffgruppe. Die Elementen weisen sehr unterschiedliche chemische Eigenschaften aus. Der metallische Charakter nimmt in Richtung Blei stetig zu.
Bei den Schmelz- und Siedepunkten werden die extremen Unterschiede innerhalb der Kohlenstoffgruppe noch deutlicher: Kohlenstoff hat mit 3550°C den höchsten Schmelzpunkt während Zinn mit 232°C einen deutlich niedrigeren Schmelzpunkt aufweist.
Auch bei der Härte zeigen die Elemente der Kohlenstoffgruppe extreme Unterschiede. Während Blei eine Mohshärte von 2 bis 2,5 aufweist, hat Kohlenstoff in der Ausbildungsform Diamant eine Mohshärte von 10.

Aufgrund der Elektronenkonfiguration haben die Elemente der Kohlenstoffgruppe vier Valenzelektronen. Die Oxidationszustände sind +4, +2 und -4. Keines der Elemente dieser Gruppe reagiert mit Wasser. Dafür bilden alle Elemente der Gruppe Dioxide.

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IVb Titangruppe (senkrecht Ti - Rf)

Wie bei allen Nebengruppenelementen handelt es sich bei den Elementen der Titangruppe um sog. Übergangsmetalle. Der häufigste Vertreter ist Titan gefolgt von Zirconium und Hafnium. Die bevorzugte Oxidationsstufe ist +4.

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V Stickstoffgruppe (senkrecht N - Uup)

Ähnlich der Kohlenstoffgruppe und Sauerstoffgruppe verläuft eine Trennungslinie zwischen Metallen und Nichtmetallen durch die Stickstoffgruppe. Noch heterogener als in den benachbarten Hauptgruppen verhalten sich die Eigenschaften innerhalb der Stickstoffgruppe.

Der metallische Charakter nimmt von Stickstoff in Richtung Bismut zu. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Stickstoff haben nahzu keine Ähnlichkeiten mit denen von Bismut das am anderen Ende der Gruppe steht. Dem Metallcharakter des Metalls Bismut steht der Edelgascharakter des Nichtmetalls Stickstoff als 2 atomiges Gas gegenüber. Phosphor besitzt bereits eine stromleitende Modifikation, Arsen und Antimon sind Halbmetalle.
Alle Elemente der Gruppe mit Ausnahme von Bismut treten in mehreren sogenannten allotrophen Modifikationen auf.

Den Elementen der Stickstoffgruppe fehlen drei Elektronen zur Bildung der Edelgaskonfiguration. Bei Verbindungen der Elemente dieser Gruppe kommen die Oxidationsstufen -3, +3 und +5 am häufigsten vor, wobei die Bedeutung von -3 und +5 in Richtung von Bismut immer stärker abnimmt. Demgegenüber nimmt die Bedeutung von +3 entsprechend zu.

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Vb Vanadiumgruppe (senkrecht V - Db)

Elemente der Vanadiumgruppe zählen zu den Übergangsmetallen wie alle Elemente der Nebengruppen.

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VI Sauerstoffgruppe (Chalkogene) (senkrecht O - Lv)

Auch Durch die VI. Hauptgruppe verläuft die Trennungslinie zwischen Metallen und Nichtmetallen. Während Sauerstoff und Schwefel Nichtmetalle sind, zählen Selen und Tellur zu den Halbmetallen. Polonium zeigt innerhalb der Gruppe die stärksten metallischen Tendenzen und kann zu den Metallen gezählt werden. Die Erscheinungsform der Elemente divergiert sehr stark. Während Sauerstoff als Gas vorliegt, ist z.B. Schwefel ein gelber Feststoff der auch gediegen vorkommt. Dennoch sind die chemisch-physikalischen Eigenschaften sehr ähnlich.
Allen voran Selen, ist ihnen gemeinsam, Modifikationen zu bilden. Elemente der Sauerstoffgruppe sind stark reaktionsfähig, jedoch weniger stark als Halogene.

Den Elementen fehlen in der Elektronenkonfiguration je 2 Elektronen zur Bildung der Edelgaskonfiguration. Chalkogene tendieren dazu 2 Elektronen aufzunehmen und mit elektropositiveren Elementen Ionenbindungen einzugehen. Die Ausbildung zweier kovalenter Bindungen kann ebneso zur Konfiguration eines edelgasähnlichen Zustandes führen.

Die wichtigsten Oxidationsstufen in der Sauerstoffgruppe sind -2, +4 und +6. Bei Verbindungen des Sauerstoffs spielen die positiven Oxidationszahlen praktisch keine Rolle. In Verbindungen kommen sie meistens elektronegativ vor. Chalkogene bilden Erze.

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VIb Chromgruppe (senkrecht Cr - Sg)

Das häufigste Element dieser Gruppe ist Chrom mit deutlichem Abstand gefolgt von Molybdän und Wolfram. Elemente der Chromgruppe zählen zu den Übergangsmetallen wie alle Elemente der Nebengruppen.

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VII Halogene (Salzbildner) (senkrecht F - Uus)

Wegen ihrer großen Reaktivität kommen Halogene nicht in gediegener sondern nur in gebundener Form vor. Halogene sind in Form von Salzen für das Überleben vieler Lebewesen von großer Bedeutung. Halogene zählen mit Ausnahme von Astat zu den Nichtmetallen. Astat zählt zu den Halbmetallen und ist als Element nur in geringer Mengen verfügbar, so dass noch nicht viele Eigenschaften bekannt sind. Fluor und Chlor sind in Reinform gasförmig, Brom hingegen ist flüssig, Iod und Astat sind Feststoffe.

Mit steigender Ordnungszahl lassen sich metallische Tendenzen erkennen, so leitet Jod bereits elektrischen Strom. Innerhalb der Gruppe nehmen sowohl die Ionisierungsenergie als auch die Elektronegativität von Fluor in Richtung Iod ab.

Zur Bildung der Edelgaskonfiguration fehlt nur 1 Elektron da die Außenschale der Halogene von sieben Valenzelektronen besetzt wird. Hierdurch ist ihre große Reaktionsfreudigkeit zu erklären. Fluor weist die größte Reaktivität aller Elemente auf. Innerhalb der Gruppe nimmt die Reaktivität mit steigendem Atomgewicht ab. Die wichtigste Oxidationszahl der Hologene ist -1.

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VIIb Mangangruppe (senkrecht Mn - Bh)

Das wichtigste Element dieser Fruppe ist Managan. Elemente der Managangruppe zählen zu den Übergangsmetallen wie alle Elemente der Nebengruppen.

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VIII Edelgase (senkrecht He - Uuo)

Edelgase sind farblose, geruchlose und Geschmackslose Gase die durch Ihre mangelnde Reaktionsfreude nur schwer zu unterscheiden sind. Edelgase kommen in der umgebenden Luft vor.

Ihre Oxidationszahl ist 0 da ihre äußerste Elektronenschale vollständig besetzt ist. Nur schwerere Edelgase haben zusätzlich +2. Verbindungen der leichteren Edelgase wie Helium, Neon und Argon sind nicht bekannt. Daß die schweren Edelgase Krypton und Xenon in gewissem Maße zu Reaktionen fähig sein müssen, wird durch die 1. Ionisierungsenergie begründet die z.B. bei Xenon ähnlich wie bei Sauerstoff ist.

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VIIIb Eisen-Platingruppe

Die Eisen-Platingruppe wird in zwei Untereinheiten aufgeteilt.

Elemente der Eisen-Platingruppe zählen zu den Übergangsmetallen wie alle Elemente der Nebengruppen.

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Lanthanoide (waagerecht Ce - Yb,Lu)

Lantanoide werden auch als Seltenerdenmetalle bezeichnet obgleich sie nicht so selten sind wie der Name andeutet. Sie zählen ausschließlich zu den Metallen. Es handelt sich um insgesamt 14 Elemente der 6. Periode, die als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefaßt werden können.

Die Lanthanoide füllen die f-Orbitale auf. Beginnend bei Cerium (Ce) wird das 4f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lutetium (Lu) schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Die 4f-Orbitale liegen tief im Innern der Atome und nehmen im Gegensatz zu den d-Orbitalen der restlichen Nebengruppenelemente wenig Einfluß auf das chemische Verhalten.

Lanthanoide haben chemisch sehr ähnliche Eigenschaften.

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Seltenerdenmetalle

Seltene Erden (englisch: Rare Earth Elements, REE, RR.EE.)
Zu den Metallen der Seltenen Erden gehören die chemischen Elemente der 3. Nebengruppe des Periodensystems und die Lanthanoide.

Mit Ausnahme von Promethium kommen viele der Seltenen Erden in der Natur vergesellschaftet vor, wobei die wichtigsten Vertreter Allanit, Bastnäsit, Betafit, Gadolinit, Monazit, Pyrochlor und Thorit sind. In der neueren mineralogischen Schreibweise werden die Mineralien, welche ein Seltenes Erd-Element enthalten, indiziert, wie z.Bsp. Monazit-(Ce), Monazit-(La), Monazit-(Nd), Hingganit-(Yb), aber auch Hingganit-(Y), jedoch nicht Kolbeckit (das bekannteste Sc-Phosphat)

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Actinoide (waagerecht Th - No,Lr)

Actinoide zählen wie die Lanthanoide ausschließlich zu den Metallen. Außerdem sind alle Actinoide ausnahmslos radioaktiv. Es handelt sich um insgesamt 14 Elemente der 7. Periode, die wie die Lanthanoide als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefasst werden können. Beginnend bei Thorium wird das 5f-Orbital nach und nach aufgefüllt. Es ist bei Lawrencium schließlich mit 14 Elektronen vollständig besetzt. Auch bei den Actinoiden beeinflusst das Auffüllen des 5f Orbitals die chemischen Eigenschaften kaum.

Innerhalb der Actinoiden-Reihe von Thorium (101 pm 3+) bis Lawrencium (94 pm 3+) nimmt der Ionenradius kontinuierlich ab (Actinoiden-Kontraktion). Alle Actinoiden haben die Oxidationszahl +3.

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Aufbau

Die chemischen Eigenschaften eines Elements werden nur durch die Eigenschaften der Elektronenhülle bestimmt, die Eigenschaften des Atomkerns spielen bis auf die Kernladung, die die Anzahl der Hüllenelektronen festlegt, keine Rolle. Das Periodensystem ist damit vollständig durch die Elektronenkonfiguration der Atome erklärbar.

Die Elemente in einer Periode (Zeile des PSE) haben die gleiche Anzahl von Elektronenschalen, die Elemente einer Gruppe (Spalte des PSE) gleichen sich im Aufbau der äußeren Elektronenschale. Die Unterscheidung in Haupt- und Nebengruppen ergibt sich dadurch, dass bei letzteren nicht die äußerste, sondern die zweitäußerste Schale mit Elektronen aufgefüllt wird, bei den Lanthanoiden und Actinoiden die drittäußerste.

Im Wesentlichen bestimmt die Anzahl Elektronen auf der äußeren Elektronenschale das chemische Verhalten eines Atoms, deshalb haben die Elemente der einzelnen Gruppen, da sie die gleiche Anzahl Elektronen auf der äußeren Bahn haben, vergleichbare chemische Eigenschaften.

In den einzelnen Zellen des Periodensystems finden Sie das jeweilige Symbol (Abkürzung) des Elements und dessen eindeutige Ordnungszahl.

Die Elemente 113 bis 118 sind neu bekannt gegeben worden.


Tendenzen

Im PSE kann man feststellen, dass einige Eigenschaften der Elemente sich in bestimmten Positionen im PSE finden lassen. So erscheint es logisch, dass die Anzahl der Protonen von links nach rechts in einer Zeile und von oben nach unten in einer Spalte zunimmt. So gibt es weitere Eigenschaften, die sich im Periodensystem darstellen lassen:

  • Masse
    - nimmt von oben nach unten und von links nach rechts zu.
  • Atomradius
    - nimmt von oben nach unten zu, von links nach rechts ab (bei Hauptgruppenelementen)
  • Elektronegativität
    - Nimmt von oben nach unten ab, von links nach rechts zu (Ausnahme: Edelgase)
  • Ionisierungsenergie
    - nimmt von oben nach unten ab, von links nach rechts zu.
  • Metallcharakter
    - nimmt von oben nach unten zu und von links nach rechts ab.
  • Basizität der Oxide
    - nimmt von oben nach unten zu, von links nach rechts ab.

Alphabetische Übersicht der Elemente

A

B

C

D

E

F

G

H

I

K

L

M

N

O

P

Q

R

S

T

U

V

W

X

Y

Z


Aggregatzustand der Elemente bei 25°C

Flüssigkeiten

Gase

Feststoffe

  • Alle weiteren Elemente liegen als Feststoff vor

Weiterführende Informationen


Weblinks

Deutsche Seiten

English Pages


Quellangaben

  • Zusammenstellung und Darstellung der Informationen: Stefan

Einordnung