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Das Periodensystem

Teil 1 von 3: Aufbau des PSE´s und Ableitung des Aufbaus der Element-Atome

In der ersten Folge zum Periodensystem geht es darum, wie man aus der Stellung eines Elementes Rückschlüße auf den Aufbau des Atoms ziehen kann. Die Ordnungszahl entpricht der Anzahl der Protonen im Kern, diese ist gleich der Anzahl der Elektronen. Aus der Zuordnung zu einer Hauptgruppe weiß man, wieviele Elektronen sich "auf" der äußersten Schale (Valenzschale) befinden, die Periode drückt aus welche Schale die äußerste ist (Valenzschale).

 

Aufgrund der Wichtigkeit dieses Themas habe ich mich entschlossen, das erste Video, erstellt mit Webcam und Papier, durch ein neueres zu ergänzen. Obwohl beide Videos die gleichen Kernfragen behandeln, können sie sich dennoch in einigen Details unterscheiden und daher biete ich hier auch beide Versionen an. So hast du die Möglichkeit, selbst auszuprobieren, welches dir besser liegt und wo es am ehesten "Klick" macht.


Grundlagen

Zum Verständnis dieses Videos sollten keine speziellen Vorkenntnisse nötig sein. Das zur Erklärung herangezogene Konzept des Bohrschen Atommodells wird im Video kurz mit wiederholt, kann aber auch noch einmal gesondert auf alteso.de angeschaut werden:


Videos

 

die neuere Version:

 

Direktlink zum Video auf Youtube

 

Zusammenfassung in Textform (mit Zeitangaben)

 

Periodensystem der Elemente (PSE) – eine Einführung

 

In diesem Video wird erklärt, welches System hinter der Anordnung der Elemente im PSE steckt.

 

Wiederholung Bohr‘sches Atommodell (1:01)

Das Bohr‘sche Atommodell besagt, dass die Atome jeden Elements aus einem Kern und einer Hülle bestehen, in der die Elektronen den Kern auf festen Bahnen/ Energieniveaus umkreisen.

Im Kern befinden sich positiv geladene Protonen (p+) und elektrisch neutrale Neutronen (n+/- 0). Die Hülle besteht aus Elektronen (e-) die negativ geladen sind und sich auf Schalen oder Kreisbahnen um den Kern bewegen. Die Atome der Elemente sind immer elektrisch neutral, dh. sie bestehen immer aus gleich vielen Protonen und Elektronen. Enthält ein Teilchen mehr Protonen als Elektronen handelt es sich um ein Kation, enthält es mehr Elektronen als Protonen heißt es Anion.

 

Beispiel Wasserstoffatom (2:00)

Das Wasserstoffatom ist das einfachste Atom. Es besteht aus einem Proton im Kern, dementsprechend muss auch ein Elektron darum kreisen, um das Atom „neutral zu machen“. Die innerste Kreisbahn wird immer zuerst besetzt, sie heißt K-Schale.

 

Beispiel Helium (3:14)

Helium hat im Kern zwei Protonen, also auch zwei Elektronen in der K-Schale. Neutronen werden hier vernachlässigt.

Lithium

Im Lithiumkern befinden sich drei Protonen. Also besitzt Lithium auch drei Elektronen. Auf der innersten engen Kreisbahn, der K-Schale, haben jedoch nicht mehr als zwei Elektronen Platz. Das heißt, das dritte Elektron des Lithiums bewegt sich weiter weg vom Kern auf der nächstäußeren Schale, der L-Schale.

Beryllium

Beryllium hat vier Protonen im Kern und vier Elektronen, die sich auf Kreisbahnen um den Kern bewegen.



Schlussfolgerung (5:07)

Wie man erkennt: Je weiter man im PSE voranschreitet kommt von einem zum nächsten Element immer ein Proton im Kern dazu und damit auch ein Elektron. Die Ordnungszahl, die über jedem Elementnamen steht, entspricht der Anzahl der Protonen im Kern des Elements und damit auch seiner Elektronenzahl.

 

(6:55) Am wichtigsten für die Eigenschaften des Elements sind die Valenzelektronen.

Valenzelektronen sind die Elektronen auf der äußersten, nicht voll besetzten Schale. Betrachtet man nun die Perioden des PSE, also die horizontalen Reihen, so erkennt man:
In der obersten Reihe oder 1. Periode stehen nur Wasserstoff und Helium, denn hier wird die erste Schale mit Elektronen besetzt, und dort passen nur höchstens zwei drauf.
In der 2. Periode stehen schon mehr Elemente. Sie haben alle eine mit zwei Elektronen voll besetzte Unterschale und von links nach rechts ein (Lithium) bis acht (Neon) Elektronen auf der nächstäußeren Schale.
In der 3. Periode wird dann analog die dritte Schale besetzt usw.

 

Natrium beispielsweise hat zwei voll besetzte Unterschalen und ein Elektron in der äußersten unvollständig besetzten Schale, also ein Valenzelektron.
Die Nummer der Hauptgruppe, also die römische Zahl über den vertikalen Spalten, gibt also die Anzahl der Valenzelektronen der darunter stehenden Elemente an. Beispielsweise hat Magnesium aus der 2. Hauptgruppe ein Valenzelektron mehr als Natrium, das in der 1. Hauptgruppe steht.
Wichtig wird die Anzahl der Valenzelektronen, wenn man die Bindigkeit eines Elements betrachten will, denn nur Valenzelektronen stehen für Atombindungen zur Verfügung. (mit Einschränkungen, die für die Schule nicht relevant sein sollten)

 

die ältere Version:

 

Direktlink zum Video auf Youtube

 


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Weiterführende Videos

 

 

 

Diskussion

Kommentare   

 
0 # RE: Das Periodensystem I - Aufbau der AtomeFelicitas 2015-04-19 22:35
Hallo,

vielen Dank für diese Seite die lässt mich alles besser verstehen. Aber eines verstehe ich nicht. Ihr sprecht a darüber, dass die Hauptgurppennum mer die Anzahl der Elektronen auf der äußersten Schale angibt, das stimmt aber nur so weit bis die Nebengruppen dazukommen, oder etwa nicht? Gibt es dazu eine Erklärung?
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0 # RE: Das Periodensystem I - Aufbau der AtomeAlex 2015-04-20 06:38
Exakter wäre "Valenzelektronen".

Das stimmt idR auch nach dem Hinzukommen der Nebengruppen - dort wird ja nur die d- oder f-Schale aufgefüllt niederer Peridoden aufgefüllt. Bei den HG-Elementen sind diese dann auch abgeschlossen, also hat weder das Fehlen, noch das vollständige Vorhandensein dieser "Unterschale" einen Einfluß auf die Anzahl der Valenzelektronen.

Klar?

Grüße,

Alex
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0 # 3 FragenAuch Alex 2014-11-27 08:36
Also, das Video ist schön übersichtlich. Ich habe aber dennoch Fragen, nach deren Antworten ich schon eine Weile suche. Auch Harald Lesch hat dazu bisher nichts gesagt:) Also:

1. Gibt es eine Erklärung, weshalb auf der ersten Schale 2, dann immer 8 Elektronen Platz finden? Der Umfang der zweiten Schale ist ja nicht orbitant größer. Und wieso finden dann auf den äußeren Schalen nicht plötzlich sehr viel mehr Platz. Denn deren Umfang vergrößert sich ja auch immer wieder. Also, wieso ist genau bei 8 bzw. 2 Schluss? Woher kommen diese Verhältnisse?

2. Deine Bezeichnung der Perioden hast du von k an alphabetisch fortgesetzt. Wieso gerade k? Ist das in der Chemie so üblich? Wenn ja, weiß man weshalb warum gerade ab k gezählt wird?

3. Ein paar Leute hatten es schon angesprochen, warum Helium unter der Ordnungszahl 8 steht, wenn es doch gar nicht 8 Elektronen hat. Wieso stellte man sie dann dort hin? Wieso steht sie nicht unter unter der Ordnungszahl 2, dort wie sie hingehört? Da gibt es bestimmt einen plausiblen Grund für, der mir aber unter meinen gegeben Kenntnissen nicht ersichtlich ist.

Ich hoffe, dass keine der Fragen zu komplizierte Antworten hat. Denn ich will es ja verstehen und möchte dir auch nicht unnötig Arbeit machen:)

Viele Grüße und Danke schonmal
der andere Alex
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0 # RE: 3 FragenAlex 2014-11-27 13:28
Kein Problem ;-)

1. Das hat etwas mit dem Orbitalmodell zu tun, schau dir am besten das mal an: alteso.de/.../...

Stark vereinfacht: nicht der Umfang ist entscheidend, vielmehr nehmen "nach außen" die Möglichkeiten zur Verteilung zu (auch mehr als 8...).

2. Wikipedia sagt das hier und ich finde es nachvollziehbar: de.wikipedia.org/.../...

3. Wer behauptet wo, dass Helium die OZ 8 hat? 2 passt schon.

Grüße,

alex
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+1 # RE: Das Periodensystem I - Aufbau der AtomeAlex 2013-07-01 20:39
Ach du meinst das Ablesen der Valenzelektrone n aus der Hauptgruppe, ok ;-)

Nö, da denskt du genau richtig - in der ersten Periode gibts ja nur 2 Elemente: Wasserstoff und Helium. Die erste Periode ist damit, wie du erkannt hast, die Ausnahme - in allen anderen Perioden gibt es ja 8 Elemente (in den Hauptgruppen)

Stells dir so vor: die innerste Schale ist so klein, da würden keine 8 Elektronen draufpassen
, ab der zweiten Schale ist genug Platz, da haut die Geschichte dann hin.

Grüße,

alex
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0 # HeliumAnja 2013-07-01 20:14
Hallo Alex,
vielen Dank für die rasche Antwort!
Die Oktregel kenne ich gar nicht..., 9. Klasse Gymnasium ;-)
Dein O-Ton zur Erklärung des Periodensystems im Video war u.a.: "Die Hauptgruppe gibt Aufschluss darüber, wie viele Elektronen sich auf der (äußeren) Schale befinden... Beim Phosphor befinden sich 5 Elektronen auf der M-Schale..."
Was mich daran verwirrt ist, dass sich dann ja, bezogen auf das Helium, beim Helium 8 (wg. der VIII. Hauptgruppe) Elektronen auf der äußeren Schale befinden müssten, obwohl das Helium doch nur 2 Elektronen hat. Darum dachte ich, Helium sei evtl. die Ausnahme von der Regel - oder denke ich da zu krumm?
Viele Grüße
Anja
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0 # RE: Das Periodensystem I - Aufbau der AtomeAlex 2013-07-01 18:58
Hallo Anja,

du meinst die Oktettregel nehme ich an?

Auf die erste Schale passen nur 2 Elektronen, das ist korrekt. Ansonsten hat die Oktettregel auch nur für Hauptgruppenele mente Relevanz.

Hoffe, dass ich dich richtig verstanden habe, ansonsten frag bitte gern noch einmal nach!!
(Ich möchte dich nicht mit Orbitalkram bombardieren wenn du bspw. in die 8./9.-Klasse gehst, da würde ich mehr Schaden anrichten ;-) )

Grüße,

Alex
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0 # HeliumAnja 2013-07-01 18:06
Vielen Dank für die verständliche Erklärung!! Eine Frage habe ich dazu aber noch: Beim Helium befinden sich ja nicht 8 Elektronen auf der K-Schale. Ist dieses Element die Ausnahme von Ihrer sonst so einfach zu verstehenden Regel?
Es werden doch die vorhandenen Elektronen auf der äußersten Schale genannt, nicht die fehlenden, um eine Schale zu komplettieren?
Viele Grüße
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+3 # RE: Das Periodensystem I - Aufbau der AtomeAlex 2012-12-09 11:58
mmh, gute Frage - bei den Nebengruppen betrachtet man ja eigentlich die Elektronenkonfi guration der Orbitale: bis 3p ist alles vollbesetzt, in 3d sind 2 Elektronen und in 4s auch 2, dh. in der vorletzten Schale (3) wären 10 Elektronen, in der letzten (4) wären 2. Die "durch die Stellung in der Nebengruppe" hinzukommenden Elektronen sind d-Elektronen der vorletzten Schale - 4s Orbitale liegen energetisch unter den 3d-Orbitalen und werden daher vor ihnen besetzt.

Alles klar?

Zu Elektronenkonfi gurationen wird es demnächst auch noch was hier geben!

Grüße,

alex
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0 # hilfe ;)sven 2012-12-09 11:39
das Video hat mir sehr viel geholfen danke ;) allerdings hätte ich doch noch eine Frage. ZB. bei Ti wo zeichne ich dort die 2 zusätzlichen Elektronen auf der 3ten oder 4ten schale ?? also was muss ich bei der nebengruppe machen ? Danke ;)
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