Trends im Periodensystem

Das Periodensystem ist in vielen Fällen sehr hilfreich, beispielsweise um die Polarität einer Bindung mithilfe der Elektronegativität zu bestimmen. Im PSE gibt es viele Trends, die die Vorhersagbarkeit von Eigenschaften erleichtern. Im Folgenden werden einige dieser Trends aufgelistet. Wichtig hierbei ist zu erwähnen, dass es ein “Trend” ist, d.h. man sollte sich auch bewusst sein, dass es Ausnahmen gibt.

Der Atomradius (bei kovalenter Bindung)

• Innerhalb einer Gruppe nimmt der Atomradius mit steigender Periodenzahl (von oben nach unten) zu, da bei jeder neuen Periode eine zusätzliche Schale aufgefüllt wird. Die Außenelektronen sind also umso weiter vom Kern entfernt, je mehr Schalen um den Atomkern angeordnet sind.
• Innerhalb einer Periode nimmt der Atomradius von links nach rechts ab, da die (positive) Kernladung innerhalb der Periode zunimmt, die Anzahl der Schalen jedoch nicht. Die Elektronen werden damit vom Kern stärker angezogen (Kontraktion).

Der Ionenradius

• Innerhalb einer Gruppe nimmt der Ionenradius innerhalb einer Gruppe von oben nach unten zu. Mit steigender Zahl an Perioden steigt auch die Zahl der Schalen, damit steigt auch der Ionenradius.
• Innerhalb einer Periode muss man zusätzlich betrachten, dass Anionen (negativ geladene Ionen) und Kationen (positiv geladene Ionen) vorkommen. I.d.R bilden die Elemente der 1.-4. Hauptgruppe Kationen und die Elemente der 5.-7. Hauptgruppe Anionen. Dabei sind die Kationen kleiner als das zugrundeliegende Atom (r(K⁺) < r(K)), da die Elektronen durch die erhöhte positive Ladung stärker zum Kern gezogen werden. Die Radien der Anionen sind größer als die zugrundeliegenden Atome.

Ionisierungsenergie

Die Ionisierungsenergie beschreibt das Entfernen von Elektronen auf der äußersten Schale von einem Atom. Die Ionisierungsenergie wird dabei in KJ pro mol oder eV angegeben. Allgemein gilt: Je höher die Ionisierungsenergie, desto schwerer ist es, ein Elektron zu entfernen. Durch die Entfernung eines Elektrons entsteht ein positiv geladenes Ion. (Entfernt man auch ein zweites Elektron bezeichnet man dies als zweite Ionisierungsenergie).

• Innerhalb einer Gruppe nimmt die Ionisierungsenergie von oben nach unten ab, da zwar die Kernladung steigt, aber durch den immer größer werdenen Atomradius die Anziehung des Kerns auf die äußeren Elektronen und somit weniger Energie benötigt wird, diese Elektronen zu entfernen.
• Die Ionisierungsenergie nimmt tendenziell innerhalb einer Periode von links nach rechts zu. Das 2. und 5. Element (Hauptgruppenelemente) innerhalb einer Periode fällt jedoch aus dem Rahmen. Dies rührt daher, dass das 2. Element eine vollbesetzte s-Schale und das 5. Element eine halbbesetzte p-Schale aufweist und diese Elektronenzustände energetisch günstig sind und daher das Entfernen eines Elektrons erschwert wird.

Elektronegativität

Die Elektronegativität beschreibt -nach ihrer Definition- die Tendenz eines Atoms Bindungselektronen an sich zu ziehen. Je größer die Differenz der Elektronegativität beider Bindungspartner ist, desto weniger kovalent ist die Bindung, und ab einer Differenz von 1,7 liegt bereits eine Ionenbindung vor. Die Tendenz kann man sich auch mithilfe des Coulombschen Gesetzes überlegen. Je größer die Ladung, umso höher die Anziehungskraft (positive Ladung und negative Ladung) und je größer der Abstand umso kleiner ist die Anziehungskraft.

• Somit kann folgern: Innerhalb einer Periode nimmt die Elektronegativität der Elemente von links nach rechts zu (steigende Protonenzahl). Innerhlab einer Gruppe nimmt die Elektronegativität von oben nach unten ab.

Metallcharakter

Metalle bilden ein Gitter aus positive geladenen Metallatomrümpfen und frei beweglichen Elektronen, d.h. Metalle benötigen daher eine geringe Ionisierungsenergie.

• Im Periodensystem nimmt der Metallcharakter der Elemente in einer Periode von links nach rechts ab
• Innerhalb einer Gruppe nimmt der Metallcharakter von oben nach unten zu

Zusammenfassung:

Dichte / Schmelz- und Siedepunkte

Über diese Eigenschaften lassen sich im Periodensystem keine Trends angeben, da diese Eigenschaften Stoffeigenschaften sind und daher nicht nur atomaren Einflüssen unterliegen, sondern vom stofflichen Aufbau veruracht werden.

Trends im Periodensystem – Testfragen/-aufgaben

1. Was versteht man unter dem Begriff “Trends im Periodensystem”?

Unter “Trends im Periodensystem” versteht man die vorhersagbaren Muster von physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente, die sich periodisch wiederholen, während man sich entlang der Periode (horizontal) oder Gruppe (vertikal) im Periodensystem bewegt.

2. Wie ändert sich die Atomgröße innerhalb eines Zeitraums im Periodensystem?

Die generelle Regel ist, dass die Atomgröße in einer Periode von links nach rechts abnimmt und in einer Gruppe von oben nach unten zunimmt.

3. Wie verändert sich die Elektronegativität im Periodensystem?

Die Elektronegativität steigt in einer Periode von links nach rechts und nimmt in einer Gruppe von oben nach unten ab.

4. Was versteht man unter Ionisierungsenergie im Kontext des Periodensystems?

Die Ionisierungsenergie ist die Energie, die benötigt wird, um ein Elektron von einem Atom in seinem gasförmigen Zustand zu entfernen. Diese Energie nimmt in einer Periode von links nach rechts zu und in einer Gruppe von oben nach unten ab.

5. Wie ändert sich die Metallizität der Elemente im Periodensystem?

Die Metallizität nimmt in einer Periode von links nach rechts ab und in einer Gruppe von oben nach unten zu. Daher werden Elemente links und unten im Periodensystem in der Regel als Metalle klassifiziert und Elemente rechts und oben als Nichtmetalle.

6. Was ist die Elektronenaffinität und wie verändert sie sich im Periodensystem?

Die Elektronenaffinität ist die Energieänderung, die auftritt, wenn ein Elektron zu einem neutralen Atom in seiner gasförmigen Phase hinzugefügt wird, um ein negatives Ion zu bilden. Die Elektronenaffinität nimmt in der Regel von links nach rechts in einer Periode zu und von oben nach unten in einer Gruppe ab.

7. Wie sind die Alkalimetalle im Periodensystem platziert und welchen Trend zeigen sie?

Alkalimetalle sind in Gruppe 1 (mit Ausnahme von Wasserstoff) des Periodensystems platziert. Sie zeigen den Trend, dass ihre reaktivität von oben nach unten zunimmt.

8. Wie sind die Halogene im Periodensystem platziert und welchen Trend zeigen sie?

Die Halogene sind in Gruppe 17 des Periodensystems platziert. Sie zeigen den Trend, dass ihre Reaktivität von unten nach oben zunimmt.

9. Wie ändern sich die Oxidationszustände der Übergangsmetalle im Periodensystem?

Die Übergangsmetalle in den Perioden 4 – 7 haben typischerweise mehrere mögliche Oxidationszustände, die in einer regelmäßigen Reihenfolge auftreten.

10. Wie beeinflussen die Trends des Periodensystems die chemischen Eigenschaften der Elemente?

Die Trends des Periodensystems beeinflussen die chemischen Eigenschaften der Elemente, indem sie die Bindungsarten und die Stabilität von Verbindungen beeinflussen.