Periodensystem

Das Periodensystem der chemischen Elemente (PSE) ist eine systematische Darstellung der bekannten chemischen Elemente.

Ordnungsprinzip innerhalb des Periodensystems sind die Ordnungszahlen, beginnend beim Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 bis hin zum schwersten derzeit bekannten Element mit der Ordnungszahl 118.

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1 Atommodell

Grundlage ist ein Atommodell, nach dem jedes Atom aus einem Atomkern und einer Elektronenhülle besteht. Der Atomkern seinerseits besteht aus Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen wird auch Kernladungszahl genannt und ergibt die Ordnungszahl des Atoms. Die Position des Elements im Periodensystem wird durch diese Ordnungszahl und den Aufbau der Elektronenhülle, die sogenannte Elektronenkonfiguration bestimmt. Die Elektronen nehmen verschieden weit vom Atomkern entfernte Bahnen ein, die man sich auf eine Kugeloberfläche/Schale projiziert vorstellen kann. Die erste (niedrigste) Schale kann mit maximal 2 Elektronen besetzt werden, die nächste mit 8 usw.

2 Ionen und Isotope

Das PSE stellt ausschließlich elektrisch neutrale Atome dar, deren Protonenanzahl (man spricht hier auch von der "Kernladungszahl") mit der Elektronenanzahl in der Elektronenhülle übereinstimmt, so dass sich die positiven elektrischen Ladungen der Protonen und die negativen elektrischen Ladungen der Elektronen in der Hülle gegenseitig aufheben; das Atom erscheint nach außen elektrisch neutral.

Atome mit einer abweichenden Elektronenanzahl in der Hülle tragen eine elektrische Ladung und werden als Ionen bezeichnet.

Atome mit gleicher Protonen- aber abweichender Neutronenzahl im Kern zeigen zwar gleiche chemische Eigenschaften, unterscheiden sich aber im Atomgewicht und werden als Isotopen oder Nuklide bezeichnet.

Ionen und Isotope werden vom Periodensystem nicht erfasst, aber zum Teil werden Zusatzinformationen dazu angeboten.

3 Elemente

Das dargestellte Periodensystem zeigt die Elemente vom Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 bis zum jeweils letzten bekannten Element mit der höchsten Ordnungszahl. Die Elemente Technetium und Promethium mit den Ordnungszahlen 43 und 61 und alle Elemente ab Wismut mit der Ordnungszahl 83 sind radioaktiv und zerfallen nach längerer oder kürzerer Zeit entsprechend einer der bekannten Zerfallsreihen in stabile Elemente.

Eines der schwersten bekannte, künstlich hergestellten und sicher nachgewiesenen Elemente ist das zunächst als Ununbium bezeichnete mit der Ordnungszahl 112, das im Jahr 1996 von Forschern der Gesellschaft für Schwerionenforschung in Darmstadt (GSI) hergestellt wurde und von dem zwei Atome nachgewiesen werden konnten. Das Element zerfällt mit einer Halbwertszeit von 240 µs. Die Halbwertszeit dieses und weiterer Elemente ist zu kurz, um chemische Untersuchungen anzustellen.

Russische Forscher vom Vereinigten Internationalen Kernforschungszentrum (JINR) in Dubna bei Moskau stellten 1999 das Element 114 (Ununquadium) her, von dem 3 Atome nachgewiesen werden konnten.

Meldungen aus dem Jahr 1999, man habe am Lawrence Berkeley National Laboratory in Kalifornien auch die Elemente mit den Ordnungszahl 116 und 118 hergestellt, mussten wegen Datenfälschungen eines Mitarbeiters zurückgezogen werden.

2000/2001 meldeten wiederum russische Forscher die Herstellung von Element 116, einem Alphastrahler mit einer Halbwertszeit von 47 ms.

Im Februar 2004 vermeldeten russische und amerikanische Forscher die Herstellung von Element 115 (zumächst Ununpentium genannt), das nach ungewöhnlich langer Halbwertszeit über das gleichfalls neu entdeckte Element 113 (Ununtrium) zu stabilen Kernen zerfällt. Dieses Ergebnis musste noch von anderen Forschungsgruppen reproduziert werden, um die Entdeckungen zu bestätigen.

2006 vermeldeten Forscher aus Dubna die Herstellung von Element 118 (Ununoctium), das über die Elemente 116, 114 und 112 zu stabileren Kernen zerfällt. Die Halbwertszeit der 3 erzeugten Atome betrug nur rund 1 ms.

Im April 2010 vermeldeten Forscher aus Dubna die Herstellung des Elementes 117 mit einer Ausbeute von 6 Atomen nach zweijähriger internationaler Zusammenarbeit.

Jenseits von Element 114 vermuteten Forscher eine „Insel der Stabilität“, in der die Zerfallszeiten der Kerne wieder länger werden. Die Zerfallsdauern der Elemente 114 bis 118 bewegen sich jedoch alle im Millisekunden-Bereich, auch wenn diese länger als die Zerfallsdauern einiger im Periodensystem vor ihnen liegenden Elemente ist.

Eine weitere „Insel der Stabilität“ wird erst wieder jenseits der Ordnungszahl 164 erwartet.

4 Übersicht und Kritik

Die folgende Übersicht zeigt den Stand 1996-2016 mit den 18 IUPAC-Gruppen. Die traditionellen Hauptgruppen geben zugleich die Zahl der Valenzelektronen an. Durch die Verwendung der 18 UPAC-Gruppen ist dieser Zusammenhang jedoch verloren gegangen.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

H 1

He 2

Li 3

Be 4

B 5

C 6

N 7

O 8

F 9

Ne 10

Na 11

Mg 12

Al 13

Si 14

P 15

S 16

Cl 17

Ar 18

K 19

Ca 20

Sc 21

Ti 22

V 23

Cr 24

Mn 25

Fe 26

Co 27

Ni 28

Cu 29

Zn 30

Ga 31

Ge 32

As 33

Se 34

Br 35

Kr 36

Rb 37

Sr 38

Y 39

Zr 40

Nb 41

Mo 42

Tc 43

Ru 44

Rh 45

Pd 46

Ag 47

Cd 48

In 49

Sn 50

Sb 51

Te 52

I 53

Xe 54

Cs 55

Ba 56

(*) 57-71

Hf 72

Ta 73

W 74

Re 75

Os 76

Ir 77

Pt 78

Au 79

Hg 80

Tl 81

Pb 82

Bi 83

Po 84

At 85

Rn 86

Fr 87

Ra 88

(**) 89-103

Rf 104

Db 105

Sg 106

Bh 107

Hs 108

Mt 109

Ds 110

Rg 111

Uub 112

Uut 113

UUq 114

Uup 115

Uuh 116

Uus 117

Uuo 118

(*)

La 57

Ce 58

Pr 59

Nd 60

Pm 61

Sm 62

Eu 63

Gd 64

Tb 65

Dy 66

Ho 67

Er 68

Tm 69

Yb 70

Lu 71

(**)

Ac 89

Th 90

Pa 91

U 92

Np 93

Pu 94

Am 95

Cm 96

Bk 97

Cf 98

Es 99

Fm 100

Md 101

No 102

Lr 103

Legende

Alkalimetalle	Übergangsmetalle	Actinoide	Nichtmetalle
Erdalkalimetalle	Lanthanoide	Metalle	Edelgase	Hauptgruppen

Die Lanthanoide (*) und die Actinoide (**) bilden eine eigene Serie des Periodensystems und sind zur übersichtlichen Darstellung unterhalb der 7. Periode angeordnet.

6 Siehe auch

• Geschichtliche Grundlagen der Chemie