Seminar Anorganisch-Chemisches Grundpraktikum Thema: Periodisches System der Elemente Referent: Eric Thiel

Gliederung 1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Welche Sachverhalte haben zur Aufstellung des Periodischen Systems geführt ? - Wo ergaben sich Unstimmigkeiten, wie wurden diese später verständlich? 2.) Das moderne Periodensystem als Aufbauschema der Elektronenhüllen der Atome

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems (der Elemente) Aristoteles, Demokrit, Paracelsus Robert Boyle (1627 - 1691): „Elemente sind Substanzen, die sich nicht in andere Stoffe zerlegen lassen“ Quelle: http://www.twin-art.de/bilder_ks/4_elemente/files/kerstin_4_elemente.gif

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Dalton, Berzelius  relative Atommassen Zunehmende Anzahl an Elementen, Einige Elemente zeigen ähnliche chemische Eigenschaften J.W. Döbereiner erstellt 1817 – 1829 Triaden System relative Atommassen: Massenverhältnisse bei chemischen Reaktionen Döbereiner: Zusammenhang zwischen der Atommasse und den chemischen Eigenschaften Quelle: http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Karlsruher Kongreß (1860) Erweiterung der Kenntnis über die relativen Atommassen 1863 Newlands Oktavengesetz Quelle: http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Mendelejews Periodensystem 1869 Quelle: Annalen der Chemie und Pharmacie, VIII. Supplementband 1871, S. 133-229, Mendelejew Die periodische Gesetzmäßigkeit der Elemente

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Unstimmigkeiten in Mendelejews Periodensystem 2.) Elemente die in einer Gruppe stehen unterscheiden sich teilweise erheblich voneinander 1.) Anordnung der Elemente nach ihrer Atommasse 3.) Es wurden Elemente entdeckt für die man keinen sinnvollen Platz fand (Holmium, Samarium)

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems Erklärungen 1.) Von jeder Gruppe hätte ein Element bekannt sein müssen. 2.) Mendelejew hat versucht immer Achterreihen (Perioden) zu bilden. Schlußfolgerung Die Atommasse kann nicht für die Periodizität verantwortlich sein. Perioden sind unterschiedlich lang. Rutherford  Atomkern, Atomhülle Die periodische Wiederholung analoger Elektronenkonfigurationen innerhalb der äußeren Schale liefert periodisch auftretende Elemente. Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente sind eine Funktion der Ordnungszahl Das Problem wurde 1913–1914 von Henry G. J. Moseley gelöst. Wenn Kathodenstrahlen (Elektronen) mit einer Hochspannung gegen eine Anode beschleunigt werden, kommt es zur Ausstrahlung von Röntgenstrahlen ( 6.7). Die Röntgenstrahlung kann in ein Spektrum je nach Wellenlänge 6.7 Röntgenröhre zerlegt werden; dabei wird ein Linienspektrum beobachtet, das sich photographisch registrieren lässt. Je nach Element, das als Anoden-Material verwendet wird, erhält man ein anderes Spektrum, das aus einigen wenigen Linien besteht. Moseley untersuchte die Röntgenspektren von 38 Elementen mit den Ordnungszahlen 13 (Aluminium) bis 79 (Gold). Für jeweils eine bestimmte Linie des Spektrums fand er eine lineare Beziehung zwischen der Wurzel aus der zugehörigen Frequenz und der Ordnungszahl des Elements ( 6.8). Mit Hilfe der Röntgenspektren konnte Moseley für jedes Element die richtige Ordnungszahl bestimmen. Er bestätigte die richtige Einordnung der Elemente, die aufgrund der Atommassen in anderer Reihenfolge stehen sollten. Er stellte fest, dass 14 Elemente in der Serie von 58Ce bis 71Lu stehen müssen (in 6.6 als Fußnote aufgeführt), und dass diese dem Lanthan folgen müssen. Moseleys Diagramm zeigte auch das Fehlen von vier unbekannten Elementen mit den Nummern 43, 61, 72 und 75. Aufgrund der Moseleyschen Arbeiten wurde das Ordnungsprinzip des Periodensystems neu definiert: Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente sind eine Funktion der Ordnungszahl. Die von Moseley bestimmten Ordnungszahlen stimmten etwa mit den Kernladungszahlen überein, die Rutherford nach den Streuexperimenten mit -Strahlen berechnet hatte. Moseley stellte deshalb fest: ,,Im Atom gibt es eine fundamentale Größe, die in regelmäßigen Schritten von einem Element zum anderen zunimmt. Diese Größe kann nur die positive Ladung des Atomkerns sein.‘‘ Die Ladungszahl des Kerns ist somit identisch mit der Ordnungszahl Z des Elements. Röntgenstrahlen sind elektromagnetische Strahlen mit erheblich kürzerer Wellenlänge, d.h. mit höherer Frequenz als sichtbares Licht (vgl. 6.2, S. 61). Die vom Anodenmaterial der Röntgenröhre ausgehende Röntgenstrahlung stammt, ähnlich wie das vom Wasserstoff-Atom emittierte Licht, von Elektronensprüngen in den Atomen. Die energiereichen Kathodenstrahlen schlagen Elektronen aus inneren Schalen der Atome des Anodenmaterials heraus. Elektronen, die anschließend unter Energieabgabe aus äußeren Schalen auf die freien Plätze der inneren Schalen springen, geben Anlass zur Röntgenemission. Bei einem Sprung von einer äußeren Schale auf die K-Schale wird ein relativ hoher Energiebetrag freigesetzt, die Frequenz der zugehörigen Röntgenstrahlung ist dementsprechend hoch. Die Energieabgabe eines solchen Elektronenübergangs ist proportional zum Weiterhin bleibt die Frage offen warum sich chemische Eigenschaften wiederholen

1.) Historische Entwicklung des Periodensystems 1913-1914 Moseley Gesetz  Ordnungszahl ist nicht durch Atommasse sondern durch Kernladungszahl bestimmt. S.66 Die Ordnungszahl eines Elements kann nach dem Moseley-Gesetz aus dem Röntgenspektrum bestimmt werden. Die Einordnung der Elemente in das Periodensystem erfolgt nach der Ordnungszahl. Einander chemisch ähnliche Elemente stehen untereinander und haben die gleiche Elektronenkonfiguration in der äußeren Schale; sie bilden eine Gruppe. Je nachdem, in welche Unterschale das beim Aufbau zuletzt hinzugekommene Elektron gekommen ist, unterscheidet man: Hauptgruppen bei s- und p- Unterschalen; Nebengruppen (Übergangsmetalle) bei d-Unterschalen; Lanthanoide und Actinoide bei f-Unterschalen. Edelgase haben die Elektronenkonfiguration ns2np6 (außer Helium, das 1s2 hat); diese Konfiguration zeichnet sich durch eine besondere Stabilität aus. Quelle: Mortimer

2.) Das moderne Periodensystem als Aufbauschema der Elektronenhüllen der Atome

2.) Das moderne Periodensystem als Aufbauschema der Elektronenhüllen der Atome Pauli Prinzip

2.) Das moderne Periodensystem als Aufbauschema der Elektronenhüllen der Atome Hund‘sche Regel Quelle: Mortimer, 10. Auflage

2.) Das moderne Periodensystem als Aufbauschema der Elektronenhüllen der Atome

Literaturverzeichnis 1.) Binnewies, 2004, Allgemeine und anorganische Chemie 2.) Riedel , 10. Auflage (2010), Allgemeine und anorganische Chemie 3.) Mortimer, 10. Auflage, Chemie