Wie die Elemente im Periodensystem klassifiziert werden

Das Periodensystem, das alle natürlich vorkommenden und verrückt gemachten chemischen Elemente enthält, ist die zentrale Säule eines jeden Chemieunterrichts. Diese Klassifizierungsmethode geht auf ein Lehrbuch aus dem Jahr 1869 zurück, das von Dmitri Ivanovich Mendeleev geschrieben wurde. Der russische Wissenschaftler bemerkte, dass er, wenn er die bekannten Elemente nach zunehmendem Atomgewicht schrieb, sie leicht nach ähnlichen Merkmalen in Reihen sortieren konnte. Erstaunlicherweise waren die Ähnlichkeiten so ausgeprägt, dass Mendeleev in seiner periodischen Klassifikation Platz für mehrere unentdeckte Elemente lassen konnte.

Im Periodensystem wird ein Element durch seine vertikale Gruppe und seine horizontale Periode definiert. Jede Periode, nummeriert von eins bis sieben, enthält Elemente mit steigender Ordnungszahl. Im Gegensatz zu Mendelejews ursprünglicher Liste basiert das moderne Periodensystem auf der Ordnungszahl oder der Anzahl der Protonen im Atomkern eines Elements. Die Protonenzahl ist eine logische Wahl für die Organisation der Elemente, da Protonen die chemische Identität eines Atoms bestimmen, während das Atomgewicht mit verschiedenen Atomisotopen variiert. Achtzehn Spalten sind im Periodensystem, normalerweise als Gruppen bezeichnet. Jede Gruppe enthält mehrere Elemente, die aufgrund ihrer zugrunde liegenden Atomstruktur ähnliche physikalische Eigenschaften aufweisen.

Das Atom ist die kleinste Teilung der Materie, die ihre Identität als chemisches Element behält; es besteht aus einem zentralen Kern, der von einer Elektronenwolke umgeben ist. Der Kern hat eine positive Ladung durch die Protonen, die die kleinen, negativ geladenen Elektronen anziehen. Die Anzahl der Elektronen und Protonen ist bei einem neutralen Atom gleich. Die Elektronen sind aufgrund der Prinzipien der Quantenmechanik, die die Anzahl der Elektronen in jeder Schale begrenzen, in Orbitalen oder Schalen organisiert. Chemische Wechselwirkungen zwischen Atomen wirken sich normalerweise nur auf die äußeren Elektronen in der letzten Schale aus, die Valenzelektronen genannt werden. Die Elemente in jeder Gruppe haben die gleiche Anzahl von Valenzelektronen, wodurch sie ähnlich reagieren, wenn sie Elektronen an andere Atome aufnehmen oder abgeben. Die Elektronenschalen nehmen an Größe zu, was die zunehmende Periodengröße des Periodensystems verursacht.

Ganz links im Periodensystem befinden sich zwei Gruppen hochreaktiver Metalle. Mit Ausnahme von Wasserstoff besteht die erste Säule aus den weichen, glänzenden Alkalimetallen. Diese Metalle haben nur ein Elektron in ihrer Valenzschale, das bei chemischen Reaktionen leicht an ein anderes Atom abgegeben wird. Aufgrund ihrer explosiven Reaktivität sowohl in Luft als auch in Wasser kommen die Alkalimetalle in der Natur selten in ihrer elementaren Form vor. In der zweiten Gruppe haben die Erdalkalimetalle zwei Valenzelektronen, was sie etwas härter und weniger reaktiv macht. In elementarer Form kommen diese Metalle jedoch noch selten vor.

Die meisten Elemente des Periodensystems werden als Metalle klassifiziert. Die Übergangsmetalle liegen in der Mitte der Tabelle und umfassen die Gruppen drei bis 12. Diese Elemente sind bei Raumtemperatur fest, mit Ausnahme von Quecksilber, und haben die von Metallen erwartete metallische Farbe und Formbarkeit. Da die Valenzschalen so groß werden, werden einige der Übergangsmetalle aus dem Periodensystem herausgenommen und an das untere Ende der Tabelle angehängt; diese sind als Lanthaniden und Aktiniden bekannt. Viele der Übergangsmetalle am unteren Ende des Periodensystems sind selten und instabil.

Auf der rechten Seite des Periodensystems trennt eine grobe diagonale Linie die Metalle links von den Nichtmetallen rechts. Diese Linie überspannen die Metalloide wie Germanium und Arsen, die einige metallische Eigenschaften haben. Chemiker kategorisieren alle Elemente rechts dieser Trennlinie als Nichtmetalle, mit Ausnahme der Gruppe 18 ganz rechts. Viele der Nichtmetalle sind gasförmig und alle zeichnen sich durch ihre Tendenz aus, Elektronen aufzunehmen und ihre Valenzschalen zu füllen.

Gruppe 18 ganz rechts im Periodensystem besteht ausschließlich aus Gasen. Diese Elemente haben volle Valenzschalen und neigen dazu, weder Elektronen zu gewinnen noch zu verlieren. Dadurch liegen diese Gase fast ausschließlich in ihrer elementaren Form vor. Chemiker klassifizieren sie als Edel- oder Inertgase. Alle Edelgase sind farblos, geruchlos und nicht reaktiv.