Die Entdeckung des Periodensystems der chemischen Elemente: Eine kurze Reise von den Anfängen bis heute

57 Pages·2019·1.494 MB·German

by  Torsten Schmiermund

Torsten Schmiermund
Die Entdeckung des
Periodensystems
der chemischen
Elemente
Eine kurze Reise von den Anfängen
bis heute
essentials
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Torsten Schmiermund
Die Entdeckung des
Periodensystems der
chemischen Elemente
Eine kurze Reise von den Anfängen
bis heute
Torsten Schmiermund
Frankfurt am Main, Deutschland
Elektronisches Zusatzmaterial für dieses Buch ist in Kapitel 1 enthalten.
ISSN 2197-6708 ISSN 2197-6716 (electronic)
essentials
ISBN 978-3-658-28318-6 ISBN 978-3-658-28319-3 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-658-28319-3
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Was Sie in diesem essential finden können
• Einen historischen Abriss zur Entwicklung des Periodensystems der Elemente
(PSE)
• Informationen zu Vorarbeiten und Vorläufern des PSE
• Eine Erklärung des Aufbaus des PSE
• Unterschiedliche Varianten der Darstellung
V
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .................................................. 1
2 Geschichte des Periodensystems ............................... 3
2.1 Die Atomtheorie ......................................... 3
2.2 Die Atommassen ........................................ 5
2.3 Frühe Versuche einer Systematisierung ....................... 7
2.3.1 Prout’s Urstofftheorie ............................... 7
2.3.2 Döbereiners Triadenlehre ............................ 8
2.3.3 De Chancourtois’ Zylinder ........................... 8
2.3.4 Odlings Ordnungssystem ............................ 9
2.3.5 Newlands Oktavengesetz ............................ 10
2.4 Mendelejews Tabelle ..................................... 11
2.5 Mendelejews Voraussagen ................................. 14
2.6 Mendelejew oder Meyer? .................................. 14
2.7 Weiterentwicklung des PSE ................................ 16
3 Der Atombau ............................................... 19
3.1 Aufbau des Atomkerns .................................... 19
3.2 Aufbau der Atomhülle .................................... 20
3.2.1 Atommodell nach Bohr ............................. 20
3.2.2 Bohr-Sommerfeld’sches Atommodell .................. 22
3.2.3 Orbitalmodell ..................................... 23
3.3 Besetzung der Atomhülle mit Elektronen ..................... 24
4 Die Periodizität ............................................. 27
4.1 Periodizität der physikalischen Eigenschaften .................. 27
4.1.1 Atomvolumen ..................................... 27
4.1.2 Ionisierungsenergie ................................ 28
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
4.1.3 Elektronenaffinität ................................. 28
4.1.4 Weitere periodische physikalische Eigenschaften ......... 31
4.2 Periodizität der chemischen Eigenschaften .................... 31
4.2.1 Elektronegativität .................................. 31
4.2.2 Wertigkeit und Oxidationszahl ........................ 32
4.2.3 Saurer bzw. basischer Charakter der
Oxide und Hydride ................................. 33
4.3 Zusammenfassung Periodizität ............................. 35
5 Das heutige PSE ............................................ 37
6 Andere Formen des Periodensystems ........................... 41
6.1 Periodensysteme in „alter Form“ ............................ 41
6.2 Periodensystem nach Thomsen und Bohr ..................... 43
6.3 Schleifen und Spiralen .................................... 43
6.4 Kurzperiodensysteme ..................................... 43
6.5 Periodensystem nach A. v. Antropow ........................ 45
6.6 Geteiltes Langperiodensystem .............................. 45
Literatur ...................................................... 53
1
Einleitung
Vor 150 Jahren, 1869, wurde das „periodische System der Elemente“ entdeckt. Es
wurde nicht von Naturwissenschaftlern entwickelt – es wurde genauso entdeckt,
wie auch die chemischen Elemente entdeckt wurden. Das Periodensystem ist eine
‚von der Natur gegebene Ordnung‘ und wurde vom Menschen nur in eine Form
gebracht.
Für viele ist das Periodensystem ein Sinnbild für den oft als schwierig oder
gar lästig empfundenen Chemieunterricht der Schule. Gleichzeitig ist es aber
auch ein Sinnbild für „die Chemie“ – so wie das rote „A“ ein Sinnbild für Apo-
theken darstellt. Schauen Sie doch einmal selbst, was so alles mit aufgedrucktem
Periodensystem angeboten wird: Tassen, Mauspads, Duschvorhänge, Badetücher,
Kissenbezüge, Teppiche, Brotdosen u. a. m.
Für die meisten Personen, die keine ausgeprägte Chemie-Affinität besitzen, ist
das PSE wohl einfach nur eine komplizierte Tabelle, in der zwar die chemischen
Elemente nach ihrer Ordnungszahl aufgereiht sind, aber leider in unterschiedlich
langen Reihen (Perioden), ohne dass sich der Sinn dahinter erschließt. Erst bei
näherer Betrachtung zeigen sich über die Spalten (Gruppen) Verwandtschaften
der einzelnen Elemente. Ist man mit der Elektronenstruktur der Elemente ver-
traut, kennt man den Aufbau der Atomhülle, so erschließt sich auch, warum die
Perioden unterschiedliche Längen haben. Wie so oft in den Naturwissenschaften
lohnt sich ein zweiter Blick.
Das Periodensystem ist zeitlos. Die Entdeckung der Edelgase Ende des
19. Jahrhunderts brachte es nicht ins Wanken, man konnte sie einfach hinzu-
fügen. Neuere Erkenntnisse zum Aufbau vom Inneren der Atome zu Beginn des
Elektronisches Zusatzmaterial Die elektronische Version dieses Kapitels enthält
Zusatzmaterial, das berechtigten Benutzern zur Verfügung steht. https://doi.
org/10.1007/978-3-658-28319-3_1
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T. Schmiermund, Die Entdeckung des Periodensystems der chemischen
Elemente, essentials, https://doi.org/10.1007/978-3-658-28319-3_1
2 1 Einleitung
20. Jahrhunderts halfen den Aufbau des Systems besser zu verstehen. Das quanten-
mechanische Atommodell fügte dem PSE keinen Schaden zu und die zwischen
1960 und 2016 durch den Menschen erzeugten „neuen“ Elemente passen ebenfalls
problemlos in dieses Schema. Daneben lässt sich der Wert dieser „Tabelle“ in theo-
retischer, praktischer und pädagogischer Sicht kaum hoch genug einschätzen.
Was sie wissen sollten
Wenn Sie ein „alter Hase“ sind, sich bereits gut mit Chemie auskennen: Nur zu.
Viel Freude mit dem Buch.
Sind Sie eher der „chemische Anfänger“, dann sollten Sie zumindest mit
den Atomsymbolen („chemische Abkürzungen“) für die Elemente vertraut sein.
Gegebenenfalls nehmen Sie sich einfach eines der (farbigen) Periodensysteme zur
Hand, die als Zusatzmaterial unter https://doi.org/10.1007/ 978-3-658-28319-3_1
auf der Seite dieses Werkes zum Download zur Verfügung stehen.
Weiterhin ist es von Vorteil, über etwas Vorwissen zum Thema Atombau zu
verfügen. Die kurz gefassten Erläuterungen in diesem Buch können nur der
Wiederholung/Auffrischung dienen. Ggfs. greifen Sie auf die am Ende auf-
geführte Literatur zurück.
Literaturhinweis
Sollten Sie sich näher mit dem Thema beschäftigen wollen, dann werfen Sie
einen Blick in das Literaturverzeichnis. Hier finden Sie, neben der für dieses
essential verwendeten Literatur, weitere Buchtipps.