Mehr zum Periodensystem von Mendelejew

Die Ähnlichkeiten zwischen den makroskopischen Eigenschaften innerhalb jeder der chemischen Familien lassen auch mikroskopische Ähnlichkeiten erwarten. Natriumatome sollten in gewisser Weise den Atomen von Lithium, Kalium und den anderen Alkalimetallen ähnlich sein. Dies könnte die damit verbundenen chemischen Reaktivitäten und analogen Verbindungen dieser Elemente erklären.Nach Daltons Atomtheorie können verschiedene Arten von Atomen durch ihre relativen Massen (Atomgewichte) unterschieden werden. Daher erscheint es vernünftig, eine gewisse Korrelation zwischen dieser mikroskopischen Eigenschaft und dem makroskopischen chemischen Verhalten zu erwarten. Sie können sehen, dass eine solche Beziehung besteht, indem Sie Symbole für die ersten Dutzend Elemente in der Reihenfolge zunehmender relativer Masse auflisten. Um Atomgewichte zu erhalten, haben wir

Elemente, die zu Familien gehören, die wir bereits besprochen haben, werden durch Schattierung um ihre Symbole angezeigt. Das zweite, dritte und vierte Element auf der Liste (He, Li und Be) sind ein Edelgas, ein Alkalimetall bzw. ein Erdalkalimetall. Genau die gleiche Sequenz wiederholt sich acht Elemente später (Ne, Na und Mg), aber diesmal geht ein Halogen (F) dem Edelgas voraus. Wenn eine Liste aller Elemente erstellt würde, würden wir die Sequenz Halogen, Edelgas, Alkalimetall und Erdalkalimetall mehrmals finden.

Dmitri Iwanowitsch Mendelejew schlug das periodische Gesetz hinter seinem Periodensystem vor. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn die Elemente in der Reihenfolge zunehmender Atomgewichte aufgelistet werden, ihre Eigenschaften periodisch variieren. Das heißt, ähnliche Elemente haben keine ähnlichen Atomgewichte. Vielmehr werden, wenn wir eine Liste von Elementen in der Reihenfolge ihrer Atomgewichte durchgehen, entsprechende Eigenschaften in regelmäßigen Abständen beobachtet. Um diese periodische Wiederholung ähnlicher Eigenschaften zu betonen, ordnete Mendelejew die Symbole und Atomgewichte der Elemente in der unten gezeigten Tabelle an. Jede vertikale Spalte dieses Periodensystems enthält eine Gruppe oder Familie verwandter Elemente. Die Alkalimetalle sind in Gruppe I (Gruppe I), Erdalkalimetalle in Gruppe II, Chalkogene in Gruppe VI und Halogene in Gruppe VII. Mendelejew war sich nicht ganz sicher, wo er die Münzmetalle platzieren sollte, und so erscheinen sie zweimal. Jedes Mal jedoch sind Kupfer, Silber und Gold in einer vertikalen Säule angeordnet. Die Edelgase wurden fast ein Vierteljahrhundert nach der Veröffentlichung von Mendelejews erstem Periodensystem entdeckt, aber auch sie passten zur periodischen Anordnung. Bei der Konstruktion seines Tisches stellte Mendelejew fest, dass manchmal nicht genügend Elemente vorhanden waren, um alle verfügbaren Räume in jeder horizontalen Reihe oder Periode auszufüllen. Als dies wahr war, nahm er an, dass irgendwann jemand das Element oder die Elemente entdecken würde, die benötigt werden, um eine Periode abzuschließen. Mendelejew ließ daher Leerzeichen für unentdeckte Elemente und prognostizierte ihre Eigenschaften durch Mittelung der Eigenschaften anderer Elemente in derselben Gruppe.

Betrachten Sie als Beispiel für diesen Vorhersageprozess die vierte nummerierte Zeile (Reihen). Scandium (Sc) war 1872 unbekannt; so folgte Titan (Ti) Calcium (Ca) in der Reihenfolge der Atomgewichte. Dies hätte Titan unter Bor (B) in der Gruppe III platziert, aber Mendelejew wusste, dass das häufigste Oxid von Titan, TiO2, eine Formel ähnlich einem Oxid von Kohlenstoff CO2 hatte, anstatt von Bor, B2O3. Deshalb platzierte er Titan unter Kohlenstoff in Gruppe IV. Er schlug vor, dass ein unentdecktes Element, Ekaboron, schließlich unter Bor passen würde. (Das Präfix eka bedeutet „unten.“) Die für Ekaboron vorhergesagten Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle dargestellt. Sie stimmten bemerkenswert mit denen überein, die experimentell für Scandium gemessen wurden, als es 7 Jahre später entdeckt wurde. Diese Vereinbarung war ein überzeugender Beweis dafür, dass ein Periodensystem eine gute Möglichkeit ist, sehr viele makroskopische, experimentelle Fakten zusammenzufassen.

Tabelle \(\pageIndex{1}\). Vergleich von Mendelejews Vorhersagen mit den beobachteten Eigenschaften des Elements Scandium.

* Mendelejew verwendete den Namen „eka“Bor, weil der Leerraum, in den das Element passen sollte, in seinem Periodensystem „unter“ Bor lag.† Der moderne Wert des Atomgewichts von Scandium beträgt 44,96.

Das moderne Periodensystem unterscheidet sich in gewisser Weise von Mendelejews ursprünglicher Version. Es enthält mehr als 40 zusätzliche Elemente, und seine Reihen sind länger, anstatt in versetzten Spalten untereinandergedrückt zu werden. Zum Beispiel sind Mendelejews vierte und fünfte Reihe beide in der vierten Periode der modernen Tabelle enthalten. Dies führt dazu, dass Gallium und nicht Scandium unter Bor im Periodensystem platziert wird. Diese Umlagerung ist auf die Theorie der elektronischen Struktur von Atomen zurückzuführen, insbesondere auf Vorstellungen über Orbitale und die Beziehung der elektronischen Konfiguration zum Periodensystem. Die äußerst wichtige Idee vertikaler Gruppen verwandter Elemente bleibt ebenso erhalten wie Mendelejews Gruppennummern. Letztere erscheinen als römische Ziffern am oberen Rand jeder Spalte in der modernen Tabelle.

Mendelejew war ein außergewöhnlicher Chemiker, der das größte chemische Instrument aller Zeiten zusammenstellen konnte. Er war nicht allein bei der Zusammenstellung der Elemente, und viele andere große Chemiker trugen ebenfalls dazu bei. Die Idee der Elemente begann vor über 5.000 Jahren und nahm vor nur 200 Jahren mit Mendelejews Periodensystem Gestalt an. Es war jedoch nicht das Ende der Bildung des Periodensystems. Es hat sich im Laufe der Zeit verändert und wird sich weiter verändern, da immer mehr Elemente entdeckt werden.

Aus ChemPRIME: 4.2: Das Periodensystem