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3. PSE-Eneg.-Isotope

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1
DAS PERIODENSYSTEM DER
ELEMENTE
NW-Chemie 3.Semester
2
CHNOPS Elemente
Ca, P
K, S, Cl, Na, Mg
I, Fe, Zn…
> 2%
> 0,1%
Spuren
Periodensystem der Elemente
3

Elemente werden nach steigender Ordnungszahl
geordnet
◼ 90
nat.Elemente entdeckt + 30 künstliche Elemente
◼ Ordnungszahl = Kernladungszahl = Protonenzahl


Elemente sind also Stoffe mit der selben Anzahl an
Protonen im Kern!
Massenzahl = Protonenzahl + Neutronenzahl
 e-
verschwindend geringe Masse!
PSE
4

Anordnung der Element im PE spiegelt den Aufbau
ihrer Atome wieder!
 Ordnungszahl
= Anzahl der Protonen im Kern
 Hauptgruppe= Anzahl der Elektronen in der äußersten
Schale (Valenzelektronen)
Exkurs Isotope
5

Atome eines Elements die sich durch Anzahl der
Neutronen im Kern unterscheiden werden ISOTOPE
genannt!
 Gleiche
Ordnungszahl; unterschiedliche Massenzahl!
 → Gewichtsunterschied!
14C
Methode - Radiocarbondatierung
6
 14

C Isotop wird über Nahrung (Pflanze vs. Tier)
aufgenommen – rel. Konstant in Lebewesen
Nach Tod nimmt Anteil in ehem. Lebewesen ab →
Zerfallsgesetz
 5730a

(±40) Halbwertszeit
Ab 600a bis max. 60.000a
Exkurs Elektronenhülle
7
s,p,d- Orbitale
K,L,M,-Schalen
Exkurs Elektronenhülle
8


Atomkerne – Forschungsfeld der Kernphysik
(Valenz-)Elektronen sind für chemische
Bindungen verantwortlich
 Elektronen
und die daraus resultierenden Verbindungen,
Reaktionen und Eigenschaften – Forschungsfeld der
Chemie
„Geschichte“ der Elemente
9
H & He sind die einzigen „original“ BB Atome!
Geschichte des PTE
(Periodic table of the elements)
10
PSE / PE
11

Manche Elemente verfügen über ähnliche
Eigenschaften!
 Mendeljew
/ Meyer 1869 -> Prognose über noch nicht
entdeckte Elemente
PSE
12

Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen im PSE
untereinander!!!
PSE
Conclusio: Durch Stellung im PSE Rückschluss
auf Element/Atomaufbau!
13

Senkrechte Reihen heißen Gruppen
 Gruppe:

Element mit gleicher Anzahl an V-e-
Waagrechte Reihen heißen Perioden
 Perioden:
Elemente mit gleicher Anzahl an
Elektronenschalen
Bsp.: H – 1V-eO – 6V-eF – 7V-eNe - 8V-e-
Übungsbeispiele:
B, K, Cl, Ne
Beispiel Na Atom
14
OZ= 11 → 11p+ & 11 e-
MZ= 23 → OZ-MZ=n0
Periodennummer =3 → 3 Schalen
(k, l, m)
Hauptgruppennummer=1 → 1 Ve-
p+
n0
e-
Schalen
Ve-
11
12
11
3
1
PSE - Hauptgruppen
15
Einerstelle der Hauptgruppennummer
Entspricht der Anzahl der Valenz-e-
Hauptgruppe
Name
1
Wasserstoff &
Alkalimetalle
2
Erdalkalimetalle
13 (3)
Erdmetalle
14 (4)
Kohlenstoffgr.
15 (5)
Stickstoffgr.
16 (6)
Chalkogene
(Erzbildner)
17 (7)
Halogene
(Salzbildner)
18 (8)
Edelgase
PSE
16

Senkrechte Reihen heißen Gruppen
 Haupt-

und Nebengruppen (HG8 / NG10)
Waagrechte Reihen heißen Perioden
Edelgase
= Energie „Paradies“
PSE / PTE
17
Metalle (s)
e- ab
Nichtmetalle (g)(s)
e- auf
Metalle vs. Nichtmetalle
18
80% der Elemente im PSE sind
Metalle
Fe, O, Si, Mg → 93 gew.%
der Erde
(35,30,15,13%)
Energie Trend im PSE
19
PSE / PE
Übergangsmetalle
20
Lanthanoide
Actinoide
Halbmetalle
Übergangsbereich zwischen Metallen & Nichtmetallen
Schwermetalle - Dichte
21
Dichtevergleiche
 Ab
5 g/cm3 – kg/dm3 – t/m3 = Schwermetall
Schwimmt

LM
Material [20°C]
Dichte ρ [g/cm3]
Luft
1,2 kg/m3 (!)
Styropor
0,02 - 0,04
Fichtenholz
0,5
Wasser
0,998 (1)
Al
2,71
Ti
4,5
Fe (Stahl)
SM
7,85 – 7,9
Pb
11,3
Au
19,3
Os
22,6
Teuersten Elemente der Welt
22
Antiwasserstoff
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
C
Antimaterie (H) 57*10^9€/g
Californium
25.000.000€/g
Kohlenstoff
19000€/g
Plutonium
3700€/g
AKW
Osmium
1300€/g
Rhodium
38€/g
Gold
35€/g
Platin
30€/g
Ca
-
Schmuck
Kugelschr.
Schmuck
Schmuck
Schmuck
PSE / PE
23
1. Hauptgruppe → Alkalimetalle (ohne H Wasserstoff)
2. Hauptgruppe → Erdalkalimetalle
Exkurs Alkali- & Erdalkalimetalle
24

Alkalimetalle
Hauptgruppe – 1 Ve Weich, silbrig glänzend, niedrige Ionisierungsenergie
 ~5% in der Erdkruste (K vor Na…)
 Liegen meist als Kationen vor (e- Abgabe)
 Teil heftige Reaktion mit Wasser
 Vertreter:
 1.
◼ Li
steigende Nachfrage durch Akkumulatoren (Handy)
◼ Na in Natriumchlorid - Kochsalz
Li-Ionen /Li-Polymerakku
Exkurs Smartphone
25

Bis zu 30 versch. (teils wertvolle) Metalle im
Smartphone
 400mg
Silber
 35mg Gold
 10mg Palladium
Achtung nur 2-3% des
Akkugewichts entfällt auf Li!
Quellen und Bildquellen ua.: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/digitec/smartphone-so-wertvoll-sind-die-metalle-in-den-geraeten-17907326.html
Exkurs Smartphone
26
Quellen und Bildquellen ua.: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/digitec/smartphone-so-wertvoll-sind-die-metalle-in-den-geraeten-17907326.html
Exkurs Smartphone
27
Im Jahr 2021
Ww → 20400000 Handys
Verkauft
Enormer Impact auf die Natur
• Förderung der Rohstoffe
• Abbau, Minen, Transport
• Aufreinigung
• Weiterverarbeitung
• Bauteile
Quellen und Bildquellen ua.: https://www.faz.net/aktuell/wirtschaft/digitec/smartphone-so-wertvoll-sind-die-metalle-in-den-geraeten-17907326.html
Konfliktminerale / Konfliktrohstoffe
28
Exkurs Smartphone
29

Umweltschutz
 Handys
möglichst lange verwenden
 Alte Handys / Handhelds recyclieren
◼ Meisten
Rohstoffe super recyclebar (~85%)
◼ Urban Mining
◼
1t Handys → 200 - 300g Gold ua. Metalle enthalten (Cu, Ag,
Pt,…)
 Enormer
◼ Alu,
◼
Eingriff in die Natur
Gold, Cu – Urproduktion
1t Cu → 200t Erdreich abtragen!
„Natriumdampflampen“
30
Gasentladungslampe
 Natriumdampf-Hochdrucklampen
 Monochromatisches
Licht
 Keine Leuchtstoffschicht benötigt → Sichtbarer
Emissionsbereich (gelb-orange, 590nm)
Exkurs Alkali- & Erdalkalimetalle
31

Erdalkalimetalle
2. Hauptgruppe – 2 Ve Leichtmetalle, silbrig-weiß glänzend, eher niedrige
Ionisierungsenergie
 ~4% in der Erdkruste (Ca vor Mg…)
 Liegen meist als Kationen vor (e- Abgabe)

◼
Geben 2e- ab → Ca0 → Ca2+ + 2e-
Weniger reaktiv als Alkalimetalle
 Vertreter:

Mg → wichtig für Muskeln und Nerven
◼ Ca → Hartsubstanz der Knochen (CaPO4)
◼
Exkurs Alkali- & Erdalkalimetalle
32
Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser
→ Beachte die steigende Reaktivität
PSE / PE
33
Conclusio: Elemente mit ähnlichen Eigen-schaften stehen in räumlicher Nähe.
PSE / PE
34
7. Hauptgruppe → Halogene
8. Hauptgruppe → Edelgase
Exkurs Halogene
35

„Salzbildner“
 Reagieren

mit Metallen unter Bildung von Salzen
Hohe EN 7 Valenzelektronen→ Oktettregel
 „Elektronenräuber“!




F, Cl, Br, I (meist Anion)
Reaktionsfreudige NM! (liegen selten elementar vor)
Meist Gasförmig vorkommend
Verb.: Natriumchlorid NaCl
Exkurs Edelgase
Oktettregel
36

8 (2) Valenzelektronen → Edelgaskonfiguration
 Achtung


He ist eine Ausnahme – 2Ve-!
He, Ne, Ar, Xe, Kr
Reaktionsunfreudig
 Liegen
Atomar vor
 Nur sehr wenige Verbindungen mit EN Elementen

Lampen (Neonröhren), Gasentladungslampen,
Luftschiffe (He), Inertgas-Schweißen
Exkurs Edelgase – Noble gases
37

Gasentladungslampen
Exkurs „Neonröhren“
38

Umgangssprachlich für Leuchtstoffröhren
 Niederdruck-Gasentladungsröhre
◼ Hg-Dampf
+ Neon-Argon Gemisch
 Fluoreszierende
Leuchtstoffschicht
◼ Phosphorverbindungen

Hg-Atome werden mit e- beschossen (Angeregt)
→ Plasma entsteht → Rückfall der e- → UVLicht wird abgegeben → Leuchtstoffschicht
wandelt Licht in sichtbares Licht um
Überblick ☺
39

https://www.youtube.com/watch?v=rz4Dd1I_fX0
Gruppenarbeit 2P – PTE App
40
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Nenne drei Elemente mit besonders großen und drei Elemente mit
besonders kleinen Atomen!
Nenne drei besonders elektronegative Element!
Welche Gruppe im PSE verfügt über besonders hohe
Ionisierungsenergien (IE)?
Welches Element besitzt den niedrigsten Kondensationspunkt &
Siedepunkt?
Welche Elemente sind bei Normalbedingungen (l) bzw. (g)?
Welche drei Elemente besitzen die höchste Schmelztemperatur?
Wann wurde der Sauerstoff (ungefähr) entdeckt?
Welche beiden radioaktiven Elemente teilen sich neuerdings die größte
relative Atommasse? Was sind deren Halbwertszeiten?
Welches oft giftige chemische Element kannten Cäsar und Alexander
der Große noch nicht – Kolumbus aber schon!?
Nenne die drei am häufigsten in der Erdhülle vorkommenden Elemente!
Trends im PSE
41
1.
2.
3.
4.
Atomradius
Metallcharakter
Ionisierungsenergie
Elektronegativität
Trends im PSE
42

Atomradius
Nimmt ab
Nimmt
zu
 Steigende
Anzahl von p im Kern erhöht e- Anziehung
(Kernabschirmung)
 Je Periode eine Elektronenschale mehr
Trends im PSE
43

Metallcharakter
abnehmend
zunehmend



Übergangsbereich Bor-Astat-Linie
Metalle geben e- ab – große Atome
Ausnahme Wasserstoff! (Links aber kein M)
Trends im PSE
44

Ionisierungsenergie
 Energie
die benötigt wird um eine Atom in ein Ion dh.
geladenes Atom zu überführen
 Da Protonen fest im Kern sitzen können nur e- entzogen
werden
 Große Atome (vgl. Atomradien) können ihre äußersten
e- nur sehr schwer festhalten
zunehmend
Na→ Na+ + eabnehmend
Edelgaskonfiguration von Neon ☺
Trends im PSE
Edelgase höchsten
Ionisierungsenergien
Große Metallatome
Niedrige IE
45

Ionisierungsenergie
Quelle
Wikipedia
Trends im PSE
46

Elektronegativität
zunehmend
abnehmend

Achtung Edelgase – keine EN da volle Schalen!
Exkurs Elektronegativität
47

Polare Atombindungen:
 Linus
Pauling: „Elektronegativität ist das Vermögen
eines Atoms (in einer Verbindung) Elektronen an sich zu
ziehen!“
 Hohe
EN:
◼ Halogene
◼
O, N, C
(F, Cl, I, Br)
Exkurs Elektronegativität
48

Berechnung der Elektronegativitätsdifferenz
 PSE
– Elektronegativitätswerte
 Jede Bindung einzeln betrachten
 Keine negativ-Werte

Bsp.: NaCl / H2 / H2O / O2
Exkurs - Elektronegativität
49
F
Na
Große EN∆ der Bindungspartner (zBsp. Metall & Nichtmetall-Halogen)
Exkurs Elektronegativität
50
N
N
Keine EN∆ der Bindungspartner (Elementverbindungen; N2, O2,…)
PSE / PE
51

Alternative Periodensysteme!
Langform-PSE
Kreis-PSE
Spiralform-PSE
PSE / PE
52
Film: Das Periodensystem der Elemente
Weiterführende Informationen
53

Nette Links:
 http://www.periodensystem.info/periodensystem/?cc_y
es=1&cc_time=1446987578
 http://www.ptable.com/?lang=de#Writeup/Wikipedi
a
Eigenschaften
Orbitale
Isotope
…
Fragen zum Kapitel
54





Skizziere ein PSE und zeichne die Hauptgruppen
sowie deren Namen ein
Eigenschaften der Halogene, Alkali-,
Erdalkalimetalle und Edelgase
Ionisierungsenergie & Elektronegativität erklären
können (Tendenz im PSE)
Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle im PSE
verorten
Stöchiometrische Berechnungen
Fragen zum Kapitel
55



p, n, e, Ve- & Schalenanzahl aus dem PSE
herauslesen
Erkläre warum H Wasserstoff nicht zu den
Alkalimetallen gehört aber dennoch in der 1.
Hauptgruppe steht?
Erkläre die Oktettregel; Warum bildet He Helium
hier eine Ausnahme?
Ausblick
56

Nächstes Kapitel
 Chemische
Bindung
◼ Kernstück
der Chemie – ohne Verständnis des
Bindungsaufbau keine Chemie möglich
◼ Atombindung,
Ionenbindung, Metallbindung
◼ Materialeigenschaften
Gruppenarbeit Elemente
57


1. Klasse Tagesschule
Ziel: Wichtigsten Eigenschaften der wichtigsten
Elemente in Gruppen herausarbeiten!
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