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1869 veröffentlichte Dmitri Mendelejew einen Artikel mit dem Titel "Über die Beziehung der Eigenschaften der Elemente zu ihren Atomgewichten". In dieser Arbeit erstellte er eine geordnete Anordnung der Elemente, listete sie nach zunehmendem Gewicht auf und ordnete sie auf der Grundlage ähnlicher chemischer Eigenschaften in Gruppen. Obwohl viele Jahrzehnte verblieben sind, bevor die Details der Atomstruktur entdeckt werden könnten, hat Mendeleevs Tabelle bereits Elemente in Bezug auf ihre Wertigkeit organisiert.
Elemente und Atomgewicht
In Mendeleevs Zeit galten Atome als unteilbare, einzigartige Einheiten. Einige waren schwerer als andere, und es schien vernünftig, die Elemente durch Gewichtserhöhung zu ordnen. Bei diesem Ansatz gibt es zwei Probleme. Erstens ist das Messen des Gewichts eine schwierige Aufgabe, und viele der akzeptierten Gewichte von Mendeleevs Tag waren nicht korrekt. Zweitens stellt sich heraus, dass das Atomgewicht nicht wirklich der relevante Parameter ist. Das heutige Periodensystem ordnet die Elemente in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl an, dh der Anzahl der Protonen im Kern. In Mendeleevs Zeit waren Protonen noch nicht entdeckt worden.
Elemente und chemische Eigenschaften
Mendeleev schrieb: "Die Anordnung nach dem Atomgewicht entspricht der Wertigkeit des Elements und bis zu einem gewissen Grad dem Unterschied im chemischen Verhalten." Die Valenz war nach Mendeleevs Verständnis ein Hinweis auf die Fähigkeit eines Elements, sich mit anderen Elementen zu verbinden. Mendeleev kombinierte die Ordnung des Atomgewichts mit gemeinsamen Valenzen, um die Elemente in einer Tabelle zu organisieren. Das heißt, er ordnete die Elemente in Gruppen nach ihren chemischen Eigenschaften. Da sich diese Eigenschaften so oft wiederholen, war das Ergebnis ein Periodensystem, in dem jede vertikale Spalte, die als Gruppe bezeichnet wird, Elemente mit ähnlichen Merkmalen enthält, und jede horizontale Zeile, die als Periode bezeichnet wird, die Elemente nach Gewicht ordnet und von links nach rechts zunimmt und von oben nach unten.
Atomare Struktur
Ungefähr 50 Jahre nach Mendeleevs erstem Periodensystem entdeckten Wissenschaftler, dass das Atom um einen Kern mit positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen aufgebaut war - beide sind relativ schwer. Der positiv geladene Kern ist von einer Wolke negativ geladener Elektronen umgeben. Die Anzahl der Protonen - auch Ordnungszahl genannt - entspricht typischerweise der Anzahl der Elektronen. Es stellt sich heraus, dass die Anzahl der Elektronen, die ein Element besitzt, maßgeblich seine chemischen Eigenschaften bestimmt. Die richtige Reihenfolge im Periodensystem wird also durch die Anzahl der Elektronen bestimmt, nicht durch das Gewicht, wie Mendelejew ursprünglich vorgeschlagen hatte.
Valenzelektronen
Die Elektronen in der Wolke, die einen Elementkern umgeben, sind in Schichten angeordnet, die als Schalen bezeichnet werden. Jede Schale hat eine bestimmte Anzahl von Elektronen, die sie aufnehmen kann. Wenn jede Schale gefüllt ist, wird eine neue Schale hinzugefügt, bis alle Elektronen berücksichtigt sind. Elektronen in der äußersten Schale werden Valenzelektronen genannt, da ihre Wechselwirkungen die chemischen Eigenschaften eines Elements bestimmen. Die Säulen, die eingerichtet wurden, um Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften zu gruppieren, stellen sich als genau dieselben Säulen heraus, die durch die Anzahl der Valenzelektronen definiert sind. Elemente in Gruppe 1A haben nur ein Valenzelektron, und jede Spalte rechts von Gruppe A fügt ein weiteres Valenzelektron hinzu. Die Organisation wird mit den Elementen der Gruppe B etwas trübe, aber jedes von ihnen ist auch nach der Anzahl der Valenzelektronen gruppiert.