Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 37 Das Periodensystem der Elemente – PSE 3 Das PSE und die Orbitale: Wie schon in Kapitel 2 angedeutet, findet sich die Elektro- nenverteilung in den Orbitalen, wie sie Schrödinger be- schreibt, im Periodensystem wieder. In der heute verwendeten Form des Periodensystems er- kennt man Folgendes: Aktuelle Forschung – Wie und wo werden nun diese superschweren Atome hergestellt? Momentan gibt es 3 große Forschungszentren, die super- schwere Kerne (ab Ordnungszahl 104) herstellen: GSI (Gesellschaft für Schwerionenforschung) Helmholtz Zentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt NBNL (Lawrence Berkeley National Laboratory) in Berkeley, Kalifornien JINR (Joint Institute for Nuclear Research) in Dubna, nahe Moskau Grob gesagt werden bei der Herstellung dieser super- schweren Kerne relativ große Ionen eines Elements (z. B. 70 Zn 10+ oder 58 Fe 8+ ) in irrer Geschwindigkeit auf dünne Folien eines anderen Elements (z. B. Pb) geschossen. Wenn dann 2 Kerne passend zusammenstoßen, kann es zu einer Fusion kommen und ein schwerer Kern entsteht. Die Ausbeute ist relativ gering – weniger als 15 Atome pro Monat Versuchs- zeit sind normal. Auch die Halbwertszeit ist sehr klein, die Kerne zerfallen innerhalb weniger Millisekunden. Durch solche Forschungszentren war es möglich, die 7. Pe- riode des PSE vollständig mit Elementen zu füllen. Im De- zember 2015 wurden die letzten 4 bis dahin noch fehlenden Elemente von der IUPAC offiziell anerkannt. (IUPAC= Inter- national Union of Pure and Applied Chemistry: Internatio- nale Chemikervereinigung, zuständig u. a. für Nomenklatur und chemische Schreibweisen). Zurzeit wird in Darmstadt (D) ein neuer Teilchenbeschleu- niger mit dem Namen FAIR (Facility for Antiproton und Ion Research) gebaut. Er ist sozusagen der kleine Bruder des LHC (Large Hadron Collider) in Genf. (1,1 km Umfang gegen- über 27km). Man erhofft sich, dann dort Elementvarianten erzeugen zu können, die es sonst nur bei Supernova-Explo- sionen gibt. Aber auch medizintechnische Untersuchungen sollen möglich sein. Die Inbetriebnahme ist für 2025 ge- plant. i Bei den Gruppen 1 und 2 werden s-Orbitale gefüllt, bei den Gruppen 13–18 die p-Orbitale. Bei den Neben- gruppen sind es die d-Orbitale („Übergangselemente“) und bei den Lanthanoiden und Actinoiden die f-Orbitale („innere Übergangselemente“). Das ist auch der Grund für den seltsamen Aufbau des heu- tigen PSE, bzw. für die „Lücken“ in den oberen Zeilen ( F5 ). In der ersten Schale gibt es eben nur ein einziges 1 s-Orbital, wenn dieses voll ist, ist die ganze Schale voll und man muss eine neue Zeile beginnen. Untereinander – in den Gruppen – stehen dann jeweils die Elemente, die eine ähnliche Elektro- nenkonfiguration in der äußersten Schale aufweisen. z. B.: 2. Gruppe Be 1 s 2 2 s 2 Mg: [1 s 2 2 s 2 2p 6 ] 3 s 2 Beide Elemente haben auf der äußersten Schale 2 Elektro- nen im jeweiligen s-Orbital. Diese ähnliche Elektronenan- ordnung bewirkt ähnliche chemische Eigenschaften. Die Valenzelektronen: Aus der Unterstufe ist vielleicht noch das Konzept der Außenelektronen bekannt. Außenelektronen sind die Elekt- ronen der äußersten Schale. In der Chemie wird häufig der Begriff Valenzelektronen verwendet. Valenzelektronen sind diejenigen Elektronen, die sich in den äußersten Atomor- bitalen aufhalten: sie – und nur sie – sind für das chemische Verhalten ausschlaggebend. Außenelektronen sind streng genommen nur die Elektro- nen der äußersten s- und p-Zustände. Daher ist dieses Kon- zept der Außenelektronen auch nur auf die Hauptgruppen anwendbar, denn nur bei diesen werden s- oder p-Orbitale aufgefüllt. Ein Atom hat so viele Außenelektronen wie sich e – in den jeweils äußersten s- oder p-Orbitalen aufhalten: 1. Gruppe: 1 Außenelektron 2. Gruppe: 2 Außenelektronen 13. Gruppe: 3 Außenelektronen usw. Nebengruppenelemente können je nach Bindungspartner und Reaktionsbedingungen verschiedene Anzahlen von Valenzelektronen für chemische Bindungen nutzen. Daher ist es schwierig, bei Nebengruppenelementen Vorhersagen über Bindungen zu machen. Abb. 3.5: Periodensystem und Orbitalfüllung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv