Periodische Eigenschaften von Elementen

Position und Kernanziehung

Die Position eines Elements im Periodensystem gibt Hinweise auf die Atomgröße, die Ablösbarkeit eines Elektrons und die Stärke, mit der das Atom Bindungselektronen anzieht.

Diese Trends hängen von der Anziehung des Kerns auf die Valenzelektronen ab. Valenzelektronen liegen in der äußersten Schale. Mit steigender Protonenzahl wird die Kernanziehung meist stärker. Kommen dagegen weitere Schalen hinzu, liegen die Valenzelektronen weiter vom Kern entfernt und spüren seine Anziehung schwächer.

Vier periodische Eigenschaften

Jede Eigenschaft beschreibt einen anderen Aspekt eines Atoms. Die Trendpfeile zeigen Änderungen der Atomgröße, der Energie zum Entfernen eines Elektrons, der Energieänderung beim Hinzufügen eines Elektrons und der Anziehung gemeinsamer Elektronen in einer Bindung.

• Der Atomradius beschreibt die Größe eines Atoms. Atome haben keine scharf begrenzte Oberfläche. Deshalb hängt der angegebene Atomradius vom Messmodell ab und wird häufig aus Abständen zwischen Atomkernen abgeleitet.
• Die erste Ionisierungsenergie ist die Energie, die zum Entfernen des ersten Elektrons aus einem isolierten neutralen Atom in der Gasphase benötigt wird.
• Die Elektronenaffinität ist die Energieänderung, wenn einem isolierten Atom in der Gasphase ein Elektron hinzugefügt wird.
• Die Elektronegativität beschreibt, wie stark ein Atom gemeinsame Elektronen in einer Bindung anzieht.

Der Unterschied zwischen Elektronenaffinität und Elektronegativität liegt in der Situation des Elektrons. Die Elektronenaffinität beschreibt die Energieänderung bei der Aufnahme eines Elektrons durch ein Gasatom. Die Elektronegativität beschreibt die Anziehung gemeinsamer Elektronen innerhalb einer Bindung.

Trends in Perioden und Gruppen

Innerhalb einer Hauptgruppenreihe wie Natrium bis Chlor nimmt die Anzahl der Protonen zu, aber die Valenzelektronen befinden sich immer noch in derselben Hauptschale. Die effektive nukleare Anziehungskraft wird stärker. Infolgedessen nimmt der Atomradius tendenziell ab, während Ionisierungsenergie und Elektronegativität tendenziell zunehmen.

Innerhalb einer Gruppe nach unten wächst die Zahl der besetzten Schalen. Die Valenzelektronen liegen weiter vom Kern entfernt, während innere Elektronen die von ihnen wahrgenommene Kernanziehung verringern. Dieser Effekt heißt Elektronenabschirmung.

Für die Elektronenaffinität werden zwei Vorzeichenkonventionen verwendet. Das IUPAC Gold Book verwendet die bei der Elektronenaufnahme freigesetzte Energie. Eine günstige Aufnahme besitzt damit $\mathrm{EA}>0$. Wird derselbe Vorgang als Reaktionsenergie geschrieben, gilt $\Delta E=-\mathrm{EA}<0$.

Bei einem Chloratom setzt die Aufnahme eines Elektrons Energie frei. Seine Elektronenaffinität ist positiv, $\mathrm{EA}>0$, während die Energieänderung der Reaktion negativ ist, $\Delta E=-\mathrm{EA}<0$:

Edelgase wie $\mathrm{Ar}$ haben bereits stabile Valenzschalen, sodass sie zusätzliche Elektronen nur schwer aufnehmen können. Aus diesem Grund ist die Elektronenaffinität weniger eindeutig als der Atomradius oder die Ionisierungsenergie.

Zwei Elementpaare vergleichen

Vergleiche Elemente derselben Periode oder Gruppe, damit die Ursache deutlich wird:

Diese Vergleiche erklären allgemeine Trends. Bei der Elektronenaffinität oder Paaren wie Mg und Al musst du die Daten und die Unterschalenbelegung prüfen, weil die allgemeine Richtung allein nicht ausreicht.