Abkürzung PSE, systematische tabellarische Anordnung aller chemischen Elemente, die die Gesetzmäßigkeiten des atomaren Aufbaus und der physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente widerspiegelt.
Aufbau des PSE:
In den waagerechten Zeilen des PSE, den Perioden, werden die Elemente nach steigender Ordnungszahl (Z), in den senkrechten Spalten, den Gruppen (oder Elementfamilien) nach ähnlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften eingeordnet. Die einzelnen Gruppen werden nach der neueren IUPAC-Notation (in der es keine Haupt- und Nebengruppenelemente mehr gibt) mit den Ziffern 1 bis 18 bezeichnet, jedoch sind die alten Kennzeichnungen für die Haupt- und Nebengruppen noch gebräuchlich.
Die auf die beiden ersten Elemente Wasserstoff und Helium (1. Periode) folgenden 16 Elemente Lithium (Z = 3) bis Argon (Z = 18), die die 2. und 3. Periode bilden, lassen sich acht verschiedene Gruppen, den Hauptgruppen, zuordnen (die älteren Bezeichnungen lauten I A bis VIII A). Die einer solchen Gruppe angehörenden Elemente verhalten sich chemisch sehr ähnlich, denn ihre Atome besitzen die gleiche Anordnung der Außenelektronen. Feinere Unterschiede im chemischen Verhalten bei den Elementen einer Gruppe beruhen u. a. auf den unterschiedlichen Atomgrößen. Die auf das Element Argon folgenden Elemente Kalium und Calcium, mit denen die 4. Periode beginnt, schließen in ihren Eigenschaften wieder an die Elemente der ersten und zweiten Hauptgruppe an; die auf sie folgenden zehn Elemente Scandium (Z = 21) bis Zink (Z = 30) weichen in ihren Eigenschaften jedoch von den Hauptgruppenelementen ab und werden acht Nebengruppen zugeordnet (die älteren Bezeichnungen lauteten I B bis VIII B), wobei die drei einander ähnlichen Elemente Eisen, Kobalt und Nickel in einer einzigen Nebengruppe (Gruppe 8) zusammengefasst werden. Die auf das Zink folgenden Elemente Gallium (Z = 31) bis Strontium (Z = 38) gehören wieder zu den Hauptgruppen, die Elemente Yttrium (Z = 39) bis Cadmium (Z = 48) zu den Nebengruppen. Die weitere Einordnung ab dem Element Indium (Z = 49) erfolgt nach dem gleichen Schema. Eine Besonderheit ergibt sich in den Perioden 6 und 7 dadurch, dass das Element Lanthan (Z = 57) und die darauf folgenden, dem Lanthan sehr ähnliches Elemente Cer (Z = 58) bis Lutetium (Z = 71) unter der Bezeichnung Lanthanoide und das Element Actinium (Z = 89) und die darauf folgenden Elemente Thorium (Z = 90) bis Lawrencium (Z = 103) unter der Bezeichnung Actinoide in gesonderten Reihen außerhalb des eigentlichen Systems aufgeführt werden.
Gruppennamen:
Die Elemente der Hauptgruppen werden allgemein unter besonderen Namen (als Alkalimetalle, Erdalkaligruppe, Borgruppe, Kohlenstoffgruppe, Stickstoffgruppe, Chalkogene, Halogene, Edelgase) zusammengefasst. In einigen Fällen zeigt das oberste Element einer Gruppe geringere Verwandtschaft zu den darunter stehenden Elementen als zu dem diagonal darunter stehenden Element (Schrägbeziehung im PSE); eine derartige erhöhte Ähnlichkeit findet sich z. B. bei den Elementen Lithium und Magnesium, Beryllium und Aluminium, Bor und Silicium.
Physikalische Erklärung:
Da die chemischen Eigenschaften eines Atoms von der Zahl der Hüllenelektronen bestimmt werden, findet das PSE seine physikalische Erklärung im Schalenaufbau der Atomhüllen (Atom), der durch die Quantentheorie theoretisch begründet wird. Dem Ausbau der äußeren Elektronenschalen mit den Hauptquantenzahlen n = 1 bis 3 entsprechen die ersten drei Perioden. Bei der weiteren Aufreihung erfolgt an einigen Stellen aus energetischen Gründen vor dem weiteren Auffüllen der äußeren Elektronenschalen ein Besetzen der inneren Elektronenschalen (p-, d- und f-Orbitale). Die entsprechenden Elemente (Übergangselemente) werden in den Nebengruppen zusammengefasst. Sie sind in ihrem chemischen Verhalten sehr ähnlich, da die chemischen Eigenschaften eines Elements überwiegend von der Zahl der Elektronen in der äußersten Schale bestimmt werden.
Eine gewisse Periodizität von Eigenschaften chemischer Elemente wurde erstmals u. a. von J. W. Döbereiner beobachtet (z. B. bei den Elementen Calcium, Strontium und Barium, Phosphor, Arsen und Antimon, Schwefel, Selen und Tellur, Dreiergruppen sehr ähnlicher chemischer Elemente, die er als Triaden bezeichnete): 1817 stellte er die Triadenregel auf (veröffentlicht 1829), nach der das Atomgewicht des mittleren Elements einer solchen Triade ungefähr dem arithmetischen Mittel der Atomgewichte der beiden anderen Elemente entspricht. Erste Versuche zu einem umfassenden System der chemischen Elemente stammen u. a. von A. É. Béguyer de Chancourtois, J. A. R. Newlands und W. Odling; sie scheiterten jedoch, da zahlreiche Elemente noch nicht entdeckt waren. 1869 schlugen D. I. Mendelejew und J. L. Meyer unabhängig voneinander umfassende Periodensysteme vor; das System Mendelejews, in dem Plätze für noch unentdeckte Elemente freigehalten wurden, gilt mit wenigen Verbesserungen bis heute. Die Reihenfolge der Elemente wurde zunächst durch die steigende (mittlere relative) Atommasse festgelegt; durch das Auftreten von schweren Isotopen bei einem Element mit einer kleineren Ordnungszahl beziehungsweise von leichten Isotopen bei einem Element mit einer höheren Ordnungszahl ergaben sich »Inversionen«. Heute ist die Reihenfolge röntgenspektroskopisch durch die auf dem Moseley-Gesetz beruhenden Ordnungszahlen gegeben.
Lothar Meyer u. D. Mendelejeff: Das natürl. System der chem. Elemente (1895, Nachdr. 1996);
H.-D. Hardt: Die period. Eigenschaften der chem. Elemente (21987);
L. F. Trueb: Die chem. Elemente. Ein Streifzug durch das Periodensystem (1996);
H. H. Binder: Lex. der chem. Elemente. Das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten (1999);
P. W. Atkins: Im Reich der Elemente. Ein Reiseführer zu den Bausteinen der Natur (a. d. Engl., Neuausgabe 2000).
Hier finden Sie in Überblicksartikeln weiterführende Informationen:
chemische Elemente: Vom Urstoff zum Periodensystem
Universal-Lexikon. 2012.