Gruppen und Perioden

Lithium, Natrium und Kalium stehen in einer Spalte, und alle drei haben genau ein Elektron in ihrer äußeren Schale.

Wirf ein kleines Stück Lithium in Wasser, und es sprudelt sanft. Natrium flitzt über die Oberfläche und kann Feuer fangen. Kalium geht fast sofort in einer lila Flamme auf. Drei verschiedene Metalle, drei Varianten derselben Reaktion, jedes Mal heftiger. Alle drei stehen übereinander in Gruppe 1 des Periodensystems. Die Spalte hat Elemente versammelt, die sich ähnlich verhalten, und die Reihenfolge in der Spalte verrät, welches am heftigsten reagiert.

Eine Gruppe teilt ihre Außenelektronen

Chemie spielt sich an der Außenseite der Atome ab. Wenn zwei Atome aufeinandertreffen, sind es die Elektronen der äußersten Schale, die Valenzelektronen, die abgegeben, aufgenommen oder geteilt werden. Elemente derselben Hauptgruppe haben gleich viele Valenzelektronen. Atome der Gruppe 1 haben 1, Gruppe 2 hat 2, und im p-Block ist die Zahl die Gruppennummer minus 10: Gruppe 13 hat 3, Gruppe 17 hat 7 und Gruppe 18 hat 8. Helium ist die Ausnahme, mit einer vollen ersten Schale aus 2.

Weil die Außenelektronen übereinstimmen, stimmt auch die Chemie überein. Jedes Metall der Gruppe 1 bildet mit Chlor eine Verbindung im Verhältnis eins zu eins: LiCl, NaCl, KCl. Jedes Metall der Gruppe 2 braucht zwei Chloratome: MgCl₂, CaCl₂. Lern ein Mitglied einer Gruppe gut kennen, und du kannst die anderen gut einschätzen. In der Legende des Modells lässt du eine Familie nach der anderen aufleuchten und siehst, wo jede zu Hause ist.

Eine Periode fügt eine Schale hinzu

Die Periodennummer sagt dir, wie viele Elektronenschalen genutzt werden. Natrium steht in Periode 3, und seine 11 Elektronen sind als 2, 8, 1 angeordnet: drei Schalen. Kalium, eine Zeile tiefer in Periode 4, hat 19 Elektronen in der Anordnung 2, 8, 8, 1: vier Schalen. Innerhalb einer Periode hat jedes Element ein Proton und ein Elektron mehr als das vorige, und das neue Elektron kommt meist in dieselbe äußere Schale, bis diese voll ist. Dann beginnt die nächste Periode mit einer neuen Schale.

Das erklärt auch, warum Kalium heftiger reagiert als Natrium. Sein einzelnes Außenelektron ist eine Schale weiter vom Kern entfernt und wird von mehr inneren Elektronen abgeschirmt. Es wird also lockerer gehalten und lässt sich leichter abgeben. In Gruppe 1 fügt jeder Schritt nach unten eine Schale hinzu, und jeder Schritt macht das Metall reaktiver. Caesium, weit unten, explodiert in Wasser.

Mehrere Gruppen haben Familiennamen, denen du immer wieder begegnest. Gruppe 1 (ohne Wasserstoff) sind die Alkalimetalle, Gruppe 2 die Erdalkalimetalle, Gruppe 17 die Halogene und Gruppe 18 die Edelgase. Die Gruppen 3 bis 12 sind zusammen die Übergangsmetalle. Dort ist das Zählen der Außenelektronen weniger übersichtlich, weil Elektronen in eine innere d-Schale kommen, während die äußere Schale bei einem oder zwei bleibt. Deshalb sind sich Eisen, Cobalt und Nickel, nebeneinander in einer Periode, ähnlicher als die Mitglieder einer Hauptgruppe ihren waagerechten Nachbarn.

Die Elektronenkonfiguration auf der Karte

Die Karte im Modell zeigt die Elektronenkonfiguration jedes Elements in Kurzform. Natrium hat [Ne]3s¹. Der Teil in Klammern bedeutet „dieselben inneren Elektronen wie Neon“, und 3s¹ bedeutet ein Elektron im s-Orbital der dritten Schale. Chlor hat [Ne]3s² 3p⁵, zusammen 7 Elektronen in der dritten Schale. Jedes Element der Gruppe 17 endet auf s² p⁵, deshalb verhalten sie sich so ähnlich. Du musst diese Zeichenfolgen nicht auswendig lernen, aber es lohnt sich zu sehen, dass sich der letzte Teil in einer Spalte wiederholt.