Das Periodensystem der Elemente Flashcards
Ordnungszahl und das Periodensystem der Elemente
Anfang des 19. Jhd. wurden den Chemikern die Ähnlichkeiten der chemischen und physikalischen Eigenschaften zwischen einigen Elementen bewusst. [1817 und 1829 W. Döbereiner → Triaden]. 1863- 1866 schlug John A. R. Newlands das „Oktavengesetz“ vor: Nach Ordnung der relativen Atommasse ähnelt das erste Element dem achten. Doch es wurde zunächst nicht ernst genommen.
Die moderne Einteilung der Elemente geht auf die Arbeiten von Julius Lothar Meyer (1869) und Dimitri Mendelejew (1869) zurück. Sie schlugen ein Periodengesetz vor: Wenn die Elemente nach zunehmender Atommasse geordnet werden, tauchen Ähnlichkeiten in den Eigenschaften periodisch auf. Mendelejew
ordnete die Elemente so, dass ähnliche Elemente in senkrechten Spalten zusammenstehen; die Spalten
werden Gruppen genannt.
Damit in allen Fällen ähnliche Elemente untereinander zu stehen kommen, musste Mendelejew einige Felder seines Periodensystems für noch nicht entdeckte Elemente frei lassen. Als auch die Edelgase 1892 – 1898 entdeckt wurden, fügten sie sich zwanglos ein.
Ein Schönheitsfehler betraf die drei Elementpaare Argon-Kalium, Kobalt-Nickel und Tellur-Iod. Hier passte die Anordnung von der Ähnlichkeit der Eigenschaften, doch nicht die Ordnung nach der Atommasse.
Man kam zu der Überzeugung, dass eine andere Größe als die Atommasse die Periodizität bedingt. Diese Größe musste mit der Ordnungszahl zusammenhängen, die zu der Zeit nur die Seriennummer im Periodensystem war.
Das Moseleysche Gesetz
Das Problem wurde 1913-1914 von Henry G. J. Moseley gelöst. Er untersuchte die Röntgenspektren von 38 Elementen mit den Ordnungszahlen 13 bis 79. Für jeweils eine bestimmte Linie des Spektrums fand Moseley eine lineare Beziehung zwischen der Wurzel aus der zugehörigen Frequenz und der Ordnungszahl des Elements. So konnte er durch die Röntgenspektren für jedes untersuchte Element die richtige Ordnungszahl bestimmen. So wurde durch diese Arbeiten das Ordnungsprinzip des Periodensystems neu definiert: Die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente sind eine Funktion der Ordnungszahl.
Bei einem Sprung von einer äußeren Schale auf die K-Schale wird ein relativ hoher Energiebetrag freigesetzt, die Frequenz der zugehörigen Röntgenstrahlung ist dementsprechend hoch. Die Energieabgabe
eines solchen Elektronenübergangs ist proportional zum Quadrat der Ladung des Atomkerns (Z2) und erklärt das Moseleysche Gesetz.
Einteilung des Periodensystems
Die Elemente sind fortlaufend nach ihrer Ordnungszahl aufgeführt. Chemisch einander ähnliche Elemente stehen jeweils in einer Spalte untereinander. Diese senkrechten Spalten heißen Gruppen. Eine waagrechte Reihe
heißt Periode. Die Perioden sind unterschiedlich lang. Die 1. Periode enthält nur zwei Elemente,Wasserstoff und Helium. In den nächsten zwei Perioden stehen je acht Elemente, dann folgen zwei Perioden mit je 18 Elementen und schließlich folgen Perioden mit 32 Elementen. Zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit stehen die Elemente mit den Ordnungszahlen 58 bis 71 unter den anderen Elementen als ,,Fußnote‘‘. Sie werden Lanthanoiden oder seltene Erden genannt,
und sie gehören eigentlich in die 6. Periode, zwischen die Elemente Lanthan (Z = 57) und Hafnium (Z = 72). Entsprechendes gilt für die Elemente Nr. 90 bis 103, die Actinoiden, die dem Element Actinium (Z = 89) folgen. Sie werden als zweite Fußnote unter die Lanthanoiden geschrieben.
Isotope und Radioaktivität
Isotope
Atome mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl nennt man Isotope. Die Isotope eines Elements können stabil oder instabil (=radioaktiv) sein. Sie können natürlichen Ursprungs sein oder werden künstlich hergestellt, z.B. durch Kernspaltung oder durch Beschuss von Atomen mit Elementarteilchen. Die
Isotope eines Elements haben sehr ähnliche chemische Eigenschaften und können im Stoffwechsel normalerweise nicht unterschieden werden.
(wichtige Vertreter: 1-31H, 3-42He, 12-146C)
Isotope und Radioaktivität
Radioaktivität
Die natürliche Hintergrundstrahlung ( 3,5 mSv / Jahr) stammt vor allem aus den radioaktiven Isotopen 40 K und 87 Rb, sowie von Isotopen natürlicher Zerfallsreihen, die insbesondere in Gesteinen vorkommen. Dazu kommen kosmische Strahlen.
Die Strahlendosis wird in Sievert angegeben: 1 Sv = 1 J/kg
Tracer in der Forschung
Zur Aufklärung von Stoffwechselwegen und Wirkungsmechanismen ist es nötig,
Wirkstoffe oder Metabolite zu markieren, um deren Verbleib oder Abbau im Organismus nachweisen zu können.
Da sich die radioaktiven Isotope gleiche chemische Eigenschaften haben, werden sie ganz normal verstoffwechselt.
Einsatz in der Diagnostik
Die verabreichten radioaktiv markierten Wirkstoffe wandern in bestimmt Organe oder Gewebe, in denen sie umgesetzt oder gespeichert werden. Die Strahlung kann von außen gemessen werden und daraus Rückschlüsse auf eventuelle Stoffwechselstörungen oder Tumore gezogen werden.
Strahlentherapie
Eine Strahlentherapie wird ausschließlich zur Behandlung maligner Neoplasien (Krebs) eingesetzt, oft mit chirurgischen oder chemotherapeutischen Maßnahmen. Es wird Folgendes unterschieden: (in Zusammenfassung)
Strahlentherapie
Interne Strahlentherapie
Bei Tumoren in Zunge oder Lippen, sowie bei nicht operablen Bronchialkarzinomen
werden radionuklidhaltige Nadeln (z.B. „Goldseeds“ mit 198Au) in das Tumorgewebe
eingebracht (Spickmethode).
Strahlentherapie
Metabolite Strahlentherapie
Bei bestimmten Tumoren ist auch die Injektion von Radionukliden möglich, die,
gebunden an geeignete Trägermoleküle, sich im Tumorgewebe konzentrieren.
Strahlentherapie
Externe Strahlentherapie
Zum Einsatz kommen γ-Strahlen oder ultraharte Röntgenstrahlen.
Elemente im Organismus
Kohlenstoff und Wasserstoff, sowie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und Phosphor vor:
- Proteine und Aminosäuren (enthalten C, H, N, O, S)
- Kohlenhydrate (C, H, O)
- Lipide (C, H, O, N, P)
- Nukleinsäuren (C, H, N, O, P)
Von den Metallen finden sich nur Calcium, Natrium und Kalium in größeren Mengen im Organismus. Als Gegenion fungiert oft Chlorid.
Zahlreiche Elemente sind jedoch in Spuren vorhanden. Als Spurenelemente bezeichnet man alle Elemente, deren Gehalt im Organismus unter 0,1% liegt. Die wichtigsten Spurenelemente sind Chrom (Cr), Eisen (Fe), Fluor (F), Jod (I), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Selen (Se), Vanadium (V), Zink (Zn) und Zinn (Sn).
