Das Periodensystem der Elemente besteht aus Haupt- und Nebengruppen. Während die Hauptgruppen allgemein bekannt sind, werden die Nebengruppen oft übersehen. Dabei handelt es sich um Metalle, die in der älteren Darstellung des Kurzperiodensystems neben den Hauptgruppen stehen und den Eindruck erwecken, als wären sie mit ihnen “verwandt”.
Ähnlichkeiten bei den Oxidationszahlen
Besonders interessant sind die verwandtschaftlichen Beziehungen der Nebengruppenelemente zu den Hauptgruppen. Betrachtet man die Oxidationszahlen, fällt auf, dass die Elemente der I. Nebengruppe, ähnlich wie die Alkalimetalle, häufig Verbindungen bilden, bei denen einfach positiv geladene Kationen vorliegen. Ein Beispiel dafür sind Silbernitrat und Kupfer(I)-chlorid.
Auch die Elemente der II. Nebengruppe weisen ähnliche Eigenschaften wie die Elemente der II. Hauptgruppe auf. So bilden Zink- und Magnesiumsulfat isomorphe Mischkristalle.
Vergleich in höheren Gruppen
Die Ähnlichkeiten zwischen Haupt- und Nebengruppen treten auch bei einem Vergleich in höheren Gruppen auf. Beispielsweise löst sich Chrom(VI)-oxid, CrO3, wie das SO3, in Wasser zu einer sauren Lösung, der Chromsäure (H2CrO4). Sowohl Chromate als auch Sulfate bilden mit Erdalkalimetallionen wie Barium (Ba2+) und Strontium (Sr2+) schwer lösliche Verbindungen, während die entsprechenden Magnesiumverbindungen (MgSO4, MgCrO4) gut löslich sind.
Ein weiteres Beispiel sind die flüssigen und explosiven Verbindungen Dichlorheptoxid, Cl2O7, und Dimanganheptoxid, Mn2O7. Beide bilden in Wasser die entsprechenden Säuren, Perchlorsäure (HClO4) und Permangansäure (HMnO4).
Interpretation der Ähnlichkeiten
Die Valenzelektronenkonfiguration gibt Aufschluss über die genannten Ähnlichkeiten. Die Alkalimetalle haben ein Valenzelektron mit der Anordnung ns1 (n = 2, 3, 4, 5, 6, 7). Das eine Valenzelektron ist mit steigender Hauptquantenzahl n immer weiter vom positiven Kern entfernt. Dadurch wird das Valenzelektron mit zunehmender Hauptquantenzahl immer leichter abgegeben, die Ionisierungsenergie sinkt.
Bei den Elementen der I. Nebengruppe haben wir die Valenzelektronenkonfiguration (n-1)d10 ns1, was die Bildung von Verbindungen mit einfach positiv geladenen Kationen erklärt. Allerdings ist der energetische Unterschied zu den d-Niveaus gering, sodass auch Elektronen von diesen Niveaus abgespalten oder zur Verbindungsbildung genutzt werden können. Dadurch entstehen Verbindungen wie CuSO4, AgF2 oder AuCl3. Die Elemente der 1. Nebengruppe haben außerdem einen kleineren Radius und eine höhere Ionisierungsenergie, was sie zu edleren Metallen macht.
Die Valenzelektronenkonfiguration der Elemente der II. Nebengruppe ist (n-1)d10 ns2, ähnlich der Konfiguration der Elemente der II. Hauptgruppe. Deshalb treten Zink- und Cadmiumionen mit ähnlichen Eigenschaften wie die Erdalkalimetallionen Magnesium und Calcium auf.
Unterschiede zwischen Haupt- und Nebengruppen
Obwohl es weitere Beispiele für die Verwandtschaft von Haupt- und Nebengruppen gibt, ist kein durchgängiges Prinzip erkennbar. Stattdessen sind auch deutliche Unterschiede zu sehen, vor allem beim Vergleich der Metalle der VII. Nebengruppe mit den stark elektronegativen Nichtmetallen der VII. Hauptgruppe. Im Kurzperiodensystem gehören zur VIII. Nebengruppe sogar 9 Elemente, während die anderen Nebengruppen nur 3 Elemente umfassen.
Das Langperiodensystem
Um das Prinzip des Periodensystems deutlicher darzustellen, hat sich das Langperiodensystem durchgesetzt. Hier folgt nach Calcium mit der Elektronenkonfiguration 4s2 das Scandium mit der Valenzelektronenkonfiguration 4s2 3d1. Das erste d-Block-Element hat insgesamt 3 Valenzelektronen und bildet zusammen mit Yttrium, Lanthan und Actinium die 3. Gruppe. Scandiumionen (Sc3+) können gebildet werden, da die erste bis dritte Ionisierungsenergie vergleichsweise niedrig sind.
Das Periodensystem ist ein faszinierendes Werkzeug, um die chemischen Eigenschaften der Elemente zu verstehen. Die Nebengruppen zeigen, dass es zwischen den verschiedenen Gruppen eine Verwandtschaft gibt, aber auch deutliche Unterschiede zu beachten sind. Das Periodensystem ist ein unverzichtbares Instrument für alle Chemieinteressierten und bietet eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die faszinierende Welt der Elemente zu erforschen.
