DE1977212U - Wandtafel zur demonstration des periodensystems der chemischen elemente. - Google Patents

Description

Antrag auf ^ebrauchsmuster-Eintragung
de s

Professor Dr. Hörst-Dietrich HAEDT

66) Saarbrücken 3 ,

Hellwigstrass© 19
für

"Periodisches System der chemischen Elemente mit integrierten Lanthaniaen und Actiniden ^T}

Besehreibung^und. Begründung der Neuerung

Das periodische System der chemischen Elemente , ms für den. Oheiaiker eine der wichtigsten Übersichten, wird zur Zeit noch überwiegend in der von Alfred Werner (19o5) vorgeschlagenen lorm ( "Langperioclensystem") benützt.(vgl Abb 2) . Hierin sind die chemischen Elemente , die nach dem "Aufbauprinzip" 1 bis Io d-Elektronen besitzen, als Hebengruppen gesondert angeschrieben und nicht, wie im "Kurzperioaensysteinⁿä:KExMana:s!fegsia:gpsns (vgl Abb 3) Eiit den Elementen der "Hauptgruppen"zusafiimengefasst«

Seit der Entdeckung der Transurane und ihrer Charakterisierung als im wesentlichen homologe Elemente der Lanthanidenreihe , sind mehrfach Yorschläge zur Integration der Lanthaniden und Aetiniden in das Langperiodensystem gemacht worden* (vgl Chemical Education ,July 1964 , S 187-191 )· Jedoch haben sich diese Systeme nicht durchgesetzt,weil sie den Anforderungen, diae der Chemiker an ein brauchbares Periodensystem stellt,nicht entsprechen.

Sie se Anforderungen sind neben Übersichtlichkeit unci einem nach bestimmten' Gesichtspunkten durchdachten Aufbau :.

- die "klassische"Seihenfolfe der Elemente nach steigenden Kernladungszahlen, zeilenweise von oben nach unten:- geschrieben,

- eine Integration der Lanthaniden und Actiniden,so dass irgend- . -welche Heben-Tabellen wegfallen, und ■ .'.

vor allem d.ie förderung,dass nach Möglichkeit chemisch, verwandte Eleraente im System benachbart stehen und eine solche Verwandtschaft nicht durch unübersichtliche Hilfslinien umständlich angedeutet werden muss.

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Das hier nach Abb 1 vorgeschlagene Periodensystem inteä griert die lanthanide!!- und Actinidenelemente in das bisherige Iangperiodensystem so, dass die erdalkali-ähnlichen f-Elemente Europium, Ytterbium, Airierieium und Nobelium (Su, Xb, Am, Ho) in nächster Hachbarschaft zu den eigentlichen Erdalkalimetallen (Ca-Sr-Ba-Ea) stehen und als A₅-Gruppe in ähnlicher Weise in die Seihe der Fbergangsmetalle eingeschoben sind, wie diese zwischen den Hauptgruppen A₂ und B₃ stehen.

Die periodische Schreibweise der L^nthaniden und Actiniden hat nicht nur den graphischen Yorteil ,dass das System nicht ungebührlich lang ausfällt, sondern begründet sich mit zahlreichen Argumenten bezüglich des chemischen Verhaltens, der Elektronenkonfiguration, der Elektronegativität, der Struktur und anderer Baten. So kennt man beispielsweise Europium und seine Homologen in zweiwertiger form,und die kubische Struktur von Su und Yb steht der Struktur der Erdalkalien näher als den meist hexagonalen Kugelpackurigen der übrigen Lanthanidenelemente* Ähnliches gilt für die Schmelzpunkte , das Atomvolumen und die Dichte dieser links herausgerückten Elemente. Sehliesslich erübrigt sich bei der vorgeschlagenen Schreibweise nach Abb I die Streitfrage, ob man das lanthan ( 4-f°, 5<l,6s² ) oder das Lutetium ( 4-f ,5d, 6s² ) als das eigentliche Homologe des Yttriums ansehen sollte,,denn nun stehen alle Elemente der A₃-Gruppe ,die iit-Grundzustand mit Sicherheit ein d-Elektron tragen, in einer Vertikalen, während ein solches d-Elektron, von den ür&niaetalle η (Th,te Pa₅U, Ip, Pu ) abgesehen, im allgemeinen fehlt.

Die in Abb 1. gewählte Homenklatur nach A- Gruppen und B-Gruppen entspricht einer älteren Unterscheidung ,welche sich nach de ei mehr oder minder elektropo sit ive η Charakter der Metalle richtet. Die Elemente der A-Öruppen nach Abb. 1 haben nach der

Pauling'sehen Skala, .'bis-..auf- wenige Ausnahmen (Mo, Tc ,Ke ) Elek-

tronegativitäten- unterha.lb 1.7₅wä32rend die B-Gruppen-El&aiante

(mit Ausnahme von Zn und Ga) Elektronegativitätswei'te von 1.7 und darüber besitzen. Damit liegen die Bildungswärmen vergleichbarer binärer Verbindungen der A-Gruppen-ELemente im. all gemeinen höher als die der B-Gruppenmetalle.

Soweit man die klassische ^xscfesxäasHg Zusammenfassung

der Eisen- und Platinmetalle ( hier B₀ ) beibehält und die Lanthanides und-Actiniden als eine Untergruppe der A₃-Gruppe auffasst,enthält das System sieben Α-Gruppen und sifeben B-Gruppen. In vielen Fällen zeigt die Gruppennummer zugleich die maximale ^alenz der Elemente an,indem sie übereinstimmt mit der Zahl der Valenzelektronen einer evtl. unvollständig besetzten Elektronenschale.

Mit Rücksicht auf die grosse Blektronegativität des Wasserstoffs ( 2,1),ist es nicht sinnvoll, das Symbol H üaer der Alkaligruppe A^ erscheinen zu lassen,und die Eintragung in ein breites PeId, welches von B-, bis Br₇ reicht, soll andeuten,dass das Wasserstoffatom sowohl als Donator ( H⁺) als auch als Akzeptor (E"*) eines Elektrons auftritt.

Der bekannte Aussenseiter-Gharakter vieler Elemente in den ersten Kurzperioden des Systems , im Vergleich au den Homologen. der langen Perioden , wird im vorliegenden Vorschlag damit unterstrichen, dass die Kurzperioden durch breite "S-räben" von den 'Langperioden getrennt sind. Eine wesentlich gx"*össere chemische Verwandtschaft, wie sie etwa zwischen Kalium und Eubidium, zwischen GaIcium und Strontium oder zwischen Chlor und Brom besteht, ergibt sich sas der besseren Nachbarschaft der entsprechenden Symbole, die nur noch durch eine einfache Linie voneinander ggetrennt sind.

Diese !Erennlinie fehlt nun wegen der bekannten chemischen Ähnlichkeiten 'innerHalb der Lanthanidengruppe und der Reihe der höheren Actiniden (Am und folgende), und man darf mit Rücksicht den mit Dy⁺⁺⁺ und Ho"⁴"¹"*" übereinstimmenden I_onenradius des

evtl. auch zwischen Yttrium und den Lanthaniden (nicht aber zwischen Sc und Ti) die Trennlinie weglassen. Die./ii Trennlinie zwischen den Uranmetallen ( Ac, Th, Pa, U, Kp, Pu ) und den "eigentlichen"Actiniden trägt der Tatsache Rechnung, dass die Uranmetal]ß vorzugsweise noch d- Elektronen chemisch betätigen im Gegensatz zu den schwersten Actiniden Im bis Lw *

Da sich das angestrebte Prinzip, chemisch eng verwandte Elemente möglichst eng benachbart anzuschreiben , wegen der eingeschobenen L_anthanidengruppe gerade für die nachfolgende Serie Zr/Hf - Ifb/Ta - Mo/W nicht realisieren lässt,ohne die Integration der Lanthaniden aufzugeben,sind die als Polge der "Lanthaniden-Kontraktion" auftretenden chemische^ Übereinstimmungen hier ausnahmsweise durch punktierte Hilfslinien zum Ausdruck gebracht worden. Diese Hilfslinien verkürzen sich jedoch von links nach rechts von Gruppe zu Gruppe, um damit anzudeuten, dass die Wirkungen der la.nthanidenkontraktion langsam ausklingen und spätestens bei der B₂-Gruppe gänzlich erloschen sind.

Es ist seit langer Zeit üblich und keineswegs mißverständlich, wenn die Gpuppe der Edelgase in vielen Barstellungen des periodischen Systems doppelt angeschrieben wird,- so dass man erkennt, wie eine Periode mit dem Edelgas endet, die folgende Periode aber zugleich mit dem gleichen Edelgas beginnt. Dies bedeutet, dass man dem Symbol für ein Edelgas eine gewisse Yerschiebbarkeit in der 'lafel einräumt,und zwar vom Ende einer Periode an den. Anfang der folgenden ·

Bas gleiche.Prinzip sollte ,- und dies ist Gegenstand des vorliegenden Torschlags,- ausnahmsweise für die Symbole Be, Mg und Al anwendbar sein* Biese Symbole dürfen also in der Iabelle ,ebenso wie die Edelgase,_:doppelt erscheinen,wobei evtl. ein punktierter lahmen auf der linken oder rechten Seite andeutet, dass man diese Elemente als entweder zur Α-Gruppe oder zur B-Gruppe zugehörig ansehen darf. .

Damit gelingt nicht nur eine gewisse Überbrückung der grossen liücks zwischen den Haupt gruppen der Kur zperioden, sondern es können auch physikalische und chemische Beziehungen zwischen den "Kopfelementen" dieser Gruppen und den beiden "Seitenlinien" der chemischen I%railien betont werden. Sat sächlich gibt ^ es zahl-

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reiche solche ^verwanfitschaften zwischen Beryllium unti Magnesium mit den eigentlichen Erdalkalien (Oa,Sr,Ba,E_a) einerseits und der 'Zinkgruppe B₂ andererseits, oder zwischen Aluminium und den Metallen der A₃ oder der B₃-Gruppe.

Die in Abb. 1 gezeigte neue Tabelle der periodischen Systems der chemischen Elemente hat gegenüber den bisherigen !formen den didaktischen Vorteil der Übersichtlichkeit, obwohl alle bisher bekannten ( Io4) chemischen Elemente darin aufgenommen sind.

Von praktischem und didaktischem Wert ist auch die vorgeschlagene Veränderung der '-^abelle sbäE&k äaδn-rph, dass rna η

fHbBT^ei. nand eiäX T_eile davcm herausnimmt oder -gegeneinander soxxEgschiebt, dass nur noch das einfache Langperiodensystem mach Abb. 2 oder nur noch das Systemcer Hauptgruppen nach Abb. 3 sichtbar bleibt.

Die vielfältigen Schwierigkeiten,welche bisher einer Verwendung des yo11ständigen Periodensystem zur Erläuterung der chemischen und physikalischen Eigenschaften der Elemente - meist aus graphischen ^runden - entgegenstanden, werden durch die neue Schreibweise wäätgehend behoben * Dies gilt insbesondere für die Art der Integration der-lanthanides.-., und Actinidenmetalle nach Abb. 1 und für das Prinzip, chemische Unterschiede durch Trennlinien und vergösserte Abstände , chemische Verwandtschaften hingegen durch einen Wegfall der Trennlinie oder punktierte Verbindungslinien zum Ausdruck zu bringen.

Ss ist an eine gewerbliche Verwendung des Gebrauchsmusters insofern gedacht als

Wandtafeln und davon abgeleitete Lehr-Modelle für den Chemie-Unterricht,

handliche i'alttafein für -Naturwissenschaftler' und Ingenieure und ggf. auch

Lehrspiele zum Einsatz in der Jugend- und Erwachsenenbildung

hergestellt werden sollen.

Claims (1)

1. Zum Antrag auf Gebrauchsmustereintragung, IroJiBr-H·!^

   «- 6 —

   II· Schutzanspruch

   Der Gebrauchsmusterschutz wird beantragt für

   Wandtafeln , dadurch gekennzeichnet,dass Seile der herausnehmbar bezw» verschiebbar ausgebildet sind, derart, dass man aus der vollständigen Form nach Abb£ 1 die gekürzten Formen nach Abb 2 und Abb 3 darstellen kann und dass der Doppelcharakter gewisserv Elemente ( zB Be, %, Al und H ) durch eine wahlweise Placierung demonstriert werden kann·