Haupt- und Nebengruppenelemente

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um die Hauptgruppenelemente und Nebengruppenelemente. Als Vorkenntnisse solltet Ihr das Video über das PSE, den Aufbau und die Elektronenkonfiguration, bereits gesehen haben. Ferner solltet Ihr wissen, worum es sich bei den Orbitalen s-Orbital, p-Orbital, d-Orbital und vielleicht auch f-Orbital handelt. Im Video möchte ich auf das Wesen der Hauptgruppenelemente und Nebengruppenelemente eingehen. Ich möchte Euch erklären, wie die äußeren Orbitale die Stellung im Periodensystem der Elemente beeinflussen. Die Unterschiede in den wesentlichsten Eigenschaften möchte ich kurz darstellen. Der Film besteht aus 5 Abschnitten. 1. Schematisches Periodensystem der Elemente mit Hauptgruppen und Nebengruppen 2. Alte und neue Bezeichnung der Gruppen 3. Äußere Orbitale 4. Unterschiede in den Eigenschaften und 5. Zusammenfassung.

1. Schematisches Periodensystem der Elemente mit Hauptgruppen und Nebengruppen Erinnert Euch an den Film über das Periodensystem der Elemente. Ich habe Euch gezeigt, dass es aus verschiedenen Blöcken zusammengesetzt ist. Das ist der 1. Block. Der 2. Block ist dieser helllila-farbene. Oben rechts an ihm befindet sich eine kleine Exklave des gelben Blockes. Der gelbe und der lilafarbene Block schließen einen langen kaminroten Block von Elementen ein. Ausgelagert aus diesem kompakten System ist dieser lange braune Block an chemischen Elementen. Die Hauptgruppenelemente des Periodensystems befinden sich im gelben Block und im helllila-farbenen Block sowie natürlich in der kleinen Exklave oben rechts. Die Elemente des kaminfarbenen Blockes sind die Nebengruppenelemente. Die chemischen Elemente, die den lang gestreckten braunen Block bilden, stellen 2 große Gruppen an Elementen dar: Die Lanthanoide und die Actinoide. Lanthanoide und Actinoide entfallen aus der Betrachtung.

2. Alte und neue Bezeichnung der Gruppen Nach der alten Bezeichnung der Gruppen des Periodensystems der Elemente, wurde nach Hauptgruppen und Nebengruppen unterschieden. Im großen gelben Block befinden sich die Hauptgruppen 1a und 2a. Das bedeutet: Der Index a deutet darauf hin, dass es sich um eine Hauptgruppe handelt. Der große helllila-farbene Block besteht aus den verbleibenden Hauptgruppen: 3a, 4a, 5a, 6a, 7a und 8a. Die kleine gelbe Exklave gehört ebenfalls zu einer Hauptgruppe, nämlich der Hauptgruppe 8a. Der kaminrote Block enthält die Nebengruppenelemente. Die Nebengruppen sind in der Folge: 3b, 4b, 5b, 6b, 7b, 8b, 1b und 2b angeordnet. Der Index b deutet darauf hin, dass es sich um eine Nebengruppe handelt. Nach neuer Bezeichnung wird nicht mehr in Haupt- und Nebengruppen unterschieden, sondern die Gruppen werden einfach durchnummeriert. Das geschieht so: Hauptgruppe 1a und Hauptgruppe 2a sind entsprechend die Gruppen 1 und 2. Die Hauptgruppen 3b bis 7b sind in neuer Schreibweise die Gruppen 3, 4, 5, 6 und 7. Die Nebengruppe, nach alter Bezeichnung 8b, wird in 3 neue Gruppen nach neuer Bezeichnung unterteilt. In 8, 9 und 10. Nach alter Bezeichnung 1b und 2b sind entsprechend 11 und 12. Und weiter geht es. Die Hauptgruppen,die vormals als 3a, 4a, 5a, 6a, 7a und 8a bezeichnet wurden, haben nun die einfachen Bezeichnungen 13, 14, 15, 16, 17 und 18.

3. Äußere Orbitale Alle Hauptgruppenelemente, die gelb gekennzeichnet sind, haben s-Orbitale als äußere Orbitale. Alle Hauptgruppenelemente, die lilafarben gekennzeichnet sind, haben p-Orbitale als äußere Orbitale. Alle Nebengruppenelemente haben d-Orbitale als äußere Orbitale. 

4. Unterschiede in den Eigenschaften Wenn Elemente die Perioden durchlaufen, d. h., wenn sie von links nach rechts mit Elektronen aufgefüllt werden, so kommt es zu unterschiedlichen Ergebnissen. In jedem Fall kommt es zur Auffüllung der Schalen. Dabei kann es einmal zum Auffüllen der äußeren Schalen kommen, dann haben wir es mit einem Hauptgruppenelement zu tun. Werden die inneren Schalen aufgefüllt, so haben wir es mit einem Nebengruppenelement zu tun. Das ist auch schon das gesamte Geheimnis, das die Unterschiede zwischen den Haupt- und Nebengruppenelementen ausmacht. Wir haben bereits gelernt, dass jene Elemente, die als äußere Orbitale s- oder p-Orbitale haben, zu unterscheiden sind von den Elementen, die als äußere Orbitale d-Orbitale haben. Erstere Elemente sind die Hauptgruppenelemente. Die Elemente mit äußeren d-Orbitalen sind die Nebengruppenelemente. Zunächst wollen wir schauen, wo wir es mit Metallen, Nichtmetallen oder Halbmetallen zu tun haben. Bei einem Hauptgruppenelement kann es sich entweder um ein Metall, ein Nichtmetall oder ein Halbmetall handeln. Nebengruppenelemente hingegen treten nur als Metalle auf. Nichtmetalle oder Halbmetalle gibt es unter den Nebengruppenelementen nicht. Stellvertretend für die Metalle der Hauptgruppenelemente möchte ich Beryllium und Calcium nennen. Wichtige Nichtmetalle unter den Hauptgruppenelementen sind Kohlenstoff und Schwefel. Halbmetalle mit extrem großer Bedeutung sind Silicium und Germanium. Stellvertretend für die vielen Nebengruppenelemente möchte ich Chrom, Kupfer, Molybdän, Silber und Gold nennen. Kommen wir zum Vergleich der Oxidationszahlen. Bei den Hauptgruppenelementen treffen wir in den Hauptgruppen 1a bis 7a folgende Oxidationszahlen an. Für Lithium +1, für Beryllium +2, für Bor +3, für Kohlenstoff +2 und +4, für Stickstoff von -3 bis +5 praktisch alle, für Sauerstoff -2, für Fluor -1, für Natrium +1, für Magnesium +2, für Aluminium +3, für Silicium +4, für Phosphor -3, +3 und +5, für Schwefel -2, +2 und +6 sowie für Chlor -1, +1, +3, +4, +5, +6 und +7. Im Vergleich dazu möchte ich die sogenannten 3d-Elemente, d. h. die Elemente vom Scandium bis Zink mit ihren Oxidationszahlen aufführen. Scandium +3, Titan +2, +3, +4, Vanadium +2, +3, +4, +5, Chrom +2, +3, +6, Mangan +2, +3, +4, +5, +6, +7, Eisen +2, +3, +6, Cobalt +2, +3, Nickel +2, +3, Kupfer +1, +2 und Zink +2. Ein flüchtiger Blick auf diese beiden Reihen von Zahlen führt zum Ergebnis, dass die Anzahl an Oxidationszahlen, ihr Spektrum, im Fall der Hauptgruppenelemente  geringer ist im Fall der Nebengruppenelemente. Das führt dazu, dass auch das Spektrum der Verbindungen der Nebengruppenelemente breiter, als jenes der Hauptgruppenelemente ist. Bei den Hauptgruppenelementen kennen wir die Minerale Halit und Glaubersalz. Das führt dazu, dass auch das Spektrum der Verbindungen der Nebengruppenelemente breiter, als jenes der Hauptgruppenelemente ist. Logischerweise ist die Anzahl an Salzen, Komplexen und überhaupt die Gesamtheit an chemischen Verbindungen im Fall der Nebengruppenelemente bedeutend breiter als im Fall der Hauptgruppen.

5. Zusammenfassung Die größte Anzahl der Elemente im Periodensystem der Elemente befindet sich in den Hauptgruppen (HG) und den Nebengruppen (NG). Für die Hauptgruppen sind die Orbitale s und p von Bedeutung. Für die Nebengruppen die d-Orbitale. Die entsprechenden Orbitale stellen die äußeren Orbitale in den Atomen der entsprechenden Elemente. Haupt- und Nebengruppenelemente wurden nach alter Schreibweise so dargestellt, dass römische Ziffern und entsprechende Indizes (a für Hauptgruppenelemente und b für Nebengruppenelemente) verwendet wurden. So wurden diese bezeichnet von 1 bis 8 mit den Indizes a und b. Bei der neuen Schreibweise wird zwischen Haupt- und Nebengruppenelementen in der Bezeichnung nicht mehr unterschieden. Es wird durchnummeriert von 1 bis 18. Dabei ist zu bemerken, dass die nach der alten Bezeichnung aufgeführte Nebengruppe in ab in 3 Gruppen 8, 9 und 10 zerfällt. Das Spektrum an Oxidationszahlen ist bei Nebengruppenelementen größer als jenes bei den Hauptgruppenelementen. Daraus ergibt sich, dass das Spektrum bei Salzen, Komplexen und überhaupt chemischen Verbindungen bei Nebengruppenelementen weiter als jenes der Hauptgruppenelemente ist.

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.