Element der Periode 3 - Period 3 element

Periode 3 im Periodensystem
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europa Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Das Blei Wismut Polonium Astatin Radon
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Ein Element der Periode 3 ist eines der chemischen Elemente in der dritten Reihe (oder Periode ) des Periodensystems der chemischen Elemente . Das Periodensystem ist in Zeilen angeordnet, um wiederkehrende (periodische) Trends im chemischen Verhalten der Elemente mit zunehmender Ordnungszahl zu veranschaulichen: Eine neue Zeile wird begonnen, wenn das Periodensystem eine Zeile überspringt und sich ein chemisches Verhalten zu wiederholen beginnt, d.h Elemente mit ähnlichem Verhalten fallen in dieselben vertikalen Spalten. Die dritte Periode enthält acht Elemente: Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel, Chlor und Argon. Die ersten beiden, Natrium und Magnesium, sind Mitglieder des s-Blocks des Periodensystems, während die anderen Mitglieder des p-Blocks sind . Alle Elemente der Periode 3 kommen in der Natur vor und haben mindestens ein stabiles Isotop .

Atomare Struktur

In einer quantenmechanischen Beschreibung der Atomstruktur entspricht diese Periode dem Aufbau von Elektronen in der dritten ( n = 3 ) Schale , genauer gesagt der Füllung ihrer 3s- und 3p-Unterschalen. Es gibt eine 3D-Unterschale, die aber – dem Aufbau-Prinzip entsprechend – erst in Periode 4 gefüllt wird . Dies macht alle acht Elemente zu Analogen der Elemente der Periode 2 in derselben exakten Reihenfolge. Die Oktettregel gilt im Allgemeinen für Periode 3 genauso wie für Elemente der Periode 2, da die 3d-Unterschale normalerweise nicht wirkend ist.

Elemente

Elemente nach Anzahl
Element # Symbol Block Elektronenkonfiguration
Natrium 11 N / A s-block [Ne] 3s 1
Magnesium 12 Mg s-block [Ne] 3s 2
Aluminium 13 Al p-Block [Ne] 3s 2 3p 1
Silizium 14 Si p-Block [Ne] 3s 2 3p 2
Phosphor fünfzehn P p-Block [Ne] 3s 2 3p 3
Schwefel 16 S p-Block [Ne] 3s 2 3p 4
Chlor 17 Cl p-Block [Ne] 3s 2 3p 5
Argon 18 Ar p-Block [Ne] 3s 2 3p 6

Natrium

Natrium (Symbol Na ) ist ein weiches, silbrig-weißes, hochreaktives Metall und gehört zu den Alkalimetallen ; sein einziges stabiles Isotop ist 23 Na. Es ist ein reichlich vorhandenes Element, das in zahlreichen Mineralien wie Feldspäten , Sodalith und Steinsalz vorkommt . Viele Natriumsalze sind in Wasser gut löslich und kommen daher in signifikanten Mengen in den Gewässern der Erde vor, am häufigsten in den Ozeanen als Natriumchlorid .

Viele Natriumverbindungen sind nützlich, wie Natriumhydroxid (Lauge) zur Seifenherstellung und Natriumchlorid zur Verwendung als Enteisungsmittel und Nährstoff. Das gleiche Ion ist auch Bestandteil vieler Mineralien, wie zum Beispiel Natriumnitrat .

Das freie Metall, elementares Natrium, kommt in der Natur nicht vor, sondern muss aus Natriumverbindungen hergestellt werden. Elementares Natrium wurde erstmals 1807 von Humphry Davy durch Elektrolyse von Natriumhydroxid isoliert .

Magnesium

Magnesium (Symbol Mg ) ist ein Erdalkalimetall und hat die gemeinsame Oxidationszahl +2. Es ist das achthäufigste Element in der Erdkruste und das neunte im gesamten bekannten Universum . Magnesium ist das vierthäufigste Element der Erde (nach Eisen, Sauerstoff und Silizium) und macht 13% der Masse des Planeten und einen großen Teil des Erdmantels aus . Es ist relativ reichlich vorhanden, weil es in Supernova- Sternen leicht durch sequentielle Zugabe von drei Heliumkernen zu Kohlenstoff (der wiederum aus drei Heliumkernen besteht) aufgebaut wird. Aufgrund der hohen Wasserlöslichkeit des Magnesium-Ions ist es das dritthäufigste im Meerwasser gelöste Element .

Das freie Element (Metall) kommt auf der Erde natürlich nicht vor, da es hochreaktiv ist (obwohl es nach seiner Herstellung mit einer dünnen Oxidschicht überzogen ist [siehe Passivierung ], die diese Reaktivität teilweise maskiert). Das freie Metall brennt mit einem charakteristischen brillanten weißen Licht und ist somit ein nützlicher Bestandteil von Leuchtraketen. Das Metall wird heute hauptsächlich durch Elektrolyse von aus Sole gewonnenen Magnesiumsalzen gewonnen . Kommerziell wird das Metall hauptsächlich als Legierungsmittel verwendet, um Aluminium- Magnesium-Legierungen herzustellen, die manchmal als " Magnalium " oder "Magnelium" bezeichnet werden. Da Magnesium eine geringere Dichte als Aluminium hat, werden diese Legierungen wegen ihrer relativen Leichtigkeit und Festigkeit geschätzt.

Magnesium-Ionen sind sauer im Geschmack und tragen in geringer Konzentration dazu bei, frischem Mineralwasser eine natürliche Säure zu verleihen .

Aluminium

Aluminium (Symbol Al ) oder Aluminium ( amerikanisches Englisch ) ist ein silbrig-weißes Mitglied der Borgruppe der chemischen Elemente und ein p-Block-Metall, das von einigen Chemikern als Nachübergangsmetall eingestuft wird. Es ist unter normalen Umständen nicht wasserlöslich. Aluminium ist das dritthäufigste Element (nach Sauerstoff und Silizium ) und das häufigste Metall , in der Erde ‚s Kruste . Es macht etwa 8 Gew.-% der festen Oberfläche der Erde aus. Aluminiummetall ist chemisch zu reaktiv, um nativ vorzukommen. Stattdessen wird es in über 270 verschiedenen Mineralien kombiniert gefunden . Das Haupterz von Aluminium ist Bauxit .

Aluminium zeichnet sich durch die geringe Dichte des Metalls und seine Korrosionsbeständigkeit aufgrund des Passivierungsphänomens aus . Strukturbauteile aus Aluminium und seinen Legierungen sind für die Luft- und Raumfahrtindustrie und auch in anderen Bereichen des Transportwesens und der Baumaterialien von Bedeutung. Die nützlichsten Aluminiumverbindungen, zumindest auf Gewichtsbasis, sind die Oxide und Sulfate.

Silizium

Silizium (Symbol Si ) ist ein Metalloid der Gruppe 14 . Es ist weniger reaktiv als sein chemischer Analogon Kohlenstoff , das Nichtmetall direkt darüber im Periodensystem, aber reaktiver als Germanium , das Metalloid direkt darunter in der Tabelle. Die Kontroverse über den Charakter von Silizium geht auf seine Entdeckung zurück: Silizium wurde erstmals 1824 in reiner Form hergestellt und charakterisiert und erhielt den Namen silicium (von lateinisch : silicis , flints), mit einer -ium -Wortendung, die auf ein Metall hindeutet. Sein 1831 vorgeschlagener endgültiger Name spiegelt jedoch die chemisch ähnlicheren Elemente Kohlenstoff und Bor wider.

Silizium ist nach Masse das achthäufigste Element im Universum, kommt aber nur sehr selten als reines freies Element in der Natur vor. Es ist am weitesten verbreitet in Stäuben , Sanden , Planetoiden und Planeten als verschiedene Formen von Siliziumdioxid ( Silikat ) oder Silikaten . Über 90% der Erdkruste besteht aus Silikatmineralien , was Silizium nach Sauerstoff zum zweithäufigsten Element in der Erdkruste (ca. 28 Masse-%) macht .

Das meiste Silizium wird ungetrennt kommerziell genutzt, und zwar oft mit wenig Verarbeitung von Verbindungen aus der Natur. Dazu zählen direkte Industriebau Verwendung von Tonen , Silica Sand und Stein . Kieselsäure wird in Keramik verwendet Ziegel . Silikat wird in Portlandzement für Mörtel und Stuck verwendet und mit Quarzsand und Kies kombiniert , um Beton herzustellen . Silicate sind auch in Porzellan und Steingut sind Keramiken wie Porzellan , und in herkömmlichen Quarz -basierte Natronkalkglas . Modernere Siliziumverbindungen wie Siliziumkarbid bilden Schleifmittel und hochfeste Keramiken. Silizium ist die Basis der allgegenwärtigen synthetischen Polymere auf Siliziumbasis, die als Silikone bezeichnet werden .

Elementares Silizium hat auch einen großen Einfluss auf die moderne Weltwirtschaft. Obwohl das meiste freie Silizium in der Stahlveredelung, dem Aluminiumguss und der Feinchemie (oft zur Herstellung von pyrogener Kieselsäure ) verwendet wird, ist der relativ kleine Anteil an sehr hochreinem Silizium, das in der Halbleiterelektronik verwendet wird (< 10 %), vielleicht sogar kritischer. Aufgrund der breiten Verwendung von Silizium in integrierten Schaltkreisen , der Grundlage der meisten Computer, hängt ein Großteil der modernen Technologie davon ab.

Phosphor

Phosphor (Symbol P ) ist ein mehrwertiges Nichtmetall der Stickstoffgruppe , Phosphor als Mineral liegt fast immer in seinem maximal oxidierten ( fünfwertigen ) Zustand als anorganisches Phosphatgestein vor . Elementarer Phosphor existiert in zwei Hauptformen – weißer Phosphor und roter Phosphor – aber aufgrund seiner hohen Reaktivität wird Phosphor nie als freies Element auf der Erde gefunden.

Die erste hergestellte Form von elementarem Phosphor (weißer Phosphor, 1669) strahlt unter Sauerstoffeinwirkung ein schwaches Leuchten aus – daher der Name aus der griechischen Mythologie, Φωσφόρος bedeutet "Lichtträger" (lateinisch Luzifer ) und bezieht sich auf den " Morgen ". Stern ", der Planet Venus . Obwohl sich der Begriff " Phosphoreszenz ", dh Leuchten nach Beleuchtung, von dieser Eigenschaft des Phosphors ableitet, stammt das Leuchten von Phosphor aus der Oxidation des weißen (aber nicht roten) Phosphors und sollte als Chemilumineszenz bezeichnet werden . Es ist auch das leichteste Element, um leicht stabile Ausnahmen von der Oktettregel zu erzeugen .

Die überwiegende Mehrheit der Phosphorverbindungen wird als Düngemittel verbraucht. Andere Anwendungen umfassen die Rolle von Organophosphorverbindungen in Reinigungsmitteln , Pestiziden und Nervengiften sowie Streichhölzern .

Schwefel

Schwefel (Symbol S ) ist ein häufig vorkommendes mehrwertiges Nichtmetall, eines der Chalkogene . Unter normalen Bedingungen bilden Schwefelatome zyklische oktatomische Moleküle mit der chemischen Formel S 8 . Elementarer Schwefel ist bei Raumtemperatur ein hellgelber kristalliner Feststoff. Chemisch kann Schwefel entweder als Oxidationsmittel oder als Reduktionsmittel reagieren . Es oxidiert die meisten Metalle und mehrere Nichtmetalle , einschließlich Kohlenstoff, was zu seiner negativen Ladung in den meisten Organoschwefelverbindungen führt , aber es reduziert mehrere starke Oxidationsmittel wie Sauerstoff und Fluor .

In der Natur kommt Schwefel als reines Element sowie als Sulfid- und Sulfatmineralien vor . Elementare Schwefelkristalle werden häufig von Mineraliensammlern wegen ihrer farbenfrohen Polyederformen gesucht . Schwefel war in seiner nativen Form reichlich vorhanden und war in der Antike bekannt und wurde für seine Verwendung im antiken Griechenland , China und Ägypten erwähnt . Als Begasungsmittel wurden Schwefeldämpfe und als Balsam und Antiparasitika schwefelhaltige Arzneimischungen verwendet. Schwefel wird in der Bibel in Englisch als Schwefel bezeichnet , wobei dieser Name immer noch in mehreren nichtwissenschaftlichen Begriffen verwendet wird. Schwefel galt als wichtig genug, um sein eigenes alchemistisches Symbol zu erhalten . Es wurde benötigt, um die beste Qualität von schwarzem Schießpulver herzustellen , und das leuchtend gelbe Pulver wurde von Alchemisten vermutet, dass es einige der Eigenschaften von Gold enthält, die sie daraus synthetisieren wollten. Im Jahr 1777 half Antoine Lavoisier , die wissenschaftliche Gemeinschaft davon zu überzeugen, dass Schwefel ein grundlegendes Element und keine Verbindung ist.

Elementarer Schwefel wurde einst aus Salzstöcken gewonnen , wo er manchmal in fast reiner Form vorkommt, aber diese Methode ist seit dem späten 20. Jahrhundert veraltet. Heutzutage wird fast der gesamte elementare Schwefel als Nebenprodukt bei der Entfernung schwefelhaltiger Verunreinigungen aus Erdgas und Erdöl hergestellt . Die kommerziellen Verwendungen des Elements liegen vor allem in Düngemitteln , da die Pflanzen dafür relativ viel benötigen, und in der Herstellung von Schwefelsäure , einer primären Industriechemikalie. Andere bekannte Verwendungen für das Element sind in Streichhölzern , Insektiziden und Fungiziden . Viele Schwefelverbindungen sind übelriechend, und der Geruch von odoriertem Erdgas, Stinktiergeruch, Grapefruit und Knoblauch ist auf Schwefelverbindungen zurückzuführen. Von lebenden Organismen produzierter Schwefelwasserstoff verleiht faulenden Eiern und anderen biologischen Prozessen den charakteristischen Geruch.

Chlor

Chlor (Symbol Cl ) ist das zweitleichteste Halogen . Das Element bildet unter Standardbedingungen zweiatomige Moleküle , Dichlor genannt. Es hat die höchste Elektronenaffinität und die dritthöchste Elektronegativität aller Elemente; Chlor ist daher ein starkes Oxidationsmittel .

Die häufigste Chlorverbindung, Natriumchlorid ( Speisesalz ), ist seit der Antike bekannt; um 1630 wurde Chlorgas jedoch von dem belgischen Chemiker und Arzt Jan Baptist van Helmont gewonnen. Die Synthese und Charakterisierung von elementarem Chlor erfolgte 1774 durch den schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele, der es "dephlogistisierte Salzsäureluft" nannte, da er glaubte, das aus der Salzsäure gewonnene Oxid zu synthetisieren , da zu dieser Zeit davon ausgegangen wurde, dass Säuren notwendigerweise enthalten Sauerstoff. Eine Reihe von Chemikern, darunter Claude Berthollet, schlugen vor, dass Scheeles "dephlogistisierte Salzsäureluft" eine Kombination aus Sauerstoff und dem noch unentdeckten Element sein muss, und Scheele nannte das vermeintliche neue Element in diesem Oxid als muriaticum . Die Vermutung, dass dieses neu entdeckte Gas ein einfaches Element sei, wurde 1809 von Joseph Louis Gay-Lussac und Louis-Jacques gemacht. Dies wurde 1810 von Sir Humphry Davy bestätigt , der es Chlor nannte, vom griechischen Wort χλωρός (chlōros), was "grün-gelb" bedeutet.

Chlor ist Bestandteil vieler anderer Verbindungen. Es ist das zweithäufigste Halogen und das 21. häufigste chemische Element in der Erdkruste. Die große Oxidationskraft von Chlor führte es zu seinen bleichenden und desinfizierenden Anwendungen sowie zu einem wesentlichen Reagenz in der chemischen Industrie. Als übliches Desinfektionsmittel werden Chlorverbindungen in Schwimmbädern verwendet , um sie sauber und hygienisch zu halten . In der oberen Atmosphäre wurden chlorhaltige Moleküle wie Fluorchlorkohlenwasserstoffe mit dem Ozonabbau in Verbindung gebracht .

Argon

Argon (Symbol Ar ) ist das dritte Element der Gruppe 18, der Edelgase . Argon ist mit 0,93% das dritthäufigste Gas in der Erdatmosphäre und damit häufiger als Kohlendioxid . Fast das gesamte Argon ist radiogenes Argon-40, das aus dem Zerfall von Kalium-40 in der Erdkruste stammt. Im Universum ist Argon-36 bei weitem das häufigste Argon-Isotop und das bevorzugte Argon-Isotop, das durch stellare Nukleosynthese produziert wird .

Der Name "Argon" leitet sich vom griechischen Neutrum-Adjektiv ἀργόν ab , was "faul" oder "der Inaktive" bedeutet, da das Element fast keine chemischen Reaktionen durchläuft. Das vollständige Oktett (acht Elektronen) in der äußeren Atomhülle macht Argon stabil und resistent gegen Bindungen mit anderen Elementen. Seine Tripelpunkttemperatur von 83,8058  K ist ein definierender Fixpunkt in der Internationalen Temperaturskala von 1990 .

Argon wird industriell hergestellt durch die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft . Argon wird hauptsächlich als inertes Schutzgas beim Schweißen und anderen Hochtemperatur-Industrieprozessen verwendet, bei denen normalerweise nicht reaktive Substanzen reaktiv werden: Beispielsweise wird in Graphit-Elektroöfen eine Argon-Atmosphäre verwendet, um das Verbrennen des Graphits zu verhindern. Argongas wird auch in Glüh- und Leuchtstofflampen und anderen Arten von Gasentladungsröhren verwendet. Argon stellt einen unverwechselbaren blaugrünen Gaslaser her .

Biologische Rollen

Natrium ist ein essentielles Element für alle Tiere und einige Pflanzen. Bei Tieren werden Natriumionen gegen Kaliumionen verwendet, um Ladungen auf Zellmembranen aufzubauen , was die Übertragung von Nervenimpulsen ermöglicht, wenn die Ladung abgebaut wird; es wird daher als ein in der Nahrung aufgenommenes anorganisches Makromineral eingestuft.

Magnesium ist das elfthäufigste Massenelement im menschlichen Körper ; seine Ionen sind für alle lebenden Zellen essentiell , wo sie eine wichtige Rolle bei der Manipulation wichtiger biologischer Polyphosphatverbindungen wie ATP , DNA und RNA spielen . Hunderte von Enzymen benötigen daher Magnesiumionen, um zu funktionieren. Magnesium ist auch das Metallion im Zentrum des Chlorophylls und wird daher häufig zu Düngemitteln hinzugefügt . Magnesiumverbindungen werden medizinisch als gemeinsam verwendet Abführmittel , Antazida (zB Milch von Magnesia ) und in einer Reihe von Situationen , bei denen die Stabilisierung der anormalen Nervenanregung und Blutgefäßkrampf erforderlich ist (zB zur Behandlung von Eklampsie ).

Trotz seiner Verbreitung in der Umwelt ist bekannt, dass Aluminiumsalze von keiner Lebensform verwendet werden. Entsprechend seiner Verbreitung wird es von Pflanzen und Tieren gut vertragen. Aufgrund ihrer Prävalenz sind potenziell vorteilhafte (oder anderweitige) biologische Funktionen von Aluminiumverbindungen von anhaltendem Interesse.

Silizium ist ein essentielles Element in der Biologie, obwohl nur winzige Spuren davon von Tieren benötigt werden, obwohl verschiedene Meeresschwämme Silizium benötigen, um eine Struktur zu haben. Viel wichtiger ist sie für den Stoffwechsel der Pflanzen, insbesondere vieler Gräser, und Kieselsäure (eine Art Kieselsäure) bildet die Grundlage für die auffallende Schutzhülle der mikroskopisch kleinen Kieselalgen .

Phosphor ist lebensnotwendig. Als Phosphat ist es Bestandteil von DNA , RNA , ATP und auch der Phospholipide , die alle Zellmembranen bilden. Um die Verbindung zwischen Phosphor und Leben zu demonstrieren, wurde elementarer Phosphor historisch zum ersten Mal aus menschlichem Urin isoliert, und Knochenasche war eine wichtige frühe Phosphatquelle. Phosphatmineralien sind Fossilien. Niedrige Phosphatwerte sind in einigen aquatischen Systemen eine wichtige Wachstumsgrenze. Heutzutage ist die wichtigste kommerzielle Verwendung von Chemikalien auf Phosphorbasis die Herstellung von Düngemitteln , um den Phosphor zu ersetzen, den Pflanzen aus dem Boden entfernen.

Schwefel ist ein essentielles Element für alles Leben und wird häufig in biochemischen Prozessen verwendet. Bei Stoffwechselreaktionen dienen Schwefelverbindungen sowohl als Brennstoffe als auch als Atmungsmaterial (sauerstoffersetzende) für einfache Organismen. Schwefel in organischer Form ist in den Vitaminen Biotin und Thiamin enthalten , wobei letzteres nach dem griechischen Wort für Schwefel benannt ist. Schwefel ist ein wichtiger Bestandteil vieler Enzyme und in antioxidativen Molekülen wie Glutathion und Thioredoxin . Organisch gebundener Schwefel ist ebenso wie die Aminosäuren Cystein und Methionin Bestandteil aller Proteine . Disulfidbindungen sind weitgehend verantwortlich für die mechanische Festigkeit und Unlöslichkeit des Proteins Keratin , das in der äußeren Haut, in Haaren und Federn vorkommt, und das Element trägt beim Verbrennen zu ihrem stechenden Geruch bei.

Elementares Chlor ist für alle Lebensformen äußerst gefährlich und giftig und wird als Lungenmittel in der chemischen Kriegsführung verwendet ; Chlor ist jedoch für die meisten Lebensformen, einschließlich des Menschen, in Form von Chloridionen erforderlich .

Argon hat keine biologische Rolle. Argon ist wie jedes andere Gas außer Sauerstoff ein Erstickungsmittel .

Tabelle der Elemente

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 fünfzehn 16 17 18
Gruppe  →
↓  Zeitraum
3 Natrium11N / A22.990 Magnesium12Mg24.305 Aluminium13Al26.982 Silizium14Si28.085 PhosphorfünfzehnP30.974 Schwefel16S32.06 Chlor17Cl35.45 Argon18Ar39,95

Anmerkungen

Verweise