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Erweitertes Periodensystem

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↑Superactinoide↑

Daserweiterte Periodensystem wurde 1969 vonGlenn T. Seaborg vorgestellt. Im Großen und Ganzen entspricht es dembisherigen Periodensystem in Funktion und Aufbau, ergänzt dieses jedoch umElemente mitOrdnungszahlen größer als 118 und rückt weitereNebengruppen ein. Da diese zusätzlichen Elemente noch nicht erzeugt wurden, haben sie vorerstsystematische Elementnamen. Außerdem ist es streng nach Belegung derElektronenorbitale sortiert, weshalb sich beispielsweiseHelium (He) auf der linken Seite, rechts nebenWasserstoff (H) findet und nicht ganz rechts überNeon (Ne).

Kernphysik

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Von einer Erzeugung der in diesem Schema zusätzlich berücksichtigten Elemente mit Ordnungszahlen jenseits 118 ist nichts bekannt. Ihre Erzeugbarkeit durchKernfusion gilt jedoch aufgrund theoretischer Überlegungen als sehr wahrscheinlich. Es wird erwartet, dass diese Elemente mitHalbwertszeiten unterhalb einer Sekunde zerfallen. Einige dieser Elemente sind vermutlich relativ langlebig im Verhältnis zu ihren Nachbarn, da sie aufInseln der Stabilität liegen. Im eigentlichen Sinne „stabile“ superschwere Elemente liegen aber nicht im Bereich dessen, was erwartet wird.

Anomalien und Eigentümlichkeiten, die erst bei größeren Ordnungszahlen eintreten würden (z. B. ab 300 oder 500), können noch nicht zuverlässig vorhergesagt werden.

Historisch wurdenNeutronensterne mit sehr großen Atomen mit Ordnungszahlen in vielen Zehnerpotenzen verglichen, was aber aufgrund der zusätzlich daran beteiligten physikalischen Phänomene (Gravitation,Plasmabildung) als unzulässig gilt.

Chemie

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Es wird vermutet, dass die Elemente mit Ordnungszahlen größer als 118 den bekannten Gesetzmäßigkeiten der Elemente niedrigerer Ordnungszahlen folgen. Allerdings ist ihre vermuteteLebensdauer zu kurz und die herstellbare Menge zu gering, um chemische oder die meisten physikalischenEigenschaften (z. B. denAggregatzustand) beobachten zu können.

Es wird erwartet, dass bei den Elementen 123 bis 140 nach und nach die 5g-Orbitale und bei den Elementen 122 und 141 bis 153 die 6f-Orbitale aufgefüllt werden. Glenn T. Seaborg prägte für die gemeinsame Gruppe der 5g- und 6f-Elemente den BegriffSuperactinoide. Diese Elemente werden ähnlich denLanthanoiden undActinoiden eingerückt oder abseits dargestellt. Ähnlich wie bereits bei den Lanthanoiden und Actinoiden ist die genaue Zuordnung zu den Superactinoiden aber auch in der Fachliteratur nicht einheitlich.

Generell wird erwartet, dass die theoretischen chemischen Eigenschaften der schwersten Elemente aufgrundrelativistischer Effekte nicht unbedingt den Trends der vorhergehendenPerioden folgen müssen. Insofern ist die Zuordnung zu einzelnen Gruppen des Periodensystems eine rein formale Zuordnung. Bisher gilt es aber als ausgeschlossen, dass die Atomkerne lange genug existieren, um eine Elektronenhülle zu haben. Chemische Eigenschaften wären demnach undefiniert bzw. nicht vorhanden.

Das erweiterte Periodensystem

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Die untenstehende Tabelle zeigt das Periodensystem in der achten Periode gemäß Seaborgs Annahmen.[1][2]

Unter Verwendung desBohrschen Atommodell würde die OrdnungszahlZ = 137 eine maximale Grenze darstellen, da in diesem Modell die Geschwindigkeitv des Elektrons auf der innersten Bahn gegeben ist durchv =Z·α·c, beiZ > 137 müsste die Geschwindigkeit des Elektrons höher als dieLichtgeschwindigkeitc liegen.[3] Für so hohe Ordnungszahlen müssen jedoch Effekte der relativistischen Quantenmechanik beachtet werden: Nach Berechnungen mithilfe derDirac-Gleichung ergibt sich eine maximale Grenze erst in einem Bereich umZ = 170.[4]

Bei den Elementen der achten Periode ist festzustellen, dass gemäß Nefedov[5] bereits bei Element 159 im Grundzustand das erste 9s-Elektron besetzt ist. Im auf relativistischen Hartree-Fock-Slater-Berechnungen basierenden Modell vonFricke et al. (1971) und dem wie bei Nefedov auf Dirac-Fock-Berechnungen basierenden Modell vonPyykkö (2011) endet die achte Periode dann erst mit Element 172, dem diese Autoren Edelgas-Verhalten zusprechen, bei dem dann aber bereits zwei 9s- und zwei 9p-Elektronen besetzt sind.[6][7]

Man beachte, dass sich in der achten Periode die Energiebereiche der 5g-, 6f-, 7d- und 8p-Elektronen so dicht aneinander befinden bzw. sich überlappen, dass eine direkte Zuordnung von 123 zu 5g1, 124 zu 5g2 etc., wie sie in der Tabelle unten suggeriert wird, nicht möglich ist. Siehe dazuChemische Elemente der achten Periode#Liste, wo einige der berechneten Elektronenkonfigurationen aus Nefedov et al. aufgelistet sind.

Periodes1s2Periode
11
H		2
He		p1p2p3p4p5p61
23
Li		4
Be		5
B		6
C		7
N		8
O		9
F		10
Ne		2
311
Na		12
Mg		d1d2d3d4d5d6d7d8d9d1013
Al		14
Si		15
P		16
S		17
Cl		18
Ar		3
419
K		20
Ca		21
Sc		22
Ti		23
V		24
Cr		25
Mn		26
Fe		27
Co		28
Ni		29
Cu		30
Zn		31
Ga		32
Ge		33
As		34
Se		35
Br		36
Kr		4
537
Rb		38
Sr		39
Y		f1f2f3f4f5f6f7f8f9f10f11f12f13f1440
Zr		41
Nb		42
Mo		43
Tc		44
Ru		45
Rh		46
Pd		47
Ag		48
Cd		49
In		50
Sn		51
Sb		52
Te		53
I		54
Xe		5
655
Cs		56
Ba		57
La		58
Ce		59
Pr		60
Nd		61
Pm		62
Sm		63
Eu		64
Gd		65
Tb		66
Dy		67
Ho		68
Er		69
Tm		70
Yb		71
Lu		72
Hf		73
Ta		74
W		75
Re		76
Os		77
Ir		78
Pt		79
Au		80
Hg		81
Tl		82
Pb		83
Bi		84
Po		85
At		86
Rn		6
787
Fr		88
Ra		89
Ac		90
Th		g1g2g3g4g5g6g7g8g9g10g11g12g13g14g15g16g17g1891
Pa		92
U		93
Np		94
Pu		95
Am		96
Cm		97
Bk		98
Cf		99
Es		100
Fm		101
Md		102
No		103
Lr		104
Rf		105
Db		106
Sg		107
Bh		108
Hs		109
Mt		110
Ds		111
Rg		112
Cn		113
Nh		114
Fl		115
Mc		116
Lv		117
Ts		118
Og		7
8119
Uue		120
Ubn		121
Ubu		122
Ubb		123
Ubt		124
Ubq		125
Ubp		126
Ubh		127
Ubs		128
Ubo		129
Ube		130
Utn		131
Utu		132
Utb		133
Utt		134
Utq		135
Utp		136
Uth		137
Uts		138
Uto		139
Ute		140
Uqn		141
Uqu		142
Uqb		143
Uqt		144
Uqq		145
Uqp		146
Uqh		147
Uqs		148
Uqo		149
Uqe		150
Upn		151
Upu		152
Upb		153
Upt		154
Upq		155
Upp		156
Uph		157
Ups		158
Upo		159
Upe		160
Uhn		161
Uhu		162
Uhb		163
Uht		164
Uhq		165
Uhp		166
Uhh		167
Uhs		168
Uho		8
Blöcke
s-Blockp-Blockd-Blockf-Blockg-Block

Siehe auch

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Literatur

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  • Harry H. Binder:Die Grenzen des Periodensystems der Elemente. In:Lexikon der chemischen Elemente – Das Periodensystem in Fakten, Zahlen und Daten. Hirzel, Stuttgart 1999,ISBN 3-7776-0736-3, S. 761–767

Einzelnachweise

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  1. ↑Glenn T. Seaborg:Prospects for Further Considerable Extension of the Periodic Table. In:Journal of Chemical Education.Band 46, Oktober 1969,S. 626–634.  Auch zu finden als Abdruck in G.T. Seaborg:Prospects for Further Considerable Extension of the Periodic Table. In: G.T. Seaborg (Hrsg.):Modern Alchemy: Selected Papers of Glenn T. Seaborg. World Scientific, 1994,ISBN 978-981-02-1440-1 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  2. ↑Seaborgs Bezeichnung und Elementbereich wird unter anderem auch in folgendem Buch verwendet: D.C. Hofman, D.A. Shaughnessy:Superheavy Elements. In: Attila Vértes et al. (Hrsg.):Handbook of Nuclear Chemistry. 2. Auflage. Springer Science & Business Media, 2010,ISBN 978-1-4419-0719-6 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
  3. ↑Volodymyr Bezverkhniy, Vitaliy Bezverkhniy:The Speed of Light and the Number of Chemical Elements. In:SSRN Electronic Journal. 2020,ISSN 1556-5068,doi:10.2139/ssrn.3709471 (ssrn.com). 
  4. ↑O. R. Smits, P. Indelicato, W. Nazarewicz, M. Piibeleht, P. Schwerdtfeger:Pushing the limits of the periodic table — A review on atomic relativistic electronic structure theory and calculations for the superheavy elements. In:Physics Reports (= Pushing the limits of the periodic table — A review on atomic relativistic electronic structure theory and calculations for the superheavy elements).Band 1035, 25. September 2023,ISSN 0370-1573,S. 1–57,doi:10.1016/j.physrep.2023.09.004 (sciencedirect.com [abgerufen am 28. März 2025]). 
  5. ↑V.I. Nefedov, M.B. Trzhaskovskaya, V.G. Yarzhemskii:Electronic Configurations and the Periodic Table for Superheavy Elements. In:Doklady Physical Chemistry.Band 408,Nr. 2, 2006,S. 149–151,doi:10.1134/S0012501606060029 (Kopie auf russischer Webseite [PDF;111 kB; abgerufen am 11. Juli 2020]). 
  6. ↑Fricke, B.,Greiner, W. und Waber, J.T.:The continuation of the periodic table up to Z = 172. The chemistry of superheavy elements. In:Theoret. Chim. Acta.Band 21, 1971,S. 235–260,doi:10.1007/BF01172015. 
  7. ↑Pekka Pyykkö:A suggested Periodic Table up to Z ≤ 172, based on Dirac-Fock calculations on atoms and ions. In:Phys. Chem. Chem. Phys.Band 13,Nr. 1, 2011,S. 161–168,doi:10.1039/C0CP01575J (preprint-Version von der Homepage des Autors [PDF;164 kB; abgerufen am 13. Juli 2020]). 
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