Erweitertes Periodensystem

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Das erweiterte Periodensystem wurde 1969 von Glenn T. Seaborg vorgestellt. Im Großen und Ganzen entspricht es dem bisherigen Periodensystem in Funktion und Aufbau, ergänzt dieses jedoch um Elemente mit Ordnungszahlen größer als 118 und rückt weitere Nebengruppen ein. Da diese zusätzlichen Elemente noch nicht erzeugt wurden, haben sie vorerst systematische Elementnamen. Außerdem ist es streng nach Belegung der Elektronenorbitale sortiert, weshalb sich beispielsweise Helium (He) auf der linken Seite, rechts neben Wasserstoff (H) findet und nicht ganz rechts über Neon (Ne).

Kernphysik

Von einer Erzeugung der in diesem Schema zusätzlich berücksichtigten Elemente mit Ordnungszahlen jenseits 118 ist nichts bekannt. Ihre Erzeugbarkeit durch Kernfusion gilt jedoch aufgrund theoretischer Überlegungen als sehr wahrscheinlich. Es wird erwartet, dass diese Elemente mit Halbwertszeiten unterhalb einer Sekunde zerfallen. Einige dieser Elemente sind vermutlich relativ langlebig im Verhältnis zu ihren Nachbarn, da sie auf Inseln 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 wurden Neutronensterne 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

Es wird vermutet, dass die Elemente mit Ordnungszahlen größer als 118 den bekannten Gesetzmäßigkeiten der Elemente niedrigerer Ordnungszahlen folgen. Allerdings ist ihre vermutete Lebensdauer zu kurz und die herstellbare Menge zu gering, um chemische oder die meisten physikalischen Eigenschaften (z. B. den Aggregatzustand) 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 Begriff Superactinoide. Diese Elemente werden ähnlich den Lanthanoiden und Actinoiden 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 chemischen Eigenschaften der schwersten Elemente aufgrund des relativistischen Effekts nicht unbedingt den Trends der vorhergehenden Perioden folgen müssen. Insofern ist die Zuordnung zu einzelnen Gruppen des Periodensystems eine rein formale Zuordnung, solange keine experimentellen Daten vorliegen.

Das erweiterte Periodensystem

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

Prinzipiell stellt die Ordnungszahl Z=137 eine natürliche rechnerische Grenze dar, da die Geschwindigkeit des Elektrons auf der innersten Bahn nach dem Bohrschen Modell gegeben ist durch v=Z·α·c, was spätestens für Z>137 eine höhere Geschwindigkeit als c erfordern würde.

Bei den Elementen der achten Periode ist festzustellen, dass gemäß Nefedov[3] bereits bei Element 159 im Grundzustand das erste 9s-Elektron besetzt ist. Im auf relativistischen Hartree-Fock-Slater-Berechnungen basierenden Modell von Fricke et al. (1971) und dem wie bei Nefedov auf Dirac-Fock-Berechnungen basierenden Modell von Pyykkö (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.[4][5]

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 5g^1, 124 zu 5g^2 etc., wie sie in der Tabelle unten suggeriert wird, nicht möglich ist. Siehe dazu Chemische Elemente der achten Periode#Liste, wo einige der berechneten Elektronenkonfigurationen aus Nefedov et al. aufgelistet sind.

Periode	s^1	s^2																																																	Periode
1	1 H	2 He																																											p^1	p^2	p^3	p^4	p^5	p^6	1
2	3 Li	4 Be																																											5 B	6 C	7 N	8 O	9 F	10 Ne	2
3	11 Na	12 Mg	d^1																																	d^2	d^3	d^4	d^5	d^6	d^7	d^8	d^9	d^10	13 Al	14 Si	15 P	16 S	17 Cl	18 Ar	3
4	19 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
5	37 Rb	38 Sr	39 Y	f^1																			f^2	f^3	f^4	f^5	f^6	f^7	f^8	f^9	f^10	f^11	f^12	f^13	f^14	40 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
6	55 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
7	87 Fr	88 Ra	89 Ac	90 Th	g^1	g^2	g^3	g^4	g^5	g^6	g^7	g^8	g^9	g^10	g^11	g^12	g^13	g^14	g^15	g^16	g^17	g^18	91 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
8	119 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-Block

p-Block

d-Block

f-Block

g-Block

Siehe auch

• Liste der chemischen Elemente

Literatur

• 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

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. 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]). 
4. 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. 
5. 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]).