Chemische Elemente der achten Periode

Die achte Periode des erweiterten Periodensystems der Elemente beinhaltet alle chemischen Elemente, die genau acht Elektronenschalen im Atom besitzen. Es handelt sich bei dieser Periode um eine aktuell noch theoretische Fortsetzung der Perioden des Periodensystems. Es gibt aktuell noch kein nachgewiesenes chemisches Element dieser Periode. Theoretisch ist die innerste (erste) Elektronenschale voll besetzt und besitzt zwei Elektronen. Die zweite Elektronenschale mit acht Elektronen, die dritte Elektronenschale mit 18 Elektronen und die vierte Elektronenschale mit 32 Elektronen sind ebenfalls voll besetzt. Die fünfte Elektronenschale besitzt mindestens 32 Elektronen und kann maximal 50 Elektronen aufnehmen. Die sechste Elektronenschale hat mindestens 18 Elektronen und kann maximal 32 Elektronen aufnehmen. Die siebte Elektronenschale hat mindestens 8 Elektronen und kann maximal 18 Elektronen aufnehmen. Die äußerste (achte) Elektronenschale, auch Valenzschale genannt, kann zwischen ein und acht Elektronen aufnehmen. Somit befinden sich theoretisch insgesamt 50 chemische Elemente in der achten Periode. Die chemischen Elemente 122 bis 153 werden laut Glenn T. Seaborg zu den Superactinoiden zusammengefasst und stellen eine besondere Gruppe innerhalb dieser Periode dar. Eine Besonderheit dieser Periode ist die Besetzung des g-Orbitals mit Elektronen, ein g-Orbital tritt in Grundzustandskonfiguration erst ab dieser Periode auf.

Auszug aus dem erweiterten Periodensystem

Chemische und physikalische Eigenschaften

Die Atome der Elemente dieser Periode dürften vermutlich Halbwertszeiten im Bereich winzigster Sekundenbruchteile haben. Daher ist die vermutete Lebensdauer eines Elements der 8. Periode zu kurz, als dass es eine chemische Reaktion eingehen könnte. Insoweit dürften die Elemente der 8. Periode keine definierten chemischen Eigenschaften haben. Aus dem gleichen Grund dürfte es auch keine Bindungskräfte zwischen gleichen Atomen geben. Damit wären die Periode-8-Elemente physikalisch gesehen Gase.

Magische Zahl

Mindestens zwei der Periode-8-Elemente, nämlich 120 (Unbinilium) und 126 (Unbihexium) haben eine magische Ordnungszahl. Das bedeutet, dass im Atom die Protonenschalen voll besetzt sind. Da solche Atome energetisch günstiger sind als solche mit unvollständig besetzten Schalen, vermutet man, dass einige Isotope, speziell Unbinilium-304 und Unbihexium-310, Inseln der Stabilität bilden und daher längere Halbwertszeiten aufweisen als vergleichbar große Isotope anderer Elemente. Diese beiden Isotope sind doppelt magisch, das heißt, dass neben der Protonenzahl auch die Anzahl der Neutronen eine magische Zahl ist.

Anzahl der Elektronen in den Elektronenschalen

Die folgenden Angaben sind aktuell noch reine Theorie und können sich jederzeit durch neue Erkenntnisse ändern; sie sollten deshalb mit äußerster Vorsicht behandelt werden.

Superactinoide und folgende Elemente

Analog zu den 14 Übergangselementen des 4f-Blocks in der sechsten Periode (d. h. Ce-Lu) und den 14 Übergangselementen des 5f-Blocks in der siebten Periode (d. h. Th-Lr) sind in der achten Periode insgesamt 32 Übergangselemente für den 5g- und den 6f-Block zu erwarten. Glenn T. Seaborg prägte für diese 32 Elemente, die er bei den Ordnungszahlen 122–153 vermutete, den Begriff Superactinide, was im deutschen Sprachgebrauch meist mit Superactinoide wiedergegeben wird.^[1][2]

Allerdings ist der von Seaborg angegebene Bereich durchaus mit Vorsicht zu genießen: Die Elektronenkonfigurationen der Grundzustände der Elemente 119–164 werden z. B. in der Veröffentlichung von Nefedov et al. aufgelistet. Dabei fällt auf, dass in 121 und 122 zunächst ein 8p-Elektron und dann ein 7d-Elektron besetzt werden, bevor in 123 das erste 6f- und in 125 das erste 5g-Elektron gefüllt werden. Mit der abwechselnden Füllung von 8p, 7d, 6f und 5g sind erst mit Element 145 alle achtzehn 5g-Elektronen besetzt und danach erst mit Element 157 alle vierzehn 6f-Elektronen. Nefedov et al. schreiben daher "Elements 121–157 can be classified as the period of 5g and 6f electrons." ^[3] Damit könnte man die Bezeichnung "Superactinoide" auch auf diese 37 Elemente ausdehnen, wobei die genannte Veröffentlichung an keiner Stelle den Begriff Superactinoide verwendet.

Bei den weiteren Elementen der achten Periode ist festzustellen, dass gemäß Nefedov 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]

Übersicht

Die untenstehende Tabelle zeigt mit orange hinterlegt, welche Elektronenorbitale gemäß dem Aufbauprinzip in der achten Periode gefüllt werden sollten. Die Spalte "Insgesamt" gibt dabei die Elektronenanzahl an, die es in dieser Schale geben kann, auch wenn diese in der Elektronenkonfiguration des Grundzustands der Elemente der achten Periode noch nicht gefüllt werden. Dazu gehören insbesondere auch die höheren Orbitale (h-, i- und j-Orbital).

Die grün hinterlegten Zahlen geben dabei an, die wievielten Elektronen der jeweiligen Schale in der achten Periode gefüllt werden, nicht aber die Reihenfolge innerhalb der Periode: die zu erwartende Füllreihenfolge beginnt mit den zwei Elektronen aus 8s, gefolgt von einem 8p (und vermutlich) einem 7p, bevor dann als nächstes die 6f- und dann die 5g-Elektronen gefüllt werden. Siehe dazu die Elektronenkonfigurationen in der untenstehenden Liste der Elemente der achten Periode.

Liste

Da es noch kein nachgewiesenes chemisches Element der 8. Periode gibt, sind alle Namen und Symbole nur vorläufig. Sie entsprechen den IUPAC-Regeln für systematische Elementnamen. Die folgenden Angaben sind aktuell noch reine Theorie und können sich jederzeit durch neue Erkenntnisse ändern, sie sollten deshalb mit äußerster Vorsicht behandelt werden.

Trivia

Im Star-Trek-Universum sind die Elemente 121 und 145 unter den Namen Tritanium^[7] bzw. Duranium^[8] bekannt. Bei Edmond Hamilton entwickelt das Element 144 ein eigenes Bewusstsein und wird zur Gefahr für dessen Erzeuger. (Siehe Liste erfundener Elemente, Materialien, Isotope und Elementarteilchen)

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 (englisch, 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 (englisch, eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche). 
3. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l} 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 (englisch, 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 (englisch). 
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 (englisch, preprint-Version von der Homepage des Autors [PDF; 164 kB; abgerufen am 13. Juli 2020]). 
6. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l m n o p} D.B. Mann: Prognozirovanie v uchenii o periodichnosti (Prediction of Periodicity). In: Nauka. 1976, S. 161–201 (Die Werte sind in V.I. Nefedov et al. "Electronic Configurations and the Periodic Table for Superheavy Elements" einsehbar). 
7. ↑ Tritanium im Star-Trek-Wiki Memory Alpha
8. ↑ Dunarium im Star-Trek-Wiki Memory Alpha

Literatur

• J. Huheey: Anorganische Chemie, 2. Auflage, 1995.

Weblinks

• Entwicklung des Periodensystems