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Chemische Elemente der achten Periode

Gruppe chemischer Elemente

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

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Gruppe 1 2 3   4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

I II
III IV V VI VII VIII
Ordnungszahl 
Symbol 		119
Uue 		120
Ubn 		121
Ubu 		122–153 154
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

Super­ac­ti­noide   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

Farblegende Unbekannt Superactinoide

Chemische und physikalische Eigenschaften

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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

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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

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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

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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

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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.

Elektronen-
schale 		Anzahl der Elektronen Bemerkung
s-Orbital p-Orbital d-Orbital f-Orbital g-Orbital Insgesamt bis zur 7. Periode 8. Periode
1 2 - - - - 2 2 2 innerste Elektronenschale
2 2 6 - - - 8 8 8
3 2 6 10* - - 18 18 18 *das 3d-Orbital wird erst in der 4. Periode bei den Übergangsmetallen gefüllt.
4 2 6 10 14** - 32 32 32 **das 4f-Orbital wird erst in der 6. Periode bei den Lanthanoiden gefüllt.
5 2 6 10 14 0 bis 18+ 50 32 32 bis 50+ +das 5g-Orbital wird bei den Superactinoiden gefüllt
6 2 6 10 0 bis 14++ - 72 18 18 bis 32++ ++das 6f-Orbital wird bei den Superactinoiden gefüllt
7 2 6 0 bis 10 - - 98 8 8 bis 18
8 1 bis 2 0 bis 6 - - - 128 - 1 bis 8 äußerste Elektronen-Schale, Valenzschale der achten Periode

Liste

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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.

Ordnungs­zahl Symbol Name Elektronenkonfiguration
im Grundzustand 		CAS-Nummer
119 Uue Ununennium [Og] 8s1 [3][6] 54143-88-3
120 Ubn Unbinilium [Og] 8s2 [3][6] 54143-58-7
121 Ubu Unbiunium [Og] 8p1 8s2 [3][6] 54500-70-8
122 Ubb Unbibium [Og] 7d1 8p1 8s2 [3][6] 54576-73-7
123 Ubt Unbitrium [Og] 6f2 8p1 8s2 [3] oder
[Og] 6f1 7d1 8p1 8s2 [6] 		54500-71-9
124 Ubq Unbiquadium [Og] 6f2 8p2 8s2 [3] oder
[Og] 6f3 8p1 8s2 [6] 		54500-72-0
125 Ubp Unbipentium [Og] 5g1 6f3 8p1 8s2 [6] 54500-76-4
126 Ubh Unbihexium [Og] 5g2 6f2 7d1 8p1 8s2 [6] 54500-77-5
127 Ubs Unbiseptium [Og] 5g3 6f2 8p2 8s2 [6] 63309-49-9
128 Ubo Unbioctium [Og] 5g4 6f2 8p2 8s2 [6] 63309-50-2
129 Ube Unbiennium [Og] 5g4 6f3 7d1 8p1 8s2 [3] oder
[Og] 5g5 6f2 8p2 8s2 [6] 		63309-51-3
130 Utn Untrinilium [Og] 5g5 6f3 7d1 8p1 8s2 [3] oder
[Og] 5g6 6f2 8p2 8s2 [6] 		61969-72-0
131 Utu Untriunium [Og] 5g7 6f2 8p2 8s2 [6] 63309-52-4
132 Utb Untribium 56452-00-7
133 Utt Untritrium
134 Utq Untriquadium
135 Utp Untripentium
136 Uth Untrihexium
137 Uts Untriseptium
138 Uto Untrioctium
139 Ute Untriennium
140 Uqn Unquadnilium
141 Uqu Unquadunium
142 Uqb Unquadbium
143 Uqt Unquadtrium
144 Uqq Unquadquadium
145 Uqp Unquadpentium [Og] 5g18 6f3 7d2 8p2 8s2 [3][6]
146 Uqh Unquadhexium
147 Uqs Unquadseptium
148 Uqo Unquadoctium
149 Uqe Unquadennium
150 Upn Unpentnilium
151 Upu Unpentunium
152 Upb Unpentbium
153 Upt Unpenttrium
154 Upq Unpentquadium
155 Upp Unpentpentium
156 Uph Unpenthexium [Og] 5g18 6f13 7d3 8p2 8s2 [3] oder
[Og] 5g18 6f14 7d2 8p2 8s2 [6]
157 Ups Unpentseptium [Og] 5g18 6f14 7d3 8p2 8s2 [3][6]
158 Upo Unpentoctium
159 Upe Unpentennium
160 Uhn Unhexnilium
161 Uhu Unhexunium
162 Uhb Unhexbium
163 Uht Unhextrium
164 Uhq Unhexquadium
165 Uhp Unhexpentium
166 Uhh Unhexhexium
167 Uhs Unhexseptium
168 Uho Unhexoctium

Trivia

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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 fiktiver Elemente, Materialien, Isotope und Elementarteilchen)

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 (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. ↑ Duranium im Star-Trek-Wiki Memory Alpha

Literatur

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