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0. Gruppe

Die Proto-Elemente

Beschreibung:
Wasserstoff und Helium Im Infofeld "Kernfusion" wird beschrieben, wie sich alle schwereren Elemente aus Wasserstoff und Helium, die insgesamt 99% Anteil aller Materie im Universum besitzen, aufgebaut haben. Weder Wasserstoff noch Helium lassen sich sinnvoll in eine Haupt- oder Nebengruppe des Periodensystems eintragen. Dagegen haben die beiden Elemente mehr physikalische Ähnlichkeiten miteinander, als zu irgendeinem anderen Element im PSE. Auch aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration ist es besser, die beiden gänzlich aus dem restlichen PSE auszuklammern und zusammenzufassen. Im Folgenden soll begründet werden, warum es besser ist, Wasserstoff und Helium in eine eigene Gruppe zu schreiben. Dabei werden die verschiedenen geläufigen Ansichten rekapituliert und interpretiert: 1. Ansicht über den Zustand der Schale aufgrund der Elektronenkonfiguration: Die beiden Elemente bilden zusammen die erste Periode im PSE. Dabei kommt dem Wasserstoff eine halbbesetzte, dem Helium eine vollbesetzte Schale zu. Diese Interpretation müßte den Wasserstoff zu einem leichteren Homologen des Kohlenstoffs ausweisen. Das dies nicht richtig sein kann, läßt sich sowohl chemisch als auch physikalisch leicht nachvollziehen, da die beiden Elemente keinerlei Ähnlichkeit miteinander haben. Das Helium wäre folgerichtig den Edelgasen zuzurechnen, mit welchen es auch - durch seine vollbesetzte Schale und die damit verbundene Einatomigkeit - eine formelle Ähnlichkeit besitzt. 2. Ansicht des Wasserstoffs als Element mit nur einem Außenelektron: Betrachtet man den Wasserstoff dagegen als Element, welches nur ein Elektron auf seiner äußeren (und einzigen) Schale besitzt, so müßte er zu der Alkalimetallgruppe zugerechnet werden. Außer einer stöchiometrisch formellen Übereinstimmung in Verbindungszusammensetzungen von Wasserstoff im Vergleich mit Lithium bis Francium, sowie der Elektronenkonfiguration ns1 sowohl für den Wasserstoff als auch für die Alkalimetalle, hat der Wasserstoff jedoch auch mit den Alkalimetallen keine Ähnlichkeiten in seinen chemischen und physikalischen Eigenschaften. Auch nach dieser Ansicht wäre das Helium wiederum zu den Edelgasen zu stellen. 3. Ansicht des Wasserstoffs als Element mit einem fehlenden Aussenelektron zur Erreichung des Edelgaszustandes: Betrachtet man den Wasserstoff als Element, dem in seiner Schale zur vollständigen Auffüllung noch ein Elektron fehle, so müßte man ihn zu den Halogenen stellen. Auch hier versagt der chemisch-physikalische Vergleich wiederum im Ansatz. Als leichteres Homologes des Fluors müßte der Wasserstoff beispielsweise eine höhere Elektronegativität haben als 4,0. Er hat jedoch nur eine von 2,21. Davon ganz abgesehen, hat der Wasserstoff mit seiner Elektronenkonfiguration ns1 sogar die "Komplementär-Konfiguration" der Halogene (ns2 np5). Das Helium wäre auch nach dieser Definition wiederum bei den Edelgasen einzuordnen. Es liegt auf der Hand, daß der Wasserstoff weder zur Alkalimetallgruppe, noch zu den Halogenen oder der Kohlenstoff-Silicium-Gruppe zugerechnet werden kann. Um die Sonderstellung des Heliums aufzuweisen, muß man etwas weiter ausholen, als beim Wasserstoff. Dies liegt daran, daß es beim Helium tatsächlich eine (allerdings nur bei oberflächlicher Betrachtung!) Analogie zu den Edelgasen gibt. Zieht man jedoch Vergleiche mit den (quanten)physikalischen und chemischen Eigenschaften, so wird erkennbar, daß das Helium mindestens so stark von Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und 118 abweicht, wie etwa der Wasserstoff vom Kohlenstoff (bzw. Lithium oder Fluor). Hier nun eine Folge von Eigenschaften des Heliums den anderen Edelgasen gegenübergestellt, und darüberhinaus mit dem Wasserstoff verglichen: - Während die Edelgase Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon (und aller Wahrscheinlichkeit auch Element 118) verfestigt werden können, und dabei in einer kubisch dichtesten Kugelpackung kristallisieren, kann das Helium nur unter Druck verfestigt werden, und kristallisiert dann (wie der Wasserstoff) in einer hexagonalen Kugelpackung. - Seine Elektronenkonfiguration entspricht mit 1s2 NICHT den sonstigen Edelgaskonfigurationen von ns2 np6. Die Heliumschale ist als einfachste mit zwei Elektronen abgesättigt, während bei allen anderen Edelgasen hierzu acht Elektronen - zwei s-Elektronen und sechs p-Elektronen - vonnöten sind. Somit hat das Helium auch mit seiner Orbitalanordnung, wie auch der Wasserstoff (bei den Alkalimetallen oder Halogenen eingeordnet) eine Außenseiterrolle, würde man es zu den Edelgasen rechnen. - Helium (und Wasserstoff) verhalten sich - im Ggs. zu den übrigen Edelgasen - als annähernd ideale Gase. Bei ihnen ist die Abweichung vom idealen Molvolumen sehr gering. - Helium und Wasserstoff bilden durch Ionisation Teilchen aus, die in ihrer Zusammensetzung sonst im ganzen PSE nicht zu finden sind: Helium(2+)-Ionen stellen Alpha-Strahlen dar, Wasserstoff(1+)-Ionen freie Protonen. Obgleich die beiden Teilchen in keiner chemischen Bindung vorkommen, stellen sie jedoch die stärkstmöglich denkbaren Oxidationsmittel dar. Sie könnten jedweder Materie - inklusive allen Edelgasen, und erst recht dem Fluor - Elektronen entziehen. Auch hier versagt eine Analogie zu irgendeiner anderen Gruppe des PSEs völlig. Aus diesen Gründen heraus hält es der Autor dieses Online-PSE´s für chemisch und physikalisch richtiger, Wasserstoff und Helium zusammen in eine eigene Gruppe zu stellen, und somit aus dem PSE auszuklammern. Die somit geformte Gruppe der Proto-Elemente ist gleichzeitig auch die erste Periode des Systems. Auch hierbei kommt den beiden Elementen eine Sonderstellung zu: Die erste Periode ist gleichzeitig die erste Gruppe im PSE, dabei weder Haupt- noch Nebengruppe, sondern eine "Protogruppe", welche gleichrangig neben dem s-, d-, f- und p-Block wäre ("1s-Block"). Anmerkung des Autors: Möge diese Sichtweise inspirierend auf die Wissenschaftler wirken, die sich bis zum heutigen Tage darüber streiten, in welche sonstige Hauptgruppen die beiden Elemente gestellt werden sollen. Dies schlägt beim Wasserstoff völlig fehl, und ist beim Helium - den Edelgasen zugerechnet - nur eine Halbwahrheit. Vorallem seitens der IUPAC sei empfohlen, diesem "Elemente-Wirrwarr" ein Ende zu setzen.
 

gemeinsame
Elektronen-
Konfiguration:

1s¹ und 1s²

Leichte Homologe

Schwere Homologe

Schmelzpunkt: -259,19°C Siedepunkt: -252,76°C Sublimationsenthalpie: 1,024 kJ/mol EN-Wert: 2,21 Molvolumen: 22,432 L/mol (0°C) Kristallstruktur: hexagonal Dichte Gas: 0,089870 g/L (0°C) Dichte fest: 0,0763 g/cm3 (-251°C) Ordnungszahl: 1 Atommasse: 1,00797 Orbital: 1s1

Schmelzpunkt: -272,1°C bei 25,5 bar Siedepunkt: -268,9 Sublimationsenthalpie: 0,08 kJ/mol EN-Wert: 5,20 Molvolumen: 22,414 L/mol (0°C) Kristallstruktur: hexagonal Dichte Gas: 0,1786 g/L (0°C) Dichte fest: 0,08 g/cm3 (-272°C) Ordnungszahl: 2 Atommasse: 4,00260 Orbital: 1s2

Wasserstoff

Helium