Hauptgruppe

Definition und Bedeutung

Als Hauptgruppen bezeichnet man in der Chemie diejenigen Gruppen des Periodensystems, die zum s- und p-Block gehören. Das Periodensystem besteht aus acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen. Die Hauptgruppen sind besonders wichtig, weil die Elemente innerhalb einer Hauptgruppe meist sehr ähnliche chemische Eigenschaften haben.

Die Spalten des Periodensystems sind so angeordnet, dass Elemente mit ähnlichen Eigenschaften untereinander stehen. Bei den Hauptgruppen ist diese Übereinstimmung besonders deutlich. Die Hauptgruppe gibt außerdem an, wie viele Elektronen sich auf der äußersten Schale eines Atoms befinden. Diese Außenelektronen sind entscheidend dafür, wie ein Element chemisch reagiert.

Die acht Hauptgruppen

Die acht Hauptgruppen entsprechen bestimmten IUPAC-Gruppen des Periodensystems:

• IUPAC-Gruppe 1, Hauptgruppe I: Alkalimetalle und Wasserstoff
• IUPAC-Gruppe 2, Hauptgruppe II: Erdalkalimetalle
• IUPAC-Gruppe 13, Hauptgruppe III: Borgruppe
• IUPAC-Gruppe 14, Hauptgruppe IV: Kohlenstoff-Silicium-Gruppe
• IUPAC-Gruppe 15, Hauptgruppe V: Stickstoff-Phosphor-Gruppe
• IUPAC-Gruppe 16, Hauptgruppe VI: Chalkogene
• IUPAC-Gruppe 17, Hauptgruppe VII: Halogene
• IUPAC-Gruppe 18, Hauptgruppe VIII: Edelgase

Zu den Hauptgruppenelementen gehören also die Elemente im s-Block und p-Block des Periodensystems. Besonders klar zeigen sich ähnliche Eigenschaften innerhalb der Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Halogene und Edelgase.

Alkalimetalle und Erdalkalimetalle

Zu den Alkalimetallen gehören Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium und Francium. Wasserstoff steht zwar in derselben Hauptgruppe, wird aber wegen seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften nicht zu den Alkalimetallen gezählt.

Alkalimetalle haben eine geringe Schmelztemperatur, niedrige Dichten und sind brennbare Leichtmetalle. Sie reagieren schnell und heftig mit Wasser, wobei Wasserstoffgas und die entsprechende Lauge entstehen. Auch mit Sauerstoff reagieren sie leicht. In der Natur kommen sie nicht elementar vor, sondern nur in Verbindungen. Lithium bis Kalium werden in oder unter Petroleum aufbewahrt; sie sind weich und können geschnitten werden. Rubidium und Caesium werden in Ampullen aufbewahrt und schmelzen weitgehend bei Handwärme. Alkalimetalle und ihre Salze zeigen charakteristische Flammenfärbungen.

Zu den Erdalkalimetallen gehören Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Sie verhalten sich ähnlich wie Alkalimetalle, aber in allen Eigenschaften abgeschwächt. Ein wichtiger Unterschied ist, dass sie mit Ausnahme von Beryllium und Magnesium schwerlösliche Carbonate und Sulfate bilden.

Halogene und Edelgase

Die Halogene heißen auch Salzbildner. Zu ihnen gehören Fluor, Chlor, Brom, Iod, Astat und Tenness. Sie kommen in der Natur nur in Verbindungen vor. Halogene reagieren heftig mit Wasserstoffgas zu Säuren und mit Metallen zu Salzen. Sie sind farbig und gesundheitsschädlich bis giftig. Besonders bei Fluor und Chlor ist Vorsicht nötig, weil sie schnell und aggressiv an der Luft reagieren.

Zu den Edelgasen gehören Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Sie kommen in der Natur nur elementar vor. Edelgase sind geruchlos, farblos und gasförmig. In der Luft sind sie nur in geringer Menge vorhanden. Sie reagieren so gut wie nicht mit anderen Stoffen; diese geringe Reaktionsfähigkeit erinnert an Edelmetalle, daher nennt man sie Edelgase. Über den Edelgascharakter des künstlichen Elements Oganesson ist nichts bekannt, weil bisher nur wenige Atome hergestellt wurden. Es könnte wegen relativistischer Effekte von den typischen Edelgasen abweichen.

Zusammenhang mit dem Atombau

Die ähnlichen Eigenschaften der Hauptgruppenelemente hängen mit dem Aufbau der Atome zusammen. Atome einer Hauptgruppe besitzen gleich viele Elektronen auf der äußersten Schale. Diese Elektronen bestimmen stark, wie ein Atom mit anderen Stoffen reagiert.

Hauptgruppenelemente versuchen bei chemischen Reaktionen, eine Edelgaskonfiguration der Elektronenhülle zu erreichen. Eine Edelgaskonfiguration bedeutet, dass die Elektronenhülle so besetzt ist wie bei einem Edelgas und dadurch besonders stabil ist. Elemente derselben Hauptgruppe müssen dafür gleich viele Elektronen abgeben oder aufnehmen. Deshalb zeigen sie ähnliche chemische Eigenschaften.