Periodensystem: Erklärung zu Aufbau, Ordnungszahl + PDF

Erklärung: Das Periodensystem der Elemente in der Chemie

Das Periodensystem (auch: PSE) ist eine Tabelle, die alle chemischen Elemente auflistet. Diese sind nach steigender Kernladung und den jeweils zugehörigen Eigenschaften sortiert. Man liest es von oben nach unten in Spalten (Gruppen) und von links nach rechts in Zeilen, sogenannten Perioden. Zu jedem Element enthält das Periodensystem Informationen.

Den kleinen rechteckigen Kärtchen (Elementkarten) können Sie das Elementsymbol und die Anzahl der Protonen im Atomkern entnehmen. Die Elemente sind auf den Elementkarten im PSE so angeordnet, dass sie in Nachbarschaft zu anderen Elementen mit ähnlichen Eigenschaften stehen. Das allererste Element im Periodensystem ist oben links Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1. Das Elementsymbol für dieses chemische Element entspricht H.

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Periodensystem lesen: Aufbau + Beschriftung

Das Periodensystem gliedert sich einerseits horizontal in Zeilen (Perioden) und andererseits vertikal in Gruppen. Von oben nach unten existieren sieben Perioden. Diese sind meist in arabischen Zahlen dargestellt. Die Spalten der Tabelle gruppieren jeweils chemische Elemente mit ähnlichen Eigenschaften. So zählen die chemischen Elemente der letzten Gruppe (beispielsweise Helium, Neon…) allesamt zu den Edelgasen.

Man liest das Periodensystem von links nach rechts beziehungsweise von oben nach unten. Wie ein chemisches Element angeordnet ist, hängt von der Anzahl der Protonen im Atomkern ab. Entsprechend findet sich oben in der linken Ecke das Element mit der kleinsten Ordnungszahl beziehungsweise geringsten Anzahl an Protonen: Wasserstoff enthält ein Proton, Helium (Kürzel: He) in derselben Periode enthält zwei Protonen, daher die Ordnungszahl 2. In der nächsten Zeile links geht es mit Lithium (Li, 3 Protonen) und Beryllium (Be, 4 Protonen) so weiter; die Ordnungszahl eines jeden Elements steigt um eins.

Elementkarte

Jedem Element ist im Periodensystem eine Elementkarte zugeordnet, die wichtige Informationen enthält: In der Mitte befindet sich das Elementsymbol, das in einer internationalen Abkürzung wiedergegeben wird. Darunter steht der Name und darüber Angaben zur Ordnungszahl (auch: Kernladungszahl) und zum Atomgewicht. Letzteres ist teilweise in leicht gerundeter Zahl angegeben. Die Ordnungszahl gibt Auskunft darüber, wie viele Protonen im Kern zu finden sind.

Ordnungszahl

Ein anderer Begriff für Ordnungszahl (OZ) ist Kernladungszahl, denn sie gibt an, welche Atombausteine ein chemisches Element hat. Jedes Atom eines Elements hat die gleiche Anzahl an Protonen (positiv geladene Teilchen) im Kern. Wie viele das im Fall eines bestimmten Elements sind, zeigt die OZ an. Zusätzlich zu den Protonen besteht ein Element aus der gleichen Anzahl an negativ geladenen Teilchen. Diese nennen sich Elektronen und liegen in der Hülle.

Durch die identische Anzahl an Protonen und Elektronen ist das Atom elektrisch neutral. Beispielsweise enthält Wasserstoff ein Proton und ein Elektron, daher entspricht diesem Element die Ordnungszahl 1. Alle weiteren Elemente werden gemäß ihrer Protonenzahl nummeriert und im PSE fortlaufend von links nach rechts sortiert. Heißt: Sobald man am Ende einer Periode angekommen ist, geht es in der nächsten Periode mit der nächsthöheren Ordnungszahl weiter.

Das chemische Element Xenon in der 5. Periode, VIII. Hauptgruppe hat zum Beispiel die Ordnungszahl 54. Es enthält somit 54 Protonen und 54 Elektronen. Darauf folgt in der 6. Periode in der I. Hauptgruppe das chemische Element Caesium mit der Ordnungszahl 55.

Elementsymbol

Das Kürzel des Elementsymbols ist praktisch, um damit in Formeln arbeiten zu können. Oft lässt sich aus den Kürzeln direkt das Element erschließen, zum Beispiel steht Na für Natrium, Cl für Chlorid. Beides zusammen ergibt Natriumchlorid, Kochsalz.

Au, O, N und S im Periodensystem

Auch S lässt sich noch herleiten, denn es steht für Schwefel. Teilweise basieren die Kürzel jedoch auf lateinischen oder griechischen Namen, so dass eine Ableitung nicht immer auf den ersten Blick möglich ist. Zum Beispiel bei Au für Lateinisch aureum, Gold, oder H für Griechisch hydrogenium, Wasserbildner beziehungsweise Wasserstoff. Auch N stammt aus dem Lateinischen und steht für Nitrogenium, Stickstoff. O hingegen stammt vom englischen Begriff für Sauerstoff, nämlich Oxygen.

Aufbau von Atomen

Das Periodensystem bildet verschiedene Atomsorten ab, auch Elemente genannt. Um zu verstehen, wie das Periodensystem und die Elemente zusammenhängen, beleuchten wir das Atom und das Schalenmodell näher. Jedes Atom besteht aus drei Arten von Teilchen: Einem Atomkern, der sich aus einem positiv geladenen Proton und einem Neutron zusammensetzt und einer Atomhülle (beziehungsweise Schale), die wiederum aus einem negativ geladenen Elektron besteht, welches um den Atomkern beziehungsweise das Proton schwirrt. Jedes Atom ist elektrisch neutral. Das heißt, die Anzahl der Protonen und Elektronen ist identisch.

Allerdings gibt es Dutzende von verschiedenen Atomen. Manche haben nur eine Schale wie etwa das Wasserstoff- oder das Heliumatom. Der jeweils nächsten Zeile beziehungsweise Periode lässt sich nun auch die Anzahl der Schalen eines Atoms entnehmen. Natrium (Na) in der dritten Zeile etwa hat drei Schalen. Gemäß dem Schalenmodell ordnen diese Schalen sich konzentrisch um den Atomkern an. Wie viele Schalen ein Atom enthält, hängt von der Anzahl der Protonen und Elektronen ab, denn jede Schale kann nur eine begrenzte Zahl an Elektronen aufnehmen. Ist die Kapazität erschöpft, fällt ein Element in die nächste Periode links beginnend.

Länge der Perioden im PSE

Das ist auch der Grund dafür, warum die Perioden unterschiedlich lang sind. So weist die erste und kürzeste Periode nur zwei Elemente auf. Die nächsten beiden (2 und 3) enthalten acht Elemente, die Perioden 4 und 5 enthalten 18 Elemente und die beiden letzten 32 Elemente. Viele graphische Darstellungen tragen dem Rechnung, indem sie einen Teil der Elemente unterhalb der eigentlichen Tabelle aufführen.

Arten von Schalen

Elektronen können unterschiedlich nah beziehungsweise weit vom Kern entfernt sein. Diejenigen auf der ersten Schale werden stärker vom Atomkern angezogen als solche, die weiter weg liegen. Die Schalen wiederum tragen unterschiedliche Bezeichnungen entsprechend der Menge ihrer Elektronen und der Entfernung vom Kern. So trägt die innerste Schale die Bezeichnung K-Schale. Sie kann zwei Elektronen aufnehmen.

Die nachfolgende L-Schale kann bereits acht Elektronen aufnehmen. Es folgt die M-Schale mit 18, die N-Schale mit 32 und schließlich die O-Schale mit Platz für bis zu 50 Elektronen. Allerdings eignet sich das Schalenmodell nicht so gut für chemische Elemente mit mehr als 20 Elektronen. Daher empfiehlt sich für weitere Elemente die Arbeit mit dem Orbitalmodell, das eine Erweiterung des Schalenmodells darstellt.

Elementgruppen im PSE

Es gibt insgesamt achtzehn Elementgruppen. Das Periodensystem enthält sowohl die natürlichen als auch künstlichen Elemente. Erstere kommen natürlich vor. Letztere sind solche, die so nicht in der Natur vorkommen. Dazu zählen beispielsweise kurzlebige radioaktiven Isotope, die sich in Kernreaktionen herstellen lassen. Je nachdem existieren unterschiedliche Nummerierungen. Manche zählen von 1 bis 18 in arabischen Zahlen, andere wechseln die Nummerierungen zwischen Haupt- und Nebengruppen. Diese werden durch eine Kombination aus römischen Zahlen und Buchstaben von den arabischen Zahlen unterschieden.

Chemische Elemente einer Spalte beziehungsweise Gruppe weisen ähnliche Eigenschaften auf. Daher finden sich für die Gruppen charakteristische Bezeichnungen, die auf die Eigenschaften hinweisen. Wie aus der nachfolgenden Grafik ersichtlich, sind die Nebengruppen 3 bis 12 (die erste beziehungsweise letzte farblich hellblau) von den Hauptgruppen eingerahmt:

Periodensystem Hauptgruppen

Die Gruppen 1, 2, 13 bis 18 zählen zu den Hauptgruppen. Sie können ebenso gut als I A, II A, III A bis VIII A gekennzeichnet sein. Beispielsweise enthält die VII. Hauptgruppe die Elemente Fluor, Chlor, Brom und Jod. Für diese Elemente ist kennzeichnend, dass sie sich mit Metallen zu Salzen verbinden. Das am längsten bekannte ist NaCl, Kochsalz. Aufgrund der chemischen Eigenschaften dieser Elemente wird die VII. Hauptgruppe als Halogene (= Salzbildner) bezeichnet. Die folgende Tabelle zeigt, welche Hauptgruppen im Periodensystem existieren und wie sie heißen:

Hauptgruppe	Gruppenname
1. Hauptgruppe (1 / I A)	Alkalimetalle
2. Hauptgruppe (2 / II A)	Erdalkalimetalle
3. Hauptgruppe (13 / III A)	Bor-Aluminium-Gruppe
4. Hauptgruppe (14 / IV A)	Kohlenstoffgruppe
5. Hauptgruppe (15 / V A)	Stickstoffgruppe
6. Hauptgruppe (16 / VI A)	Chalkogene
7. Hauptgruppe (17 / VII A)	Halogene
8. Hauptgruppe (18 / VIII A)	Edelgase

Periodensystem Nebengruppen

Die Gruppen 3 bis 12 sind die Nebengruppen. Sie tragen alternativ eine Kombination aus römischen Zahlen und Buchstaben. Die Zählweise nach amerikanischer Art unterscheidet sich von der nach europäischer Art. Um Verwirrung zu vermeiden, empfiehlt die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) die Zählweise mit arabischen Zahlen. Die Nebengruppen beginnen danach erst mit 3, es wird also ab den Hauptgruppen einfach durchgezählt. Hierin sind die sogenannten Übergangsmetalle enthalten. Benannt sind die Nebengruppen jeweils nach dem obersten Element. In der 8. Gruppe ist das beispielsweise das chemische Element Fe für Eisen, daher der Name Eisengruppe. Die weiteren Namen der Nebengruppen im Überblick:

Nebengruppe	Gruppenname
1. Nebengruppe (3)	Scandiumgruppe
2. Nebengruppe (4)	Titangruppe
3. Nebengruppe (5)	Vanadiumgruppe
4. Nebengruppe (6)	Chromgruppe
5. Nebengruppe (7)	Mangangruppe
6. Nebengruppe (8)	Eisengruppe
7. Nebengruppe (9)	Kobaltgruppe
8. Nebengruppe (10)	Nickelgruppe
9. Nebengruppe (11)	Kupfergruppe
10. Nebengruppe (12)	Zinkgruppe

Tipps für Merksätze

Wie nun das Ganze merken? Grundvoraussetzung ist, die Abkürzungen für die chemischen Elemente zu kennen. Wer kreativ ist, kann daraus Sätze bilden. Sie helfen dabei, die Hauptgruppenelemente zu memorieren. Das geht wahlweise nach Perioden oder vertikal nach Gruppen. Die 1. Periode mit den beiden Elementen Wasserstoff (H) und Helium (He) lässt sich noch vergleichsweise leicht merken. Für die 2. Periode mit den chemischen Elementen Li, Be, B, C, N, O, F und Ne schlägt chemie.de diese Eselsbrücke vor:

• „Liebe Berta, Bitte Come Nie Ohne Frische Nelken!“

Mit etwas Kreativität bei der Rechtschreibung können Sie auch andere Elemente so wiedergeben.

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