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Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

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Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip
lernst du in der Sekundarstufe 1. Klasse - 2. Klasse

Grundlagen zum Thema Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Periodensystem der Elemente

Im Periodensystem der Elemente sind alle bekannten chemischen Elemente verzeichnet.

Das Periodensystem der Elemente (kurz: PSE) enthält alle $118$ bekannten chemischen Elemente und ist nach bestimmten Ordnungsprinzipien gegliedert. Die Elemente sind nicht nur nach aufsteigender Ordnungszahl sortiert, sondern auch in Perioden und Gruppen eingeteilt.

Sicher kennst du bereits viele Elemente wie Eisen $\left(\ce{Fe} \right)$, Sauerstoff $\left(\ce{O} \right)$ oder Wasserstoff $\left( \ce{H} \right)$. Im Laufe der Geschichte wurde die Anzahl der bekannten Elemente immer größer. Mittlerweile wurden $118$ Elemente entdeckt! Um dabei nicht den Überblick zu verlieren, braucht es ein gutes Ordnungsprinzip – das Periodensystem der Elemente, kurz PSE.

Die Entwicklung des Periodensystems der Elemente

Die Entwicklung des uns bekannten Periodensystems der Elemente (PSE) geschah im Jahr $1869$ fast zeitgleich durch Mendelejew in Russland und Meyer in Deutschland. Sie ordneten die Elemente nach ihrer Atommasse und nach chemischer Ähnlichkeit an. Mit der Theorie hinter der Tabellierung konnte sogar die Existenz von noch nicht entdeckten Elementen vorausgesagt und ihnen ein Platz im PSE zugewiesen werden. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung des PSE waren in der Tat noch $30\,\%$ der heutigen Elemente unbekannt, darunter beispielsweise die Edelgase mit ihren speziellen Eigenschaften.

Schauen wir uns im Folgenden den Aufbau des Periodensystems genauer an und ergründen, welchen Ordnungsprinzipien das Periodensystem folgt. Dabei wirst du lernen, wie die Eigenschaften der Elemente aus ihrer Position im Periodensystem abgeleitet werden können.

Periodensystem – Aufbau

Wie sind die Elemente im Periodensystem eingeteilt? Es gibt verschiedene Zusammenhänge, die wir uns im Folgenden ansehen wollen. Schauen wir uns einmal den groben Aufbau des Periodensystems an:

Periodensystem der Elemente

Senkrecht ist das PSE in Hauptgruppen und Nebengruppen aufgeteilt – das sind die Spalten. In waagerechter Anordnung finden wir die Perioden – das sind die Zeilen des PSE.

Aber ist dir schon einmal aufgefallen, nach welchem Ordnungsprinzip die Elemente angeordnet sind? Richtig, alle Elemente sind nach aufsteigender Ordnungszahl sortiert. So ergibt sich folgende Nummerierung:

Wie liest man das Periodensystem? Ordnungsprinzip des Periodensystems

$\text{I\,A}$ bis $\text{VIII\,A}$ sind die Hauptgruppen. $\text{I\,B}$ bis $\text{VIII\,B}$ sind die Nebengruppen. Insgesamt gibt es $18$ Gruppen, also Spalten.
Die sieben Perioden, also die Zeilen, sind von oben nach unten mit den Zahlen $1$ bis $7$ nummeriert. Von links nach rechts und von oben nach unten läuft die Ordnungszahl durch, nach der die Reihenfolge der Elemente (also der einzelnen Felder) festgelegt ist.

Periodensystem – die Ordnungszahlen der Elemente

Wie der Name Periodensystem bereits sagt, sind die Elemente Perioden angeordnet. Dies sind die horizontalen Zeilen. Außerdem besteht noch die Einordnung in Gruppen. Dies sind die vertikalen Spalten. Die Gruppen werden eingeteilt in Hauptgruppen und Nebengruppen des Periodensystems.

Die Reihenfolge der Elemente (also der einzelnen Felder) folgt der Ordnungszahl. Die Ordnungszahl (oder Kernladungszahl) gibt die Anzahl der Elektronen und der Protonen eines Atoms des jeweiligen Elements an. Aufeinanderfolgende Elemente unterscheiden sich demnach jeweils um genau ein Proton und ein Elektron.

Schauen wir uns dazu ein Beispiel an: Kalium $\left(\ce{K} \right)$ hat die Ordnungszahl $19$ und somit $19$ Elektronen und $19$ Protonen. Der Vorgänger mit der Ordnungszahl $18$ ist Argon $\left(\ce{Ar} \right)$ mit $18$ Elektronen und $18$ Protonen. Der Nachfolger von Kalium ist Calcium $\left(\ce{Ca} \right)$ mit der Ordnungszahl $20$. Ein Calciumatom besitzt demzufolge $20$ Elektronen und $20$ Protonen. Das Prinzip ist klar!

Die Einteilung in Perioden lässt sich durch das Bohr´sche Atommodell erklären. Nach dieser Anschauung bewegen sich die Elektronen in kreisförmigen Bahnen um den Atomkern – das sind die Elektronenschalen. Die Atome der beiden Elemente der ersten Periode, Wasserstoff $\left(\ce{H} \right)$ und Helium $\left(\ce{He} \right)$, haben jeweils nur eine Schale. Jede weitere Periode steht für eine neue Elektronenschale, das heißt, die Elemente der zweiten Periode haben zwei Schalen, die der dritten haben drei, usw. Mit jeder weiteren Schale vergrößert sich die Entfernung der darin enthaltenen Elektronen zum jeweiligen Atomkern. Das wirkt sich auch auf die Energie der Elektronen aus. Die verschiedenen Schalen stehen demnach für bestimmte Energieniveaus. Durch die zusätzliche Schale in einer neuen Periode nimmt außerdem der Atomradius stark zu. Das wirkt sich zum Beispiel auch auf die Elektronegativität der jeweiligen Elemente aus.

Einführung in die Zusammenhänge im Periodensystem: Bohr'sches Atommodell

Das Periodensystem der Elemente kann außerdem noch in Metalle und Nichtmetalle eingeteilt werden. Die Metalle stehen auf der linken Seite und die Nichtmetalle auf der rechten. In der Mitte gibt es eine Diagonale, die diese beiden trennt. Entlang dieser sind die Halbmetalle zu finden. Dazu gehören Bor $\left(\ce{B} \right)$, Silicium $\left(\ce{Si} \right)$, Germanium $\left(\ce{Ge} \right)$, Arsen $\left(\ce{As} \right)$, Selen $\left(\ce{Se} \right)$, Antimon $\left(\ce{Sb} \right)$, Tellur $\left(\ce{Te} \right)$ und Astat $\left(\ce{At} \right)$. Diese Elemente sind in unserer vereinfachten Darstellung (mit nur den acht Hauptgruppen) hellblau dargestellt.

Einteilung PSE in Metalle und Nichtmetalle

Die Ordnungszahl ist in den Feldern des PSE in der Regel links oben zu finden, wie in unserem Beispiel in der folgenden Abbildung die $6$ für das Element Kohlenstoff $\left(\ce{C} \right)$. Rechts oben steht meist die Atommasse, die sich im Wesentlichen aus der Anzahl der Protonen und Neutronen des Atoms ergibt. Die Elektronegativität ist ebenfalls in vielen Periodensystemen zu finden, ebenso wie der Wert der Dichte (wie in unserem Beispiel in $\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ angegeben) bei Raumtemperatur und Normaldruck. Oft wird auch der Aggregatzustand, in dem das jeweilige Element unter Normalbedingungen vorliegt, vermerkt. Dies geschieht entweder durch die Bezeichnungen (g), (l) und (s) für gaseous (gasförmig), liquid (flüssig) und solid (fest) oder mithilfe farbiger Markierungen (z. B. rot für Gase und blau für Flüssigkeiten).

Elementkarte Beispiel Kohlenstoff

Verteilung der Elektronen

Mit der Ordnungszahl nimmt auch die Anzahl der Elektronen von Element zu Element zu. Da Zeile für Zeile, also mit jeder Periode, eine neue Schale hinzukommt, ergibt sich folgende Verteilung der Elektronen:

  • Die Atome der Elemente der $1.$ Periode haben nur eine Schale (die $\text{K}$-Schale). In dieser können maximal zwei Elektronen enthalten sein. Demnach hat ein Atom des Edelgases Helium $\left(\ce{He} \right)$ zwei (Außen-)Elektronen.
  • In der $2.$ Periode kommt die $\text{L}$-Schale hinzu. Diese kann maximal acht Elektronen enthalten. Demnach hat ein Atom des Edelgases Neon $\left(\ce{Ne} \right)$ acht Außenelektronen.
  • In der $3.$ Periode kommt die $\text{M}$-Schale hinzu. Diese kann maximal achtzehn Elektronen enthalten. Allerdings ist sie bei den Elementen der Hauptgruppen mit maximal acht Elektronen befüllt. Demnach hat auch ein Atom des Edelgases Argon $\left(\ce{Ne} \right)$ acht Außenelektronen.
  • Mit den folgenden Perioden steigt auch die Anzahl der Schalen. Diese können wiederum immer mehr und mehr Elektronen enthalten. Allerdings gilt weiterhin, dass eine Schale maximal acht Elektronen enthält, wenn es sich um die jeweils äußerste Schale eines Elements bzw. Atoms handelt.

Zusätzliche Informationen im PSE

Generell lassen sich folgende Eigenschaften der chemischen Elemente anhand der Position im PSE abschätzen:

  • Die Atommasse nimmt von oben nach unten und von links nach rechts zu.
  • Der Atomradius nimmt von oben nach unten zu, aber von links nach rechts ab.
  • Die Elektronegativität nimmt von oben nach unten ab, aber von links nach rechts zu.
  • Die Ionisierungsenergie nimmt ebenfalls von oben nach unten ab und von links nach rechts zu.
  • Der Metallcharakter der Elemente nimmt von oben nach unten zu und von links nach rechts ab.

Das Element mit der Ordnungszahl $82$, Blei $\left(\ce{Pb} \right)$, ist das letzte stabile Element. Alle folgenden Elemente ab der Ordnungszahl $83$ sind radioaktiv. Außerdem sind die Atome der Elemente $43$ und $61$, Technetium $\left(\ce{Tc} \right)$ und Prometium $\left(\ce{Pm} \right)$, radioaktiv. Die Elemente ab der Ordnungszahl $95$ kommen nicht in der Natur vor. Sie konnten bisher nur künstlich unter Laborbedingungen erzeugt werden und haben allesamt sehr kurze Halbwertszeiten.

Gruppen und Perioden

Neben den Ordnungszahlen sind alle Elemente außerdem in Perioden und Gruppen eingeteilt. In der obenstehenden Abbildung hast du gesehen, dass es $7$ waagerechte Zeilen, die Perioden, und $18$ senkrechte Spalten, die Gruppen, gibt. Hier wird weiterhin zwischen den acht Hauptgruppen und den zehn Nebengruppen unterschieden. Die erste und die zweite Gruppe des Periodensystems sind Hauptgruppen. Dann folgen die zehn Nebengruppen und dann kommen die restlichen sechs Hauptgruppen.

Periodensystem – Hauptgruppen

Das Periodensystem der Elemente ist in Gruppen unterteilt. Dazu gehören die acht Hauptgruppen (HG). Es ist üblich, diese mit den römischen Ziffern $\text{I}$, $\text{II}$, $\text{III}$, $\text{IV}$, $\text{V}$, $\text{VI}$, $\text{VII}$ und $\text{VIII}$ zu beschriften. Die Elemente einer Hauptgruppe ähneln sich meist stark in ihren Eigenschaften.

Die Hauptgruppennummer entspricht immer der Anzahl der Außenelektronen, die auch Valenzelektronen genannt werden. Die Atome der Elemente der $\text{I.}$ Hauptgruppe haben jeweils ein Außenelektron, die Elemente der $\text{II.}$ Hauptgruppe jeweils zwei, usw.

Die Atome der Elemente der $\text{VIII.}$ Hauptgruppe haben jeweils acht Außenelektronen und somit eine voll besetzte Außenschale – entsprechend der Edelgaskonfiguration. Die Ausnahme in dieser Gruppe bildet Helium $\left(\ce{He} \right)$. Es hat die Ordnungszahl $2$ und verfügt insgesamt nur über zwei Elektronen. Damit ist die Außenschale des Atoms bereits voll besetzt, da es sich um die erste Schale (die $\text{K}$-Schale) handelt.

Die Elemente der $\text{VIII.}$ Hauptgruppe sind unter Normalbedingungen durchweg gasförmig und sehr reaktionsträge. Damit kommen wir schon zum nächsten Punkt: Durch die gleiche Anzahl an Außenelektronen lassen sich oft ähnliche Eigenschaften oder ein ähnliches Reaktionsverhalten der Elemente einer Hauptgruppe ableiten, wobei es natürlich auch Ausnahmen gibt.
Im Folgenden sehen wir uns einige Beispiele an für Hauptgruppenelemente, die ähnliche Eigenschaften aufweisen.

Beispiel Alkalimetalle: Die Verwandtschaft der Elemente ist bei der ersten Hauptgruppe, den Alkalimetallen, besonders gut zu erkennen. Bis auf Wasserstoff $\left(\ce{H} \right)$ handelt es sich bei allen Elementen der ersten Hauptgruppe um glänzende Leichtmetalle. Sie sind besonders weich und reagieren stark mit Wasser, an der Luft und außerdem mit den Elementen der $\text{VII.}$ Hauptgruppe.

Beispiel Halogene: Die Elemente der $\text{VII.}$ Hauptgruppe sind die sogenannten Halogene. Das sind sehr reaktionsfreudige Nichtmetalle. Ein Beispiel ist Chlor $\left(\ce{Cl} \right)$. Das Element hat die Ordnungszahl $17$, also $17$ Protonen und $17$ Elektronen. Sieben dieser Elektronen sind, wie wir wissen, Außenelektronen. Um eine Edelgaskonfiguration zu erreichen, muss Chlor ein Elektron aufnehmen. Es bildet, wie alle anderen Elemente der $\text{VII.}$ Hauptgruppe, einwertige Anionen und ist sehr reaktionsfreudig.

Hauptgruppenbezeichnung: Wegen der ähnlichen Eigenschaften innerhalb einer Hauptgruppe werden diese manchmal unter eigenen Namen zusammengefasst. Die geläufigsten Namen sind:

  • 1. Hauptgruppe $\left(\text{I} \right)$: Alkalimetalle. Das sind reaktionsfreudige Metalle, die einfach positiv geladene Ionen bilden.
  • 2. Hauptgruppe $\left(\text{II} \right)$: Erdalkalimetalle. Auch das sind reaktionsfreudige Metalle. Sie bilden zweifach positiv geladene Ionen. Du kannst hier sehen, dass die Nummer der Hauptgruppe Auskunft über die Anzahl der Außenelektronen der Elemente gibt.
  • 3. Hauptgruppe $\left(\text{III} \right)$: Borgruppe (veraltet: Erdmetalle). Sie wird manchmal auch Erd-Gruppe genannt. Außer Bor beinhaltet sie nur Metalle, die dreifach positiv geladene Ionen bilden.
  • 4. Hauptgruppe $\left(\text{IV} \right)$: Kohlenstoffgruppe. Diese Gruppe ist aufgrund des Kohlenstoffs überaus wichtig für die organische Chemie.
  • 5. Hauptgruppe $\left(\text{V} \right)$: Stickstoffgruppe. Ab dieser Gruppe herrschen die Nichtmetalle vor. Eine Elektronenaufnahme bringt hier eine bessere Stabilisierung als die Elektronenabgabe. Aus diesem Grund bilden diese Elemente Moleküle und negative Ionen.
  • 6. Hauptgruppe $\left(\text{VI} \right)$: Chalkogene (Erzbildner). Zu ihnen gehören die wichtigen Elemente Sauerstoff und Schwefel.
  • 7. Hauptgruppe $\left(\text{VII} \right)$: Halogene (Salzbildner). Diese Elemente bilden einfach negativ geladene Ionen, die sogenannten Halogenide. Zu Ihnen zählen Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat.
  • 8. Hauptgruppe $\left(\text{VIII} \right)$: Edelgase. Das sind sehr stabile, einatomige Gase. Die Atome dieser Gase haben die sogenannte Edelgaskonfiguration, d. h. sie besitzen eine vollbesetzte äußere Elektronenschale. Alle Elemente des Periodensystems streben nach dieser Elektronenkonfiguration, da dieser Zustand einen besonders energiearmen und damit stabilen Zustand darstellt. Aus diesem Grund bilden die anderen Elemente Ionen und Moleküle.

In der folgenden Abbildung sind die acht Hauptgruppen des Periodensystems noch einmal vereinfacht dargestellt.

Was sagt die Hauptgruppe im Periodensystem aus?

Hauptgruppen auswendig lernen

Manchmal wird von Schülerinnen und Schülern verlangt, einzelne Gruppen oder sogar alle Elemente des Periodensystems auswendig zu lernen. Für den Fall, dass du zu diesen Unglücklichen gehörst, haben wir hier einige Merksätze, mit denen du die Elementbezeichnungen der Reihe nach auswendig lernen kannst.
Der erste Block mit Merksätzen gibt die Reihenfolge entsprechend der Ordnungszahl wieder, sortiert nach Perioden (beginnend mit der zweiten Periode). Die fett gesetzten Buchstaben weisen jeweils auf die Elementsymbole hin.

  • Liebe Berta, Bitte Come Nie Ohne Frische Nelken!
  • Natürlich Mögen Alle Sizilianer Paprika-Sorten Clever Angerichtet.
  • Kein Cacadu Gafft Gerne Aus Seinem Brut-Kräfig.
  • Robert Schrie In Schnellen Silben: Tee ist Xertig.
  • Cäsar Badete Lange Toll Plubbernd, Bis die Polizei Auftrat, im Rhein.
  • Francium ist Radio-Activ.

Im zweiten Block mit Merksätzen sind die Elemente nach Hauptgruppen (jeweils von oben nach unten) sortiert.

  • Hallo Liebe Nadine, Könntest Rabe Chemisches Fragen.
  • Bei Maggie Cam Sehr Bald Rache.
  • Boah! Alle Gaffen Ins Tal.
  • Christian Sieht Gerne Sein Paderborn.
  • Nur Pariser Asseln Sabbern Bier.
  • Opa Schreibt Seinen Text Polnisch.
  • Fürs Clo Brauch Ich Ata.
  • Herr Nestlers Arme Kreuzen Xenas Rundungen.

Die Elemente mit den Ordnungszahlen $113$ bis $118$ wurden hier nicht berücksichtigt.

Periodensystem – Nebengruppen

Neben den Hauptgruppen gibt es im Periodensystem noch die Nebengruppen. Diese beginnen ab der zweiten Hauptgruppe in der vierten Periode. Um zu verstehen, warum sich die Nebengruppen dort befinden, brauchst du einige Kenntnisse über das Orbitalmodell.

Nebengruppen im PSE – Orbitalmodell

Im Orbitalmodell werden die Elektronenschalen noch einmal unterteilt und haben teilweise spezielle Formen, die von kugelförmigen Schalen abweichen. Mit jeder weiteren Schale nimmt die Anzahl möglicher Unterteilungen und damit die Anzahl der Orbitale zu. Die für uns relevanten Orbitale werden s-, p- und d-Orbitale genannt. Die s-Orbitale sind kugelförmig, die p-Orbital sehen aus wie Hanteln (und es gibt drei verschiedene davon), die d-Orbitale sind noch komplexer aufgebaut (und es gibt fünf verschiedene). Die Elektronen der Nebengruppenelemente befinden sich teilweise in diesen d-Orbitalen. Insgesamt ist dort Platz für bis zu $10$ Elektronen. Deshalb gibt es auch zehn Nebengruppen.

Das macht aber auch das Verhalten der Nebengruppenelemente komplexer. So können diese Elemente verschiedene Ionen bilden. Das Element Eisen $\left(\ce{Fe} \right)$ kann zum Beispiel sowohl Eisen$\left( \text{III} \right)$-Ionen $\left(\ce{Fe^{2+}} \right)$ als auch Eisen$\left( \text{III} \right)$-Ionen $\left(\ce{Fe^{3+}} \right)$ bilden. Die Nebengruppenelemente sind allesamt Metalle, darunter wichtige Vertreter wie Gold $\left(\ce{Au} \right)$, Silber $\left(\ce{Ag} \right)$, Eisen $\left(\ce{Fe} \right)$ und Kupfer $\left(\ce{Cu} \right)$.

Die Perioden des Periodensystems

Die Periode, in der ein Element steht, gibt Auskunft über die Anzahl der Elektronenschalen, die ein Atom des Elements laut dem Schalenmodell besitzt. Schauen wir uns dazu wieder zwei Beispiele an:

  • Das Alkalimetall Kalium $\left(\ce{K} \right)$ steht in der $\text{I.}$ Hauptgruppe und in der $4.$ Periode. Die Ordnungszahl $19$ verrät uns, dass ein Atom des Elements $19$ Elektronen hat, die auf vier Elektronenschalen verteilt sind. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll besetzt. Auf der zweiten Schale befinden sich acht Elektronen. Auf der dritten Schale befinden sich ebenfalls acht Elektronen. Bleibt nur noch ein Elektron für die vierte Schale. Und das stimmt auch mit der Nummer der Hauptgruppe überein, die besagt, dass ein Kaliumatom genau ein Außenelektron hat.
  • Das Halogen Chlor$\left(\ce{Cl} \right)$ steht in der $\text{VII.}$ Hauptgruppe und in der $3.$ Periode. Die Ordnungszahl $17$ verrät uns, dass ein Chloratom $17$ Elektronen hat, die auf drei Elektronenschalen verteilt sind. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll besetzt. Auf der zweiten Schale befinden sich acht Elektronen. Bleiben noch sieben Elektronen für die dritte Schale. Und das stimmt auch mit der Nummer der Hauptgruppe überein, die besagt, dass ein Chloratom genau sieben Außenelektronen hat.

Und noch eine weitere Eigenschaft lässt sich aus der Periode ableiten: der Atomradius. Da die Anzahl der Schalen mit zunehmender Periodennummer immer weiter zunimmt, werden auch die jeweiligen Atome immer größer. Der Atomradius der Elemente innerhalb einer Gruppe nimmt also von Periode zu Periode, sprich von oben nach unten, zu.
Achtung! Innerhalb einer Periode nimmt der Atomradius allerdings von links nach rechts ab! Denn während die Anzahl der jeweils besetzten Schalen innerhalb einer Zeile gleich bleibt, nimmt die Kernladungszahl von links nach rechts zu und damit auch die Stärke der elektrostatischen Anziehung, mit der die Elektronen zum jeweiligen Atomkern hingezogen werden. Die Elektronen sind also bei den Atomen der Elemente jeweils etwas näher am Kern, je weiter man in einer Periode nach rechts geht.

Periodensystem – Zusammenfassung

Nun weißt du, nach welchen Prinzipien das Periodensystem der Elemente aufgebaut ist. Wir fassen noch einmal zusammen, welche Informationen du aus dem Periodensystem ablesen kannst:

  • Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Elektronen und Protonen eines Elements bzw. eines Atoms des jeweiligen Elements an.
  • Die Nummer der Periode entspricht der Anzahl der Elektronenschalen des jeweiligen Atoms.
  • Die Nummer der Hauptgruppe entspricht der Anzahl der Außenelektronen des jeweiligen Atoms.
  • Der Atomradius nimmt mit steigender Periode zu.

Wir haben uns angesehen, nach welchen Ordnungsprinzipien das Periodensystem der Elemente aufgebaut ist. Außerdem haben wir gezeigt, welche Informationen aus dem PSE herausgelesen werden können und wie man damit arbeitet.

Du findest auf dieser Seite auch Übungen und Arbeitsblätter zum Periodensystem, in denen du dein neues Wissen direkt anwenden kannst.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Periodensystem

Wie ist das Periodensystem aufgebaut?
Wie sind die Elemente im Periodensystem geordnet?
Wie viele Hauptgruppen gibt es im Periodensystem?
Was gibt die Periode im Periodensystem an?
Wie viele Perioden hat das Periodensystem?
Wie heißen die Hauptgruppen im Periodensystem?
Wer hat das Periodensystem erfunden?
Was bedeuten die Zahlen im Periodensystem?
Wie nennt man die senkrechten Spalten im Periodensystem?

Transkript Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Huch, eine Nachricht! "Heute lieber nachts keine Rhabarber Citrus Fritten". "Häää? Was ist mit dir denn los?" "Haha, das ist ein Merksatz für die erste Hauptgruppe aus dem Periodensystem der Elemente. Versuche da gerade bisschen Ordnung reinzubekommen." Eieiei, wie bitte? Das können wir aber besser! Versuchen wir es mal mit diesem Video zum Thema "Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip", dann wirst du bestimmt einen besseren Überblick haben. Eisen , Kupfer , Sauerstoff – davon hast du ja ganz bestimmt schon einmal gehört, oder? Du kennst also schon einige Elemente, super! Alle bisher entdeckten Elemente findest du im Periodensystem der Elemente, oder auch kurz PSE genannt, in dem sie nach einer bestimmten Ordnung zusammengetragen wurden. Welche Ordnung das ist und wie du Eigenschaften von Elementen aus dem Periodensystem ableiten kannst, schauen wir uns nun einmal an. Eine Info direkt zum Anfang: die Reihen der "Lanthanoiden und Actinoiden" hier unten, werden in diesem Video zunächst nicht behandelt. Zu diesen beiden Gruppen erfährst du in einem anderen Video mehr. Starten wir mit der Ordnungszahl. Alle Elemente werden nach AUFSTEIGENDER Ordnungszahl im Periodensystem angeordnet. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Elektronen und Protonen eines Elements an. Das bedeutet, dass jedes Element genau ein Proton und ein Elektron mehr besitzt, als das Vorhergehende. Kalium mit der Ordnungszahl neunzehn hat also je ein Elektron und ein Proton weniger, als Calcium mit der Ordnungszahl zwanzig. Ahaaa, das ist schon mal ein wichtiger Zusammenhang, den du aus dem Periodensystem ablesen und auf alle anderen Elemente übertragen kannst. Machen wir weiter! Alle Elemente werden in Perioden und in Gruppen eingeordnet. Dabei handelt es sich bei den sieben waagrechten Reihen um die "Perioden" und bei den achtzehn senkrechten Spalten um die "Gruppen". Die Gruppen lassen sich in "Haupt- und Nebengruppen" unterteilen. Insgesamt gibt es acht Hauptgruppen. Die ersten beiden Hauptgruppen findest du ganz vorne im Periodensystem. Darauf folgen die zehn Nebengruppen, dann die restlichen sechs Hauptgruppen. Bleiben wir zunächst bei den Hauptgruppen. Die Hauptgruppennummer entspricht immer der Anzahl der Außenelektronen. Entsprechend haben alle Elemente der ersten Hauptgruppe ein Elektron in der äußersten Schale, also ein Außenelektron. Lithium – offensichtlich in der ersten Hauptgruppe – hat die Ordnungszahl drei. Das heißt also, wie wir eben gelernt haben, besitzt Lithium drei Elektronen, wovon sich eines auf der äußeren Schale befindet. Natrium hat die Ordnungszahl elf. Von den entsprechenden elf Elektronen, die Natrium insgesamt aufweist, sitzt eines davon auf der Außenschale. Easy, oder? Wie sieht es dann mit den Außenelektronen bei den anderen Hauptgruppen aus? Gute Nachricht: es geht nach dem gleichen Schema weiter. Demnach besitzen die Elemente der zweiten Hauptgruppe zwei Außenelektronen, die der dritten drei und so weiter. Nur bei den Nebengruppen ist dies nicht der Fall, weswegen sie auch den Sonderplatz haben. Entsprechend haben die Elemente der letzten, also der achten Hauptgruppe ACHT Außenelektronen. Damit ist die Außenschale maximal gefüllt. Das ist die sogenannte "Edelgaskonfiguration". Dazu aber in einem anderen Video mehr. Elemente einer Hauptgruppe weisen oft ähnliche Eigenschaften oder Reaktionsverhalten auf. Bei der ersten Hauptgruppe, den sogenannten "Alkalimetallen" ist das besonders gut zu erkennen. Der skurille Merksatz aus der Einleitung war natürlich frei erfunden. Ausgenommen vom Wasserstoff, der eine Sonderstellung hat, handelt es sich bei allen Elementen der ersten Hauptgruppe um glänzende, leichte Metalle. Sie reagieren alle stark mit Wasser, Luft und den Elementen der siebten Hauptgruppe, den Halogenen. Genau die sehen wir uns jetzt einmal an. Da die Halogene bereits sieben Außenelektronen besitzen, sind sie bestrebt ein Elektron aufzunehmen, um eine volle Schale mit acht Außenelektronen, also die "Edelsgaskonfiguration", zu erhalten, da dieser Zustand sehr stabil ist. Nehmen wir als Beispiel Chlor. Chlor finden wir in der siebten Hauptgruppe und hat die Ordnungszahl siebzehn. Sieben dieser Elektronen befinden sich davon auf der Außenschale. Um die Edelgaskonfiguration zu erreichen, muss Chlor ein Elektron aufnehmen. Es bildet, wie alle anderen Elemente der siebten Hauptgruppe, einwertige Anionen. Daher verbindet sich Chlor auch ausgesprochen gerne mit Natrium, wovon es ein Elektron abbekommt, da es dort in der äußersten Schale besonders locker sitzt. Und mit Natriumchlorid erhalten wir so das gute, alte Kochsalz. Nun kommen wir zu den Informationen, die wir aus der Periode entnehmen können. Die Periode in der ein Element steht, gibt Auskunft über die Anzahl der Schalen, die das Atom umgibt. Bleiben wir bei Chlor als Beispiel. Chlor steht in der dritten Periode, was bedeutet, dass die siebzehn Elektronen sich auf DREI Elektronenschalen verteilen. Wir wissen nun auch, dass die Ordnungszahl verrät, dass Chlor siebzehn Elektronen hat. Die siebte Hauptgruppe gibt an, dass sieben davon in der Außenschale sind. Auf der zweiten Schale befinden sich acht Elektronen. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll. Und noch eine Eigenschaft lässt sich aus der Periode ableiten: da die Anzahl der Schalen mit der Periodennummer zunimmt, wird auch das jeweilige Atom größer. Das bedeutet, dass der Atomradius innerhalb einer Gruppe des Periodensystems von oben nach unten zunimmt. Innerhalb einer Periode von links nach rechts wird der Atomradius geringer, was an einer zunehmend positiven Ladung liegt, wodurch die außen liegenden Elektronen stärker an den Kern gezogen werden und der Radius abnimmt. Alles klar, das Periodensystem gibt in der Tat jede Menge Auskunft. Es versteckt sich sogar NOCH mehr dahinter, aber dazu ein anderes Mal mehr! Fassen wir noch einmal zusammen. Das Periodensystem der Elemente enthält alle bislang gefundenen Elemente. Hinter der Anordnung der Elemente steckt jede Menge Logik, was dem Ordnungsprinzip geschuldet ist. Die Ordnungszahl gibt Auskunft über die Anzahl der Elektronen und der Protonen eines Elementes. Die Hauptgruppennummer entspricht der Anzahl der Außenelektronen und die Periode gibt die Anzahl der Elektronenschalen an. Die Atomradien nehmen innerhalb einer Gruppe von oben nach unten zu. Wichtig ist also nicht, die Elementnamen mit seltsamen Eselsbrücken auswendig zu lernen, sondern das Ordnungsprinzip des Periodensystems zu verstehen. So kannst du mit diesen Informationen richtig viel aus dem Periodensystem entnehmen und damit arbeiten.

3 Kommentare
3 Kommentare
  1. Ich hab immer gedacht dass das viel zu kompliziert wäre danke für die Aufklärung 👍

    Von Niclas, vor 14 Tagen
  2. Sehr gutes Video

    Von Schmole, vor 19 Tagen
  3. W🤩W, sehr schön erklährt. Ich werde sicher keine Probleme mehr bei dem Perioden-system haben! =)

    Von Edo1811, vor 7 Monaten

Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip kannst du es wiederholen und üben.
  • Vervollständige das Periodensystem der Elemente.

    Tipps

    Es gibt acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente folgt einer bestimmten Ordnung:

    Senkrecht sind die Elemente in sieben Perioden eingeteilt.
    Die Periode gibt an, wie viele Schalen das Atom eines Elements hat.

    Waagerecht sind die Elemente in insgesamt 18 Gruppen eingeteilt: Es gibt acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen.
    Die Hauptgruppennummer (in römischen Zahlen) gibt an, wie viele Außenelektronen ein Atom eines Elements hat.

    Die Elemente werden durch die Ordnungszahl von links oben nach rechts unten geordnet. Sie steht meistens über dem Elementsymbol.
    Die Ordnungszahl gibt an, wie viele Protonen ein Atom eines Elements hat. Im elektrisch neutralen Atom entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.

  • Erkläre die Ordnung des Periodensystems.

    Tipps

    Es gibt sieben Perioden.

    Ein Begriff bleibt übrig.

    Lösung

    Alle bisher entdeckten Elemente findest du im Periodensystem der Elemente, kurz: PSE, in dem sie nach einer bestimmten Ordnung zusammengetragen wurden.

    Alle Elemente werden nach aufsteigender Ordnungszahl im Periodensystem angeordnet. Diese gibt die Anzahl der Protonen eines Atoms eines Elements an. Im elektrisch neutralen Atom entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.

    Die 18 senkrechten Spalten werden Gruppen genannt: Es gibt acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen. Die Hauptgruppe gibt an, wie viele Außenelektronen das Atom besitzt.

    Bei den sieben waagerechten Reihen handelt es sich um die Perioden: Sie geben Auskunft über die Anzahl der Schalen eines Atoms.

  • Kennzeichne die Elemente.

    Tipps

    Ein Atom des Elements Magnesium (OZ: 12) hat 12 Protonen.

    Ein Atom des Elements Sauerstoff (P: 2) besitzt 2 Schalen.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente bietet uns eine sehr detaillierte Auskunft über die Elemente:

    • Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen eines Atoms an. Im elektrisch neutralen Atom entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.
    • Die Hauptgruppe (in römischen Zahlen geschrieben) verrät uns die Anzahl der Außenelektronen, also die Anzahl der Elektronen in der äußersten Schale.
    • Die Periode gibt Auskunft darüber, wie viele Schalen das Atom hat.

    Magnesium

    • Ordnungszahl 12 bedeutet, dass ein Atom des Elements 12 Protonen und 12 Elektronen (im elektrisch neutralen Zustand) hat.
    • Hauptgruppe II bedeutet, dass es über 2 Außenelektronen verfügt.
    • Periode 3 bedeutet, dass es 3 Schalen besitzt.

    Bor

    • Ordnungszahl 5 bedeutet, dass ein Atom des Elements 5 Protonen und 5 Elektronen (im elektrisch neutralen Zustand) hat.
    • Hauptgruppe III bedeutet, dass es über 3 Außenelektronen verfügt.
    • Periode 2 bedeutet, dass es 2 Schalen besitzt.

    Iod

    • Ordnungszahl 53 bedeutet, dass ein Atom des Elements 53 Protonen und 53 Elektronen (im elektrisch neutralen Zustand) hat.
    • Hauptgruppe VII bedeutet, dass es über 7 Außenelektronen verfügt.
    • Periode 5 bedeutet, dass es 5 Schalen besitzt.
  • Vervollständige den Lückentext über das Periodensystem.

    Tipps

    Elemente der achten Hauptgruppe werden Edelgase genannt: Die Atome haben acht Außenelektronen.

    Ein Atom eines Elements, das in der sechsten Periode steht, hat einen größeren Atomradius als ein Atom eines Elements, das in der zweiten Periode steht.

    Lösung

    Elemente einer Hauptgruppe weisen oft ähnliche Eigenschaften oder ein ähnliches Reaktionsverhalten auf: Bei der ersten Hauptgruppe, die man Alkalimetalle nennt, ist das besonders gut zu erkennen. Ausgenommen vom Wasserstoff handelt es sich bei allen Elementen der ersten Hauptgruppe um glänzende, leichte Metalle. Sie reagieren alle stark mit Wasser, Luft und den Elementen der siebten Hauptgruppe.

    Die Elemente der siebten Hauptgruppe werden Halogene genannt: Da die Atome bereits sieben Außenelektronen besitzen, sind sie bestrebt, ein Elektron aufzunehmen, um eine volle Schale mit acht Außenelektronen zu erhalten. Denn dieser Zustand ist sehr stabil (= Edelgaskonfiguration).

    Die Periode, in der ein Element steht, gibt Auskunft über die Anzahl der Schalen, die das Atom umgibt. Weil die Anzahl der Schalen mit der Periodennummer zunimmt, wird auch das jeweilige Atom größer. Das bedeutet, dass der Atomradius innerhalb einer Gruppe des Periodensystems von oben nach unten zunimmt.

    Innerhalb einer Periode von links nach rechts wird der Atomradius geringer. Dies liegt an einer zunehmend positiven Ladung des Kerns, wodurch die außen liegenden Elektronen stärker an den Kern gezogen werden und der Radius abnimmt.

  • Charakterisiere die Elemente.

    Tipps

    Ein Atom des Elements Kalium mit der Ordnungszahl 19 hat je ein Elektron und ein Proton weniger als ein Atom des Elements Calcium mit der Ordnungszahl 20.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente bietet uns eine sehr detaillierte Auskunft über die Elemente:

    • Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen eines Atoms an. Im elektrisch neutralen Atom entspricht die Ordnungszahl auch der Anzahl der Elektronen.
    • Die Hauptgruppe (verrät uns die Anzahl der Außenelektronen.
    • Die Periode gibt Auskunft darüber, wie viele Schalen das Atom hat.

    Ein Atom des Elements mit der Ordnungszahl 18 besitzt also 18 Protonen. Das ist übrigens das Element Argon.
    Ein Atom eines Elements in der vierten Hauptgruppe hat vier Außenelektronen. Kohlenstoff gehört beispielsweise dazu.
    Ein Atom eines Elements in der zweiten Periode besitzt zwei Schalen. Ein Beispiel für ein solches Element ist Lithium.

  • Gib die Ordnungszahlen, Perioden und Hauptgruppen der Elemente mithilfe der Abbildungen an.

    Tipps

    Die Anzahl der Schalen bestimmt die Periode.

    Die Anzahl der Außenelektronen (= Elektronen auf der äußersten Schale) bestimmt die Hauptgruppe.

    Wenn du alle Elektronen zusammenzählst, dann erhältst du die Gesamtanzahl der Elektronen. Diese Zahl entspricht bei elektrisch neutralen Atomen der Ordnungszahl.

    Lösung

    Anhand des Schalenmodells können wir Informationen über das Element ablesen:

    • Wenn du alle Elektronen zusammenzählst, dann erhältst du die Gesamtanzahl der Elektronen. Diese Zahl entspricht bei elektrisch neutralen Atomen der Ordnungszahl.
    • Die Anzahl der Schalen verrät dir, in welcher Periode das Element steht.
    • Die Anzahl der Außenelektronen (= Elektronen auf der äußersten Schale) gibt dir Auskunft darüber, in welcher Hauptgruppe das Element ist.

    Chlor

    • hat die Ordnungszahl 17,
    • steht in der 3. Periode und
    • ist in der 7. Hauptgruppe.
    Natrium
    • hat die Ordnungszahl 11,
    • steht in der 3. Periode und
    • ist in der 1. Hauptgruppe.
    Lithium
    • hat die Ordnungszahl 3,
    • steht in der 2. Periode und
    • ist in der 1. Hauptgruppe.