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Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

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Chemie-Team
Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Inhalt

Das Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Sicher kennst du bereits viele Elemente wie zum Beispiel Eisen ($\ce{Fe}$), Sauerstoff ($\ce{O}$) oder Wasserstoff ($\ce{H}$). 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. Schauen wir uns im Folgenden den Aufbau des Periodensystems genauer an und ergründen, welchen Ordnungsprinzipien das Periodensystem folgt. Außerdem wirst du lernen, wie du Eigenschaften von Elementen aus dem Periodensystem ableiten kannst.

Periodensystem – Aufbau

Wie sind die Elemente im Periodensystem eingeteilt? Es sind verschiedene Zusammenhänge, die wir uns im Folgenden ansehen wollen. Schauen wir uns einmal den groben Aufbau des Periodensystems an: Senkrecht ist das PSE in Hauptgruppen (und Nebengruppen) aufgeteilt, in waagerechter Anordnung finden wir die Perioden. Aber ist dir schon einmal aufgefallen, nach welchem Ordnungsprinzip die Elemente angeordnet sind? Richtig, alle Elemente sind nach aufsteigenden Ordnungszahlen sortiert.

Ordnungsprinzip des Periodensystems

Die Ordnungszahlen der Elemente

Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Elektronen und der Protonen eines Elements an. Aufeinanderfolgende Elemente unterscheiden sich um genau ein Proton und ein Elektron. Schauen wir uns dazu ein Beispiel an: Kalium ($\ce{K}$) hat die Ordnungszahl 19 und somit 19 Elektronen und 19 Protonen. Der Vorgänger mit der Ordnungszahl 18 ist Argon ($\ce{Ar}$) mit 18 Elektronen und 18 Protonen. Der Nachfolger von Kalium ist Calcium ($\ce{Ca}$) mit der Ordnungszahl 20. Calcium besitzt demzufolge 20 Elektronen und 20 Protonen. Das Prinzip ist klar!

Gruppen und Perioden

Neben den Ordnungszahlen sind alle Elemente außerdem in Perioden und Gruppen eingeteilt. In der oben stehenden Abbildung siehst du, dass es sieben waagerechte Reihen, 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.

Die Hauptgruppen des Periodensystems

Insgesamt gibt es acht Hauptgruppen. Es ist üblich, diese mit den römischen Ziffern I, II, III, IV, V, VI, VII und VIII zu beschriften.
Die Hauptgruppennummer entspricht immer der Anzahl der Außenelektronen, auch Valenzelektronen. Die Elemente der I. Hauptgruppe besitzen ein Außenelektron, die Elemente der II. Hauptgruppe besitzen zwei Außenelektronen und immer so weiter. Die Elemente der VIII. Hauptgruppe besitzen acht Außenelektronen und somit eine voll besetzte Außenschale – entsprechend der Edelgaskonfiguration. Die Ausnahme in dieser Gruppe bildet Helium ($\ce{He}$). Es hat die Ordnungszahl 2 und besitzt nur zwei Elektronen. Trotzdem ist die Außenschale voll besetzt.
Die Elemente der 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 erfährst du Beispiele dafür, welche Hauptgruppenelemente ähnliche Eigenschaften aufweisen.

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

Beispiel Halogene: Die Elemente der VII. Hauptgruppe sind die sogenannten Halogene, reaktionsfreudige Nichtmetalle. Ein Beispiel ist Chlor ($\ce{Cl}$). Es 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 VII. Hauptgruppe, einwertige Anionen.

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

  • I. Hauptgruppe: Alkalimetalle
  • II. Hauptgruppe: Erdalkalimetalle
  • VI. Hauptgruppe: Chalkogene (Erzbildner)
  • VII. Hauptgruppe: Halogene (Salzbildner)
  • VIII. Hauptgruppe: Edelgase

Die Perioden des Periodensystems

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

  • Das Alkalimetall Kalium ($\ce{K}$) steht in der I. Hauptgruppe und in der 4. Periode. Die Ordnungszahl 19 verrät uns, dass es 19 Elektronen hat, die auf vier Elektronenschalen verteilt sind. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll. 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 Hauptgruppe überein, die besagt, dass Kalium ein Außenelektron hat.

  • Das Halogen Chlor ($\ce{Cl}$) steht in der VII. Hauptgruppe und in der 3. Periode. Die Ordnungszahl 17 verrät uns, dass es 17 Elektronen hat, die auf drei Elektronenschalen verteilt sind. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll. Auf der zweiten Schale befinden sich acht Elektronen. Bleiben noch sieben Elektronen für die dritte Schale. Und das stimmt auch mit der Hauptgruppe überein, die besagt, dass Chlor sieben Außenelektronen hat.

Und noch eine weitere Eigenschaft lässt sich aus der Periode ableiten: der Atomradius. Da ja die Anzahl der Schalen mit zunehmender Periodennummer immer weiter zunimmt, wird auch das jeweilige Atom immer größer. Der Atomradius nimmt innerhalb des Periodensystems von oben nach unten zu.

Zusammenfassung zum Periodensystem

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 an.
  • Die Periode gibt die Anzahl der Elektronenschalen an.
  • Die Hauptgruppe gibt die Anzahl der Außenelektronen an.
  • Der Atomradius nimmt mit steigender Periode zu.

Das Video Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip beantwortet dir die Frage, wie das Periodensystem aufgebaut ist. Außerdem wird dir gezeigt, wie man richtig mit dem Periodensystem der Elemente arbeiten kann. Wie ist es geordnet und welche Informationen kann man aus dem Periodensystem ablesen? Ab heute kennst du die Antworten.

Transkript Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Hallo! Wozu benötigt man eigentlich das Periodensystem der Elemente? Vielleicht hast du dir diese Frage ja schon einmal gestellt oder warst dir nicht sicher, wie man richtig mit dem Periodensystem arbeiten kann. Heute wollen wir uns damit beschäftigen und einmal überprüfen ob es Informationen gibt, die das Periodensystem dir verrät.

Die Ordnung der Elemente

Sicher kennst du bereits viele Elemente wie zum Beispiel Eisen, Sauerstoff oder Wasserstoff. Alle diese Elemente sind im Periodensystem nach einer bestimmten Ordnung zusammengetragen worden. Welche Ordnung das ist und wie du Eigenschaften von Elementen aus dem Periodensystem ableiten kannst, wollen wir uns nun ansehen.

Sehen wir uns nun das Periodensystem an. Gibt es eine bestimmte Ordnung, die dem Aufbau des Periodensystems zugrunde liegt? Es sind verschiedene Zusammenhänge die wir uns heute einmal ansehen wollen. Als erstes kannst du dir merken, dass alle Elemente nach aufsteigenden Ordnungszahlen geordnet sind.

Die Ordnungszahlen im Periodensystem

Wie du bereits weißt, gibt die Ordnungszahl 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. Zum Beispiel hat Kalium die Ordnungszahl 19 und Calcium die Ordnungszahl 20.

Das bedeutet Calcium hat ein Elektron und ein Proton mehr als Kalium. Du siehst, da gibt es also schon mal einen ersten Zusammenhang, den du auf alle anderen Elemente übertragen kannst.

Haupt- und Nebengruppen der Elemente

Alle Elemente sind außerdem in Perioden und Gruppen eingeordnet. Es handelt sich bei den sieben waagerechten Reihen um die Perioden und bei den 18 senkrechten Reihen um die Gruppen. Hier kannst du zwischen Neben-und Hauptgruppen unterscheiden. Es gibt acht Hauptgruppen. Die erste und die zweite Gruppe im PSE sind Hauptgruppen. Dann folgen die 10 Nebengruppen und dann kommen die restlichen 6 Hauptgruppen.

Die Hauptgruppen des Periodensystems

Zunächst wollen wir uns mit den Hauptgruppen beschäftigen. Die Hauptgruppennummer entspricht immer der Anzahl der Außenelektronen. Wenn du dir zum Beispiel die Elemente der ersten Hauptgruppe ansiehst, erkennst du, dass sich bei allen Elementen ein Elektron auf der äußersten Schale befindet, also alle ein Außenelektron besitzen.

Lithium steht in der ersten Hauptgruppe und hat die Ordnungszahl 3. Es besitzt also 3 Elektronen, wovon eines auf der äußeren Schale sitzt. Natrium steht auch in der ersten Hauptgruppe und hat die Ordungszahl 11. Von den 11 Elektronen, die Natrium insgesamt hat, sitzt wieder eines auf der Außenschale.

Die Anzahl der Außenelektronen

Die Elemente der zweiten Hauptgruppe besitzen demnach alle zwei Außenelektronen, die der dritten drei und so weiter. In der letzten Hauptgruppe, der achten, haben alle Elemente acht Elektronen auf der Außenschale, sie haben also eine volle Außenschale. Durch die gleiche Anzahl an Außenelektronen lassen sich auch oft ähnliche Eigenschaften oder Reaktionsverhalten der Elemente aus einer Hauptgruppe ableiten.

Das ist bei der ersten Hauptgruppe, den Alkalimetallen, besonders gut zu erkennen. Ausgenommen vom Wasserstoff, der eine Sonderstellung hat, handelt es sich bei allen Elementen der ersten Hauptgruppe um glänzende, leichte Metalle. Diese sind besonders weich, sodass du sie sogar mit dem Messer schneiden kannst. Sie reagieren alle stark mit Wasser, Luft und den Elementen der siebten Hauptgruppe, den Halogenen.

Die Halogene

Bei der siebten Hauptgruppe, also bei den Halogenen findest du auch ähnliche Eigenschaften innerhalb der Gruppe. Da die Halogene bereits sieben Außenelektronen besitzen, sind sie bestrebt ein Elektron aufzunehmen, um eine volle Schale, also eine Schale mit 8 Elektronen, zu erhalten. Nehmen wir als Beispiel Chlor. Chlor steht in der siebten Hauptgruppe und hat die Ordnungszahl 17. Sieben dieser Elektronen befinden sich davon auf der Außenschale. Sie bilden somit bevorzugt einwertige Anionen.

Eigenschaften der Perioden

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 des Elementes besitzt. Nehmen wir als Beispiel wieder Chlor.

Du weißt nun schon, dass die Ordnungszahl dir verrät, dass Chlor 17 Elektronen hat und die Hauptgruppe verrät, dass Chlor sieben Außenelektronen hat. Chlor steht außerdem in der 3. Periode. Daran erkennst du, dass Chlor 3 Schalen haben muss. Und das stimmt natürlich auch. Auf der ersten Schale befinden sich zwei Elektronen, dann ist diese voll.

Auf der zweiten Schale finden acht Elektronen Platz und die dritte Schale ist nicht vollständig besetzt, hier sind die sieben Außenelektronen. Und noch eine Eigenschaft lässt sich aus der Periode ableiten. Da ja die Anzahl der Schalen mit zunehmender Periodennummer immer weiter zunimmt, wird auch das jeweilige Atom immer größer.

Du kannst also davon ausgehen, dass der Atomradius innerhalb des Periodensystems von oben nach unten zunimmt. Kann man denn nun wirklich viele Informationen aus dem Periodensystem entnehmen?

Zusammenfassung des Gelernten

Wir fassen noch einmal zusammen. Du hast heute gelernt, dass die Ordnungszahl Auskunft über die Anzahl der Elektronen und der Protonen eines Elements gibt. Du weißt auch, dass die Hauptgruppennummer immer der Anzahl der Außenelektronen entspricht und dass die Perioden immer die Anzahl der Schalen im Bohrschen Atommodell angeben und so die Atomradien innerhalb einer Gruppe von oben nach unten zunehmen. Dies sind eine Menge Informationen die du dem Periodensystem entnehmen kannst und mit denen du im Unterricht gut arbeiten kannst.

40 Kommentare

40 Kommentare
  1. An alle die sich die Frage stellen wie viel Elektrone in welche Schale passen und wie man sie "auffüllt" (einfach wie möglich erklärt):
    1. Schale = max. 2 Elektrone
    2. Schale = max. 8 Elektrone
    3. Schale = max. 18 Elektrone
    4. Schale = max. 32 Elektrone
    usw.

    Auffüllen tut man von innen nach außen.
    |Beispiel:|
    Schwefel (Ordnungszahl 16)
    1.Schale = 2
    2. Schale = 8
    3. Schale = 6

    Von David, vor 4 Monaten
  2. Schön gemacht!

    Von Milan Stiller, vor 8 Monaten
  3. Das Video und die Arbeitsblätter sind SPITZE
    Genau das, was ich für den Unterricht gesucht habe

    Von Lehrerinkrieger, vor 9 Monaten
  4. mega video toll erklärt. super!

    Von Stefanie Noell, vor 9 Monaten
  5. Hallo Joshua, in die Schale passt immer eine begrenzte Anzahl der Elektronen. Die Gesamtanzahl der Elektronen auf einer Schale ist gleich 2n², wobei n die Schale ist. In die dritte Schale passen also 2*3²=18 Elektronen rein.

    Von Shevchukarseniy, vor mehr als einem Jahr
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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.
  • Nenne die Bestandteile des Periodensystems.

    Tipps

    Jedes Element kann genau einer Gruppe und einer Periode zugeordnet werden.

    Lösung

    Das Periodensystem ist in Perioden und Gruppen eingeteilt. Damit du das Ordnungsprinzip verstehen kannst, ist es wichtig zu wissen, wie welcher Teil bezeichnet wird. Die Spalten des Periodensystems werden als Gruppen bezeichnet. Die ersten zwei Gruppen und die letzten sechs Gruppen sind die Hauptgruppen. Dazwischen befinden sich zehn weitere Gruppen, die als Nebengruppen bezeichnet werden. Waagerecht ist das Periodensystem in Perioden eingeteilt. Alle Elemente können also genau einer Gruppe und einer Periode zugeordnet werden.

  • Erkläre das Ordnungsprinzip des Periodensystems.

    Tipps

    Überlege dir, was sich ändert, wenn du im Periodensystem von links nach rechts gehst.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente ist in Gruppen und Perioden eingeteilt. Die Elemente sind dort nach aufsteigender Ordnungszahl geordnet. Diese Ordnungszahl zeigt dir, wie viele Elektronen und Protonen ein Atom insgesamt besitzt. Das erste Element ist der Wasserstoff. Er besitzt ein Elektron und steht in der ersten Hauptgruppe. Jedes folgende Element erhält ein Elektron mehr. Helium besitzt also zwei Außenelektronen. Ab der zweiten Periode entspricht dann die Hauptgruppe, in der ein Element steht, der Anzahl an Außenelektronen, die es besitzt. Bist du in der achten Hauptgruppe angekommen - besitzt ein Element also acht Außenelektronen - dann findest du das Element, das ein Elektron mehr hat, wieder in der ersten Hauptgruppe. Da es nun aber eine Schale mehr hat als das Element davor, befindet es sich auch eine Periode tiefer. Ist also die erste Schale voll, gehst du weiter zur nächsten. Die Periodennummer gibt dir also die Schalenanzahl an.

  • Ordne die Elemente der dritten Periode.

    Tipps

    Die Elemente sind nach steigender Anzahl der Protonen und Elektronen im Periodensystem geordnet.

    Lösung

    Die Elemente im Periodensystem sind nach steigender Ordnungszahl angeordnet. Die Ordnungszahl steht oben über dem Elementsymbol und gibt dir Auskunft über die Gesamtanzahl der Elektronen. Ein Element hat also immer ein Elektron mehr und damit eine Ordnungszahl, die um eins größer ist als bei seinem linken Nachbarn.

  • Bestimme die Elemente, die folgende Anzahl an Außenelektronen haben.

    Tipps

    Sieh dir an, wo sich die Elemente im Periodensystem befinden.

    Woran erkennst du die Anzahl der Außenelektronen?

    Lösung

    Zunächst schaust du dir an, wo die einzelnen Elemente im Periodensystem stehen. Die Nummer der Hauptgruppe, in der ein Element steht, entspricht der Anzahl an Außenelektronen, die ein Atom des Elements besitzt. Calcium und Barium stehen in der zweiten Hauptgruppe und haben damit zwei Außenelektronen. Phosphor, Arsen und Stickstoff stehen in der 5. Hauptgruppe und haben somit 5 Außenelektronen. Es bleiben also noch Silicium, Kohlenstoff und Blei übrig. Diese Elemente stehen in der 4. Hauptgruppe und haben somit 4 Außenelektronen.

  • Nenne die Eigenschaften der Alkalimetalle.

    Tipps

    Was sagt dir der Name Alkalimetall über die Elemente dieser Gruppe?

    Lösung

    Die Elemente der ersten Hauptgruppe werden auch Alkalimetalle genannt. Der Name verrät dir schon, dass es sich um Metalle handeln muss. Noch dazu sind diese Metalle alle sehr leicht. Wenn die Alkalimetalle mit Wasser oder auch mit der Luft in Berührung kommen, dann reagieren sie ziemlich heftig unter Bildung von Wasserstoff. Je weiter du in der Hauptgruppe nach unten gehst, desto heftiger reagieren die Metalle. Diese Metalle werden deshalb im Labor auch nur in Flaschen unter Paraffinöl gelagert, damit das Metall nicht unbeabsichtigt mit der Luft reagiert.

  • Ermittle den Atomaufbau von Magnesium anhand des Periodensystems.

    Tipps

    Sieh dir an, an welcher Stelle Magnesium im Periodensystem steht.

    Was verraten dir nun Ordnungszahl, Hauptgruppennummer und Periode?

    Lösung

    Zunächst suchst du dir Magnesium im Periodensystem. Nun schaust du dir an, welche Informationen du ablesen kannst. Die Ordnungszahl des Magnesiums ist 12, also muss die Gesamtanzahl der Elektronen des Magnesiums 12 sein. Nun siehst du auch noch, dass Magnesium in der zweiten Hauptgruppe und in der dritten Periode steht. Wie du im Video gelernt hast, gibt dir das Auskunft über die Anzahl der Außenelektronen und die Anzahl der Schalen. Magnesium hat demnach 2 Außenelektronen und insgesamt 3 Schalen.

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