Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

Was ist das Periodensystem der Elemente? – Chemie

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:

Aber ist dir schon einmal aufgefallen, nach welchem Ordnungsprinzip die Elemente angeordnet sind? Richtig, alle Elemente sind nach aufsteigenden Ordnungszahlen sortiert.

Die Ordnungszahlen der Elemente

Die Ordnungszahl oder Kernladungszahl 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 im Periodensystem. Es ist üblich, diese mit den römischen Ziffern I, II, III, IV, V, VI, VII und VIII zu beschriften.

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:

• 1. Hauptgruppe (I): Alkalimetalle
• 2. Hauptgruppe (II): Erdalkalimetalle
• 3. Hauptgruppe (III): Borgruppe (veraltet: Erdmetalle)
• 4. Hauptgruppe (IV): Kohlenstoffgruppe
• 5. Hauptgruppe (V): Stickstoffgruppe
• 6. Hauptgruppe (VI): Chalkogene (Erzbildner)
• 7. Hauptgruppe (VII): Halogene (Salzbildner)
• 8. Hauptgruppe (VIII): Edelgase

Die Perioden des Periodensystems

Die Periode, in der ein Element steht, gibt Auskunft über die Anzahl der Elektronenschalen (Schalenmodell), 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.

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

Häufige Fragen zum Thema Periodensystem