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Periodensystem der Elemente – Ordnungsprinzip

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

Grundlagen zum Thema 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:

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.

Periodensystem.jpg

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 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:

Was sagt die Hauptgruppe im Periodensystem aus?

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

Wie ist das Periodensystem aufgebaut?
Wie sind die Elemente im Periodensystem geordnet?
Was gibt die Periode im Periodensystem an?
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?

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.