1 · Was legt die Reihenfolge der Elemente fest?
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Die steigende Ordnungszahl, also die Protonenzahl.
Chemie · Grundlagen · Sekundarstufe I
Periodensystem lesen und verstehen
Das Periodensystem ist mehr als eine Liste von Elementsymbolen. Lies ein Elementfeld sicher und erkenne, wie die Position eines Elements mit seinem Atombau zusammenhängt.
Drei Orientierungspunkte
Ordnungszahl → Protonen
Periode → Zeile
Gruppe → Spalte
Bei Hauptgruppenelementen hilft die Gruppe, die Außenelektronen zu bestimmen.
Warum die Elemente genau so angeordnet sind
Das Periodensystem ordnet die Elemente nach steigender Ordnungszahl, also nach der Zahl ihrer Protonen. Wasserstoff beginnt mit Z = 1, Helium folgt mit Z = 2. Nach jedem Schritt kommt ein Proton hinzu. Die Ordnung richtet sich nicht einfach nach der aufgedruckten Atommasse.
Ähnliche chemische Eigenschaften treten in regelmäßigen Abständen wieder auf. Deshalb stehen Elemente mit verwandtem Verhalten häufig untereinander. Die Elektronenverteilung hilft, diese Wiederholung zu erklären: Für viele Reaktionen sind die Außenelektronen besonders wichtig.
Eine waagerechte Zeile heißt Periode, eine senkrechte Spalte Gruppe. Die heute übliche Gruppennummerierung reicht von 1 bis 18. Als Hauptgruppen bezeichnet man die Gruppen 1, 2 und 13 bis 18. Die dazwischenliegenden Gruppen 3 bis 12 enthalten die Übergangsmetalle.
Ein Elementfeld richtig lesen
Ein Feld enthält meist die Ordnungszahl, das Elementsymbol, den Elementnamen und eine Atommasse. Die genaue Position dieser Angaben hängt von der Ausgabe ab; lies deshalb die Legende. Groß- und Kleinschreibung sind wichtig: Cl ist Chlor, während C allein für Kohlenstoff steht.
Bei Chlor bedeutet 17: Jeder Chlorkern enthält 17 Protonen. Das Symbol lautet Cl. Die häufig angegebene Zahl 35,45 ist eine gerundete mittlere Atommasse in u beziehungsweise der entsprechende Zahlenwert der relativen Atommasse. Sie zählt keine halben Neutronen.
Natürliches Chlor enthält verschiedene Isotope. Ihre Massen tragen entsprechend ihren Häufigkeiten zum Mittelwert bei. Für die Neutronenzahl eines bestimmten Chloratoms brauchst du daher seine Massenzahl, etwa 35 bei Chlor-35. Dann gilt N = 35 − 17 = 18. Runde nicht einfach 35,45, um für jedes Chloratom eine Neutronenzahl zu behaupten.
Vergleichen und entdecken
Wasserstoff: Ordnungszahl 1, Periode 1, Gruppe 1. Blau markiert ist die Periode, grün die Gruppe, dunkel umrandet das ausgewählte Element. Beim neutralen Atom sind 1 Schalen besetzt; es besitzt 1 Außenelektronen.
Die Grafik zeigt bewusst nur die ersten 18 Elemente und die Hauptgruppenspalten. Die Gruppen 3 bis 12 sind in diesen Perioden noch nicht besetzt und hier ausgelassen. Wähle sechs Vergleichselemente aus; die anderen Felder dienen der Orientierung. Die Zahlen über den Spalten sind Gruppennummern, die Zahlen links Periodennummern.
Das vollständige Periodensystem
Hier findest du alle 118 Elemente mit Ordnungszahl und Elementsymbol. Oben stehen die Gruppen 1 bis 18, links die Perioden 1 bis 7. Auf kleinen Bildschirmen kannst du die Grafik seitlich verschieben.
Die getrennt gezeichneten Lanthanoide und Actinoide sind keine zusätzlichen Perioden. Die Platzhalter zeigen, wo die Reihen eingefügt werden. Diese kompakte Anordnung legt die umstrittene Detailzuordnung der Gruppe 3 nicht fest.
Die Farben unterscheiden Hauptgruppen, den mittleren Tabellenbereich und die zwei ausgelagerten Reihen. Sie stehen nicht für Aggregatzustände oder Gefährlichkeit. Atommassen findest du in der ausführlichen IUPAC-Tabelle.
Chlor Schritt für Schritt ablesen
1. Ordnungszahl: Z = 17 bedeutet 17 Protonen. Ein neutrales Chloratom besitzt damit auch 17 Elektronen; für ein Ion muss die Ladung zusätzlich berücksichtigt werden.
2. Periode: Chlor steht in der dritten Zeile. Beim neutralen Atom im Grundzustand sind drei Elektronenschalen besetzt.
3. Hauptgruppe: Chlor steht in Gruppe 17, traditionell der siebten Hauptgruppe. Es besitzt sieben Außenelektronen. Für die Gruppen 13 bis 18 erhältst du die gewöhnliche Außenelektronenzahl durch Abziehen von zehn – mit Helium als Ausnahme.
4. Zusammensetzen: Die Elektronenverteilung lautet 2 | 8 | 7. Die Summe ist 17 und stimmt mit der Elektronenzahl überein. Diese Kontrolle verbindet die Position im Periodensystem mit dem Schalenmodell.
Hauptgruppen und Außenelektronen
Bei neutralen Hauptgruppenatomen im Grundzustand gilt: Gruppe 1 hat ein Außenelektron, Gruppe 2 hat zwei. Die Gruppen 13 bis 18 haben normalerweise drei bis acht. Helium steht in Gruppe 18, besitzt aber nur zwei Elektronen: Seine erste und einzige besetzte Schale ist damit vollständig gefüllt.
Die Regel ist kein allgemeiner Zähltrick für alle Gruppen. Bei Übergangsmetallen spielen mehrere Unterschalen eine Rolle. Ebenso darfst du die Schalenanzahl eines Ions nicht ungeprüft aus der Periode seines Elements übernehmen: Na⁺ besitzt beispielsweise nur noch die Belegung 2 | 8, obwohl Natrium in Periode 3 steht.
Vergleiche Natrium und Magnesium in derselben Periode: Beide besitzen drei besetzte Schalen, aber unterschiedlich viele Außenelektronen. Vergleiche Helium und Argon in derselben Gruppe: Beide haben eine vollständig gefüllte Außenschale, aber unterschiedliche Schalen- und Elektronenzahlen.
Elementfamilien erkennen, ohne zu stark zu vereinfachen
Alkalimetalle wie Lithium und Natrium stehen in Gruppe 1 und bilden häufig einfach positiv geladene Ionen. Wasserstoff steht ebenfalls dort, ist aber kein Alkalimetall. Eine gemeinsame Spalte bedeutet also nicht, dass alle Eigenschaften identisch sind.
Halogene wie Fluor und Chlor stehen in Gruppe 17. Ihre neutralen Atome haben sieben Außenelektronen; in vielen Salzen kommen sie als einfach negativ geladene Ionen vor. Das ist ein häufiger Zusammenhang, keine vollständige Beschreibung aller ihrer Verbindungen.
Edelgase stehen in Gruppe 18. Ihre abgeschlossenen Außenschalen erklären ihre geringe Reaktionsbereitschaft unter gewöhnlichen Bedingungen. „Edelgase können niemals reagieren“ wäre zu streng: Von einigen sind Verbindungen bekannt.
Metalle findest du überwiegend links und in der Mitte, Nichtmetalle eher rechts. Farben in gedruckten Periodensystemen können unterschiedliche Kategorien darstellen. Übernimm eine Farbdeutung deshalb nur zusammen mit der jeweiligen Legende.
Unterrichtsimpuls: Erst die Position, dann das Atom
Wähle Natrium und lasse vor dem Wechsel zu Magnesium vorhersagen: Was bleibt bei der Schalenanzahl gleich? Was ändert sich bei der Protonen- und Außenelektronenzahl? Die gemeinsame Periode hilft bei der ersten Frage, die unterschiedlichen Gruppen bei der zweiten.
Wähle danach Helium. Frage, warum es trotz nur zweier Außenelektronen bei den Edelgasen steht. Die Erklärung muss die vollständige erste Schale nennen. So wird eine scheinbare Ausnahme verständlich, statt nur auswendig gelernt zu werden.
Sechs Aufgaben zum Selbstcheck
Erst selbst lösen, dann die Lösung öffnen.
2 · Was sagt Periode 3 über ein neutrales Hauptgruppenatom im Grundzustand?
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Es besitzt drei besetzte Elektronenschalen.
3 · Wie viele Außenelektronen besitzt Magnesium in Gruppe 2?
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Zwei. Seine Schalenbelegung lautet 2 | 8 | 2.
4 · Warum besitzt Helium in Gruppe 18 keine acht Außenelektronen?
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Seine erste Schale ist bereits mit zwei Elektronen voll besetzt.
5 · Kann man aus 35,45 bei Chlor die Neutronenzahl jedes Chloratoms ablesen?
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Nein. Das ist ein Mittelwert der Atommasse. Für ein bestimmtes Isotop braucht man die Massenzahl.
6 · Natrium und Chlor stehen in Periode 3. Haben sie gleich viele Außenelektronen?
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Nein. Beide haben drei besetzte Schalen, aber Natrium ein und Chlor sieben Außenelektronen.
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Das Ablesen und die Verknüpfung mit Teilchenzahlen und Schalenbelegung üben.
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