In diesem Beitrag und im Video erfährst du, wie das Periodensystem aufgebaut ist und wie du es anwendest.
Das Periodensystem der Elemente kannst du dir hier als Datei herunterladen und ausdrucken.
Inhaltsübersicht
Was ist das Periodensystem?
Im Periodensystem der Elemente (PSE) sind alle 118 bekannten chemischen Elemente geordnet abgebildet. Aus der Position eines Elements lässt sich sofort ablesen, wie es reagiert und welche Eigenschaften es hat. Das macht die Tabelle zu einem deiner nützlichsten Hilfsmittel in Chemie.
Du kannst zum Beispiel herausfinden, wie viele Protonen ein Atom hat. Und auch die Anzahl der Valenzelektronen oder die Masse eines Atoms kannst du mit dem PSE bestimmen.
Außerdem kannst du anhand des PSEs typische Tendenzen ablesen, zum Beispiel wie groß ein Atom ist oder wie stark es Elektronen anzieht.
Diese Infos bekommst du aus einer Elementkarte
Jedes Element hat im Periodensystem ein eigenes Feld, die sogenannte Elementkarte. Darin siehst du meist diese sechs Angaben:
- Ordnungszahl
- Elementsymbol
- Relative Atommasse
- Elektronegativität
- Stoffklasse
- Aggregatzustand
Hier siehst du das am Beispiel von Sauerstoff:
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Ordnungszahl
Die Ordnungszahl ist immer eine ganze Zahl. Sie verrät dir, wie viele Protonen im Atomkern sind. Ein Element ist in der Grundform immer elektrisch neutral, also ohne Ladung. Deshalb ist die Ordnungszahl auch gleichzeitig die Anzahl der Elektronen.
➡️Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8. Ein Sauerstoffatom hat also 8 Protonen und 8 Elektronen.
Elementsymbol
Das Elementsymbol ist die Abkürzung für den Namen des Elements. So musst du nicht immer den gesamten Namen ausschreiben.
➡️Beispiel:
- Wasserstoff hat das Elementsymbol H.
- Sauerstoff hat das Elementsymbol O.
- Kohlenstoff hat das Elementsymbol C.
Das ist vor allem für Reaktionsgleichungen praktisch. Die sehen so deutlich übersichtlicher aus, weil du statt Namen einfach die Kürzel verwendest.
Relative Atommasse
Die relative Atommasse ist ein Maß für die Masse eines Atoms. Sie ist immer eine Dezimalzahl. Die relative Atommasse ist kein ganzzahliger Wert, weil sie den Durchschnitt aller Isotope eines Elements berücksichtigt. Isotope sind Atome desselben Elements, die sich nur in der Anzahl ihrer Neutronen unterscheiden.
➡️Sauerstoff hat eine relative Atommasse von 15,999.
Rundest du die Atommasse auf eine ganze Zahl, erhältst du näherungsweise die sogenannte Massenzahl für das Element. Genauer gesagt für das häufigste Isotop des Elements. Daraus kannst du die Neutronenzahl berechnen:
Neutronenzahl = Massenzahl − Ordnungszahl
➡️Für Sauerstoff ergibt das: 16 − 8 = 8 Neutronen
Wichtig: Das ist nur eine Faustregel und funktioniert nicht bei allen Elementen. Für Chlor stimmt es z. B. nicht, da dort mehrere Isotope in großen Mengen vorkommen. Eine Massenzahl ist immer eine exakte ganze Zahl für ein ganz bestimmtes Isotop.
Elektronegativität
Die Elektronegativität (EN) misst, wie stark ein Atom die Elektronen in einer Bindung an sich zieht. Du benutzt die EN vor allem für zwei Dinge:
1. Polarität einschätzen: Haben zwei Atome unterschiedliche EN-Werte, zieht das Atom mit der höheren Elektronegativität die Bindungselektronen stärker zu sich. Die Bindung wird polar.
2. Bindungstyp bestimmen: Die Differenz der EN-Werte beider Atome zeigt dir, welcher Bindungstyp vorliegt.
Die folgende Tabelle zeigt dir die Richtwerte für den Bindungstyp:
| EN-Differenz | Bindungstyp |
| < 0,5 | unpolare Atombindung |
| 0,5 – 1,7 | polare Atombindung |
| > 1,7 | Ionenbindung |
➡️H–Cl (Wasserstoff und Chlor):
- EN von H = 2,20
- EN von Cl = 3,16
- Differenz: 3,16 − 2,20 = 0,96
Das liegt zwischen 0,5 und 1,7, also liegt eine polare Atombindung vor.
Wichtig: Die EN-Differenz liefert dir einen guten Richtwert, aber kein absolutes Urteil für die Bindung. Du solltest auch die Stoffklasse des Elements beachten. Treffen ein Metall und ein Nichtmetall aufeinander, deutet das auf eine Ionenbindung hin. Zwei Nichtmetalle bilden dagegen eher eine Atombindung.
Stoffklasse
Die Stoffklasse erkennst du an der Farbe des Elementsymbols oder der Elementkarte. Dazu findest du auf dem PSE eine Legende, welche Farbe was bedeutet.
Die Elemente im Periodensystem lassen sich einer von drei Stoffklassen zuordnen: Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle.
- Metalle stehen links und unten im PSE. Sie machen den größten Teil der Elemente aus. Metalle haben typische Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit oder den metallischen Glanz. Das ist der Metallcharakter. Außerdem geben sie Elektronen eher ab. Je weiter links unten ein Element steht, desto leichter geben sie die ab.
- Nichtmetalle stehen rechts oben im PSE. Sie nehmen Elektronen eher auf.
- Halbmetalle liegen dazwischen, entlang einer gedachten Zickzack-Grenze. Bekannte Beispiele sind Silizium (Si) und Germanium (Ge). Sie haben gemischte Eigenschaften, die du dir nicht aus dem PSE ableiten kannst.
Die Einordnung zeigt dir drei Dinge:
| Eigenschaft | Metalle | Nichtmetalle |
| Elektronen | geben Elektronen ab | nehmen Elektronen auf |
| Leitfähigkeit | leiten Strom und Wärme | leiten meist nicht |
| Bindungstyp | bilden oft Ionenbindungen mit Nichtmetallen | bilden unter sich Atombindungen |
➡️Sauerstoff gehört zu den Nichtmetallen. Somit nimmt es Elektronen lieber auf und leitet keinen Strom. Außerdem geht es mit anderen Nichtmetallen Atombindungen ein.
Aggregatzustand
Auch der Aggregatzustand eines Elements wird häufig angegeben. Das Element liegt dann bei Standardbedingungen, also 25 °C und 1 bar, in diesem Aggregatzustand vor. Das wird meist mit farbigen Markierungen dargestellt (z. B. schwarz = fest; blau = flüssig; rot = gasförmig). Die Farben können je nach PSE aber auch unterschiedlich sein.
➡️Sauerstoff ist bei Standardbedingungen gasförmig.
Was sagen dir die Spalten (Gruppen) und Zeilen (Perioden)?
Das Periodensystem ist wie eine Tabelle aufgebaut. Die Spalten im PSE nennst du auch Gruppen. Die Zeilen hingegen sind die sogenannten Perioden.
Die Spalten im Periodensystem unterteilst du in Hauptgruppen und Nebengruppen. Dafür können dir zwei verschiedene Schreibweisen begegnen:
- Moderne PSEs nummerieren alle 18 Gruppen mit arabischen Zahlen von 1 bis 18. Das umfasst alle Haupt- und Nebengruppen.
- PSEs in der Schule haben meist nur die Nummerierung der Hauptgruppen mit römischen Zahlen von I bis VIII.
Zu welcher Gruppe ein Element gehört, verrät dir schon viel über seinen Aufbau. Dabei kannst du dich am Schalenmodell orientieren. Laut diesem Modell befinden sich Elektronen in sogenannten Schalen um den Kern. Die äußerste Schale hat immer maximal 8 Elektronen. Im Atomkern befinden sich die Protonen und Neutronen.
Auch die Periode verrät dir etwas über den Aufbau eines Elements. Die Periodennummer zeigt dir direkt, wie viele Elektronenschalen ein Atom besitzt.
Periode = Anzahl der Elektronenschalen
➡️Natrium (Na) steht in Periode 3 und hat damit 3 Schalen.
➡️Brom (Br) steht in Periode 4 und hat damit 4 Schalen.
Wie verteilst du die Schalenelektronen?
Die Periode gibt dir die Anzahl der Schalen an. Damit kannst du auch Elektronen konkret auf diese Schalen verteilen. Du füllst die Schalen immer von innen nach außen. Die Ordnungszahl sagt dir, wie viele Elektronen du insgesamt verteilen musst.
Die Grundregel lautet:
e = 2 · n2
e ist die Anzahl der Elektronen einer Schale
n ist die Nummer der Schale ausgehend vom Atomkern.
- K-Schale (1. Schale): maximal 2 Elektronen
- L-Schale (2. Schale): maximal 8 Elektronen
- M-Schale (3. Schale): maximal 18 Elektronen
- N-Schale (4. Schale): maximal 32 Elektronen
- usw.
Das Schalenmodell kommt bei Elementen mit mehr als 20 Elektronen an seine Grenzen. Ab der Ordnungszahl 21 beginnen die Nebengruppenelemente. Hier kann das Schalenmodell die Verteilung der Elektronen nicht gut genug beschreiben. Hierzu benötigst du die genauere Beschreibung des Aufbaus mit dem Orbitalmodell.
➡️Chlor (Cl):
- Ordnungszahl 17 = 17 Elektronen
- Periode 3 = 3 Schalen.
- Hauptgruppe VII = 7 Außenelektronen
- K-Schale 2 Elektronen; L-Schale 8 Elektronen; K-Schale 7 Elektronen
Tipp: Die Kontrolle über Periode und Hauptgruppe zeigt dir sofort, ob deine Verteilung stimmt. Passt die Schalenzahl nicht zur Periode oder die Außenelektronen nicht zur Hauptgruppe, liegt ein Fehler vor.
Was sagen dir die Hauptgruppen?
Die Hauptgruppennummer gibt dir die Anzahl der Elektronen in der äußersten Schale an. Diese Elektronen nennst du Außenelektronen bzw. Valenzelektronen.
Hauptgruppe = Anzahl der Außenelektronen
➡️Chlor (Cl) steht in Hauptgruppe VII und hat deshalb 7 Valenzelektronen.
➡️Magnesium (Mg) steht in Hauptgruppe II und hat deshalb 2 Valenzelektronen.
Jede Hauptgruppe trägt außerdem einen eigenen Namen. Diese Namen begegnen dir häufig in Aufgabenstellungen.
| Hauptgruppe | Name | Außenelektronen | Typisches Merkmal |
| I | Alkalimetalle | 1 | sehr reaktiv, geben Elektronen leicht ab |
| II | Erdalkalimetalle | 2 | reaktiv, geben Elektronen ab |
| III | Borgruppe | 3 | bilden meist kovalente Bindungen |
| IV | Kohlenstoffgruppe | 4 | bilden viele verschiedene Verbindungen |
| V | Stickstoffgruppe | 5 | nehmen oft Elektronen auf |
| VI | Chalkogene | 6 | nehmen Elektronen auf, bilden viele Verbindungen mit Sauerstoff |
| VII | Halogene | 7 | sehr reaktiv, nehmen Elektronen leicht auf |
| VIII | Edelgase | 8 | kaum reaktiv, gehen fast keine Bindungen ein |
Alle Elemente einer Hauptgruppe haben dieselbe Anzahl an Valenzelektronen. Da chemische Reaktionen fast immer über die äußerste Schale ablaufen, verhalten sich diese Elemente sehr ähnlich. Lithium, Natrium und Kalium stehen alle in Hauptgruppe I. Alle drei haben 1 Valenzelektron. Deshalb sind die chemischen Reaktionen auch sehr ähnlich.
Wichtig: Eine Ausnahme ist Helium (He). Es steht zwar in Hauptgruppe VIII, hat aber nur 2 Valenzelektronen. Der Grund: Die erste Elektronenschale fasst maximal 2 Elektronen. Bei Helium ist diese Schale bereits voll. Deshalb verhält es sich wie andere Edelgase, bei denen die äußerste Schale auch voll ist.
Was sagen dir die Nebengruppen?
Die Nebengruppen befinden sich in der Mitte des Periodensystems, in den Gruppen 3 bis 12. Du nennst sie auch d-Block. Dort findest du Metalle wie Eisen (Fe), Kupfer (Cu) oder Zink (Zn).
Für diese Elemente gelten besondere Regeln:
- Die Anzahl der Außenelektronen lässt sich nicht direkt aus der Gruppennummer ablesen.
- Die Elektronenverteilung folgt anderen Regeln als die einfache 2/8/8-Aufteilung.
So leitest du Tendenzen aus dem PSE ab
Das Periodensystem ist so aufgebaut, dass du vier Eigenschaften direkt ablesen:
- die Elektronegativität,
- den Atomradius (wie groß ein Atom ungefähr ist),
- die Ionisierungsenergie (wie viel Energie nötig ist, um einem Atom ein Elektron zu entreißen) und
- den Metallcharakter.
Dahinter stecken immer dieselben zwei Grundregeln:
-
In einer Gruppe (von oben nach unten): Es kommt mit jeder Zeile eine neue Elektronenschale hinzu. Die Außenelektronen sind weiter vom Kern entfernt und werden schwächer angezogen.
-
In einer Periode (von links nach rechts): Die Schalenanzahl bleibt gleich, aber die Kernladung (Protonenzahl) steigt. Der Kern zieht die Elektronen immer stärker an.
Aus diesen zwei Regeln kannst du diese Eigenschaften der Elemente ableiten:
| Eigenschaft | In der Periode (von links nach rechts) | In der Gruppe (von oben nach unten) |
| Atomradius | nimmt ab → mehr Protonen ziehen enger zusammen |
nimmt zu → mehr Schalen machen größer |
| Elektronegativität | steigt → stärkere Kernanziehung = Bindungselektronen werden angezogen |
sinkt → große Atome halten Valenzelektronen weniger fest als kleine Atome |
| Ionisierungsenergie | steigt → stärkere Kernanziehung = Elektron kann schwerer entfernt werden |
sinkt → große Atome halten Valenzelektronen weniger fest als kleine Atome |
| Metallcharakter | nimmt ab → Elektronen werden stärker angezogen = Abgeben von Elektronen schwerer |
nimmt zu → größerer Radius = leichtes Abgeben von Elektronen |
Elemente verstehen
Das Periodensystem gehört zu den Grundlagen der Chemie und ordnet alle Elemente in ein klares System ein. Du vergleichst in diesem Themenfeld Stoffe, Teilchen und Reaktionen und ordnest ihre Eigenschaften. So wird klar, warum Elemente sich unterschiedlich verhalten und nach festen Mustern Bindungen eingehen. Im Chemiebereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.