Chemie Grundlagen

Periodensystem

Im Periodensystem werden alle bekannten chemischen Elemente systematisch eingeordnet. In diesem Beitrag zeigen wir dir wie das Periodensystem zu verstehen ist und welche Eigenschaften sich daraus für die Stoffe ergeben.

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Inhaltsübersicht

Periodensystem einfach erklärt

Das Periodensystem der Elemente, oder auch PSE, ist eine Anordnung aller bekannten chemischen Elemente in einer Tabelle. Die Atome werden dabei nach ihrer Kernladungszahl, welche auch öfters als Ordnungszahl bezeichnet wird, angeordnet. Jedoch kann man aus dem PSE nicht nur die Ordnungszahl, sondern auch noch viele andere chemische Eigenschaften einfach ablesen. So kannst du das Periodensystem vor allem zur Übersicht nutzen.

Aufbau des Periodensystems

Grundsätzlich wird das Periodensystem in Perioden und in Gruppen eingeteilt. Die sieben Perioden werden horizontal von oben nach unten angeordnet, die acht Hauptgruppen vertikal von links nach rechts.

Zwischen der zweiten und der dritten Hauptgruppe befinden sich noch die 10 Nebengruppen. Ausschlaggebend dafür in welche Periode bzw. welche Gruppe ein Element eingeteilt wird, ist der Atomaufbau und die Eigenschaften des betrachteten chemischen Stoffes.

Periodensystem Aufbau - Atomradius
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Periodensystem Aufbau – Atomradius

Perioden

Zur Erklärung der einzelnen Perioden im PSE wird das Bohrsche Atommodell und Schalenmodell verwendet. Hier bewegen sich die Elektronen auf diskreten Kreisbahnen um den Kern des Atoms. Ein Atom besteht dabei aus einem Atomkern und einer Elektronenhülle.

Die Anzahl der Kreisbahnen oder auch Schalen, die ein Element besitzt, entspricht der Nummer der Periode, in der es im Periodensystem eingegliedert ist.

Beispielsweise besitzen Wasserstoff und Helium nur eine Schale, weshalb sie in der erste Periode stehen. Lithium ist das erste Element mit zwei Schalen und beginnt somit die zweite Periode. Die zweite Schale kann insgesamt 8 Elektronen aufnehmen.

Hauptgruppen

Das Periodensystem lässt sich nicht nur in Perioden, sondern auch in Hauptgruppen einteilen. Diese ordnen den Elementen eine Stoffgruppe hinzu. Du kannst das PSE ganz grob in Metalle und Nichtmetalle unterteilen. Links stehen alle Metalle und rechts stehen alle Nichtmetalle.

Möchtest du das genauer unterteilen, so gibt es für einige Hauptgruppen eigene Namen. Zum Beispiel stehen in der ersten Hauptgruppe alle Alkalimetalle und in der zweiten alle Erdalkalimetalle. In der sechsten Hauptgruppe stehen alle Chalkogene und in der siebten alle sogenannten Halogene. In der achten Hauptgruppe befinden sich die Edelgase.

Ebenfalls sagt dir eine Hauptgruppe, wie viele Valenzelektronen oder auch Außenelektronen ein Atom hat. Valenzelektronen sind die Elektronen, die ein Atom auf der äußersten Elektronenschale hat. Sie sind sehr wichtig für die Bindung zwischen den Elementen. Dabei stimmt die Nummer der Hauptgruppe mit der Anzahl der Außenelektronen überein. So haben Edelgase in der achten Hauptrgruppe 8 Elektronen auf ihrer äußersten Schale. Alkalimetalle in der ersten Hauptgruppe haben dagegen nur ein Valenzelektron.

Somit lässt sich auch eine Aussage darüber treffen, ob ein Element gerne Elektronen aufnehmen oder abgeben möchte. Elemente der Gruppe eins bis drei geben Valenzelektronen ab, da das für sie leichter ist, als Elektronen aufzunehmen. Die Elemente in Gruppe fünf bis sieben nehmen Valenzelektronen auf. In Gruppe vier sind die Elemente indifferent. Manche nehmen Elektronen auf, manche geben Elektronen ab. Nur die Elemente in Gruppe 8 haben kein Bedürfnis ihre vollen Schalen zu verändern, da sie bereits die sogenannte Edelgaskonfiguration nach der Oktettregel erreicht haben.

So kann die Einordnung eines Elements mit der Elektronenkonfiguration erklärt werden. Die Perioden sind die Schalen der Elektronenhülle des Elements und die Hauptgruppen geben dir an, wie viele Valenzelektronen ein Atom besitzt.

Beispiel Elektronenkonfiguration und PSE

Schauen wir uns die Einordnung von Elementen in das Periodensystem der Elemente mit der Elektronenkonfiguration an Beispielen genauer an.

Wasserstoff hat eine Ordnungszahl von eins. Das bedeutet, es besitzt genau ein positiv geladenes Proton im Kern und ein negativ geladenes Elektron in der ersten Schale. Eine Elektronenschale bedeutet, dass das Element in die erste Periode muss. Da es ebenfalls nur ein Außenelektron besitzt kommt es zudem in die erste Hauptgruppe.

Kommt zum Atomkern ein weiteres Proton hinzu, so muss auch ein weiteres Elektron in die erste Schale aufgenommen werden. Das Element, das zwei Protonen und zwei Elektronen besitzt wird als Helium bezeichnet. Für die zwei Elektronen in der Elektronenhülle des Atoms Helium reicht eine Schale aus, weshalb das Element in der ersten Periode bleibt. Nun kommt es zu einer kleinen Unregelmäßigkeit, was die Anordnung betrifft. Helium wird in die achte Hauptgruppe einsortiert, da es eine vollbesetzte Schale hat und nicht weil es acht Valenzelektronen besitzt.

Da die erste Schale nur zwei Elektronen aufnehmen kann, ist sie jetzt voll besetzt und wir müssen für das nächste Element eine neue Schale beginnen. Lithium besitzt drei Protonen und drei Elektronen, wobei das dritte Elektron auf der zweiten Schale sitzt. So kommt Lithium in die zweite Periode und in die erste Hauptgruppe.

Mit diesem Prinzip kannst du einfach herausfinden, wie viele Elektronen einfache Elemente besitzen. Beispielsweise hat Calcium 20 Elektronen und Protonen. Die Elektronenkonfiguration wäre hier also 2 – 8 – 8 – 2. Calcium kommt also in die vierte Periode wegen seiner vier Schalen und in die zweite Hauptgruppe wegen seiner zwei Valenzelektronen. Aber Vorsicht: bei komplexeren Elementen stößt das Schalenmodell an seine Grenzen und liefert keine richtigen Ergebnisse mehr.

Elementkarten

Das Periodensystem ist aufgebaut aus den Elementen. Diese sind auf sogenannte Elementkarten geschrieben. Schauen wir uns mal eine Elementkarte genauer an. Hier am Beispiel von Kohlenstoff:

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Im Periodensystem finden wir das Elementsymbol, sowie zwei Zahlen. Die Zahl, die oben steht, ist die sogenannte Ordnungszahl. Sie gibt die Anzahl der Protonen und somit auch die Anzahl der Elektronen des Elements an. Die untere Zahl ist die Massenzahl und gibt die Masse des Elements in der Einheit u an. Kohlenstoff hat also 6 Protonen, 6 Elektronen und eine Masse von etwa 12u.

Trends im Periodensystem

Am Anfang des Artikels haben wir erwähnt, dass du neben den Ordnungszahlen noch viel mehr aus einem Periodensystem ablesen kannst.

Durch das Bohrsche Atommodell und das Schalenmodell können Rückschlüsse auf den Atomradius %VERWEIS Atomradius, die Elektronegativität und die Ionisierungsenergie gezogen werden.

Die Atomradien nehmen von links nach rechts im Periodensystem ab und von oben nach unten zu. Über die Elektronegativität lässt sich sagen, dass sie von links nach rechts zu nimmt und von oben nach unten abnimmt.

Ionisierungsenergie
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Ionisierungsenergie

Für die Ionisierungsenergie gilt, dass sie innerhalb einer Gruppe von oben nach unten abnimmt und in einer Periode von links nach rechts zunimmt.


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