Was ist das Periodensystem?

Geordnet nach Ordnungszahl

Jedes Element hat seine eigene Ordnungszahl. Wasserstoff hat 1 Proton, also ist seine Ordnungszahl 1; Helium hat 2, Kohlenstoff 6, Eisen 26, und Oganesson, das schwerste bisher benannte Element, hat 118. Liest du jede Zeile von links nach rechts, steigt die Ordnungszahl von Kästchen zu Kästchen um eins, außer dort, wo die Lanthanoide und Actinoide in die Zeilen darunter verschoben wurden.

Ein neutrales Atom hat so viele Elektronen wie Protonen, daher gibt die Ordnungszahl auch die Anzahl der Elektronen an. Diese Elektronen, besonders die äußersten, entscheiden, wie ein Element reagiert, daher lässt die Ordnung nach Ordnungszahl die Eigenschaften in regelmäßigen Abständen wiederkehren. Dieses sich wiederholende Muster ist gemeint, wenn man „periodisch“ sagt.

Wer hat das Periodensystem erfunden?

Im 19. Jahrhundert versuchten mehrere Chemiker, die Elemente zu ordnen, doch der russische Chemiker Dmitri Mendelejew veröffentlichte 1869 die Fassung, die das System berühmt machte. Er ordnete die damals bekannten 63 Elemente nach Atommasse und fasste Elemente mit ähnlichen Eigenschaften zusammen.

Mendelejew ließ Lücken, wo sein Muster die Existenz eines Elements verlangte, und sagte die Eigenschaften dieser fehlenden Elemente voraus. Gallium (entdeckt 1875), Scandium (1879) und Germanium (1886) füllten später drei der Lücken, mit Eigenschaften nahe an seinen Vorhersagen.

1913 zeigte der englische Physiker Henry Moseley, dass die Ordnungszahl, nicht die Atommasse, die wahre Grundlage der Ordnung ist. Das erklärte, warum einige Paare, etwa Tellur (Atommasse 127,6) und Iod (126,9), entgegen der Massenreihenfolge platziert werden müssen, um in den richtigen Gruppen zu landen.

So liest du ein Elementkästchen

Jedes Feld der Tabelle beschreibt ein Element. Die meisten Tabellen zeigen mindestens vier Dinge: die Ordnungszahl, das aus einem oder zwei Buchstaben bestehende chemische Symbol, den Namen des Elements und seine Atommasse.

Nimm Eisen als Beispiel: Ordnungszahl 26, Symbol Fe, Atommasse 55,845. Die Atommasse ist ein gewichteter Durchschnitt der Massen der natürlichen Isotope des Elements, daher ist sie meist keine ganze Zahl. Dieselbe Zahl gibt die Masse eines Mols des Elements in Gramm an, weshalb die molare Masse von Eisen 55,845 g/mol beträgt.

Ein Symbol beginnt immer mit einem Großbuchstaben, und ein zweiter Buchstabe, falls vorhanden, ist klein. Co ist Cobalt, während CO Kohlenstoffmonoxid ist, eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff.

Gruppen und Perioden

Die 18 senkrechten Spalten heißen Gruppen. Elemente derselben Gruppe haben im Allgemeinen dieselbe Anzahl an Außenelektronen, daher reagieren sie ähnlich: Die Alkalimetalle der Gruppe 1 reagieren alle mit Wasser, und die Edelgase der Gruppe 18 reagieren kaum mit irgendetwas.

Die 7 waagerechten Zeilen heißen Perioden. Die Periodennummer sagt dir, wie viele Elektronenschalen ein Atom nutzt; Natrium in Periode 3 hat Elektronen in drei Schalen. Von links nach rechts durch eine Periode hat jedes Element ein Proton und ein Elektron mehr als das vorherige, und die Elemente wandeln sich Schritt für Schritt von Metallen links zu Nichtmetallen rechts.

Metalle, Nichtmetalle und die zwei Zeilen unten

Eine „Treppenlinie“ im Zickzack auf der rechten Seite der Tabelle trennt Metalle von Nichtmetallen. Mehr als 80 der Elemente sind Metalle, und sie füllen die linke Seite und die Mitte. Nichtmetalle wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, die Halogene und die Edelgase stehen oben rechts; auch Wasserstoff ist ein Nichtmetall, obwohl er oben in Gruppe 1 steht. Halbmetalle wie Silicium liegen entlang der Treppe und haben Eigenschaften von beiden.

Die zwei getrennten Zeilen unter der Haupttabelle sind die Lanthanoide (Elemente 57–71) und die Actinoide (Elemente 89–103). Sie gehören in die Perioden 6 und 7, werden aber darunter gedruckt, damit die Tabelle eine praktische Breite behält.

Warum das Periodensystem nützlich ist

Wenn du die Position eines Elements kennst, kannst du vorhersagen, wie es sich verhält. Natrium steht in Gruppe 1, daher gibt es ein Elektron ab und bildet Na⁺; Chlor steht in Gruppe 17, daher nimmt es eines auf und bildet Cl⁻. Je eines davon gleicht sich aus, weshalb Speisesalz NaCl ist. Dieselbe Überlegung hilft dir, Formeln, Ladungen und Bindungsarten vorherzusagen, ohne jede Tatsache auswendig zu lernen.