Inhaltsverzeichnis▼
- Das Periodensystem auf einen Blick
- Aufbau: Perioden, Gruppen und Ordnungszahl
- Haupt- und Nebengruppen unterscheiden
- Wichtige Gruppen im Periodensystem
- Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle
- Periodische Trends: Radius und Elektronegativität
- Geschichte: Mendelejew und Meyer
- So liest du das Periodensystem ab
- Karteikarten
- Das Wichtigste
- Häufige Fragen
- Quellen
Das Periodensystem der Elemente auf einen Blick
Das Periodensystem der Elemente (PSE) ordnet alle 118 bekannten chemischen Elemente nach steigender Ordnungszahl. Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen dabei in derselben Spalte, sodass sich Regelmäßigkeiten ablesen lassen. Die folgende interaktive Tabelle zeigt zu jedem Element die Ordnungszahl, das Symbol und den Namen, farblich nach Kategorie geordnet und filterbar.
Klicke unten auf eine Kategorie, um sie im Periodensystem hervorzuheben, oder tippe ein Element an, um seine Einordnung zu sehen. So erkennst du auf einen Blick, wo Metalle, Nichtmetalle und Edelgase stehen.
- Oben links: die Ordnungszahl (hier 8 = 8 Protonen)
- Mitte: das Elementsymbol (O)
- Unten: der Name des Elements (Sauerstoff)
Aufbau: Perioden, Gruppen und Ordnungszahl
Das Periodensystem besteht aus 7 Perioden (waagerechte Zeilen) und 18 Gruppen (senkrechte Spalten). Die Ordnungszahl gibt die Zahl der Protonen an. Die Periodennummer verrät, wie viele Elektronenschalen besetzt sind, und die Hauptgruppennummer die Zahl der Valenzelektronen in der äußersten Schale.
Die Ordnungszahl ist der Schlüssel zum gesamten PSE: Sie steht für die Protonenzahl im Atomkern und legt die Reihenfolge der Elemente fest. Bei einem neutralen Atom ist sie zugleich die Zahl der Elektronen. Von Wasserstoff (1) bis Oganesson (118) steigt sie um genau eins von Feld zu Feld.
Wanderst du in einer Periode von links nach rechts, kommt pro Schritt ein Proton und ein Elektron hinzu. Die Zeilennummer sagt dir, wie viele Elektronenschalen gefüllt sind: Elemente der 3. Periode haben drei besetzte Schalen. In einer Gruppe von oben nach unten bleibt die Zahl der Valenzelektronen gleich, es kommt aber jeweils eine Schale dazu. Deshalb ähneln sich Elemente einer Gruppe chemisch so stark.
Haupt- und Nebengruppen unterscheiden
Die Hauptgruppen sind die Gruppen 1, 2 und 13 bis 18; ihre Nummer verrät bei den Hauptgruppenelementen die Zahl der Valenzelektronen. Die Nebengruppen sind die Gruppen 3 bis 12, die Übergangsmetalle. Bei ihnen werden innere d-Schalen aufgefüllt. Seit 1988 empfiehlt die IUPAC, alle Gruppen einfach von 1 bis 18 durchzunummerieren.
In der Schule sind vor allem die Hauptgruppen wichtig, weil sich aus ihrer Nummer direkt die Zahl der Außenelektronen und damit das chemische Verhalten ableiten lässt. Die folgende Tabelle fasst die Hauptgruppen mit ihren typischen Namen zusammen.
| Gruppe (IUPAC) | Name der Hauptgruppe | Valenzelektronen |
|---|---|---|
| 1 | Alkalimetalle (ohne Wasserstoff) | 1 |
| 2 | Erdalkalimetalle | 2 |
| 13 | Bor-Gruppe (Erdmetalle) | 3 |
| 14 | Kohlenstoff-Gruppe | 4 |
| 15 | Stickstoff-Gruppe (Pnictogene) | 5 |
| 16 | Sauerstoff-Gruppe (Chalkogene) | 6 |
| 17 | Halogene | 7 |
| 18 | Edelgase | 8 (Helium: 2) |
Die 3 bis 12 dazwischen sind die Nebengruppen, also die Übergangsmetalle wie Eisen, Kupfer oder Zink. Ihre Chemie ist vielfältiger, weil sich hier die inneren d-Orbitale füllen und viele von ihnen mehrere Ladungszustände annehmen können.
Wichtige Gruppen im Periodensystem
Vier Gruppen tauchen im Unterricht immer wieder auf: die Alkalimetalle (Gruppe 1, sehr reaktive Metalle), die Erdalkalimetalle (Gruppe 2), die Halogene (Gruppe 17, sehr reaktive Nichtmetalle) und die Edelgase (Gruppe 18), die wegen ihrer vollen Außenschale kaum reagieren. Ihre Reaktivität folgt direkt aus der Zahl der Valenzelektronen.
Die Alkalimetalle haben ein einziges Valenzelektron und geben es sehr leicht ab; sie reagieren heftig mit Wasser. Die Erdalkalimetalle mit zwei Außenelektronen sind etwas weniger reaktiv. Am anderen Ende brauchen die Halogene nur ein Elektron, um die stabile Edelgaskonfiguration zu erreichen, weshalb sie besonders reaktionsfreudige Nichtmetalle sind.
Die Edelgase in Gruppe 18 haben eine voll besetzte Außenschale (8 Elektronen, Helium 2). Dieser stabile Zustand ist das Ziel, das andere Elemente durch Elektronenaufnahme oder -abgabe anstreben, die sogenannte Oktettregel.
Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle
Grob teilt man die Elemente in Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle. Metalle stehen links und in der Mitte und stellen mit rund 80 Vertretern die Mehrheit. Nichtmetalle stehen rechts oben, es sind nur etwa 17. Dazwischen liegen entlang einer Diagonale die wenigen Halbmetalle mit Zwischeneigenschaften.
Metalle leiten Strom und Wärme, sind glänzend und meist gut verformbar; Beispiele sind Eisen, Aluminium und Kupfer. Nichtmetalle wie Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel leiten dagegen schlecht und sind oft gasförmig. Die Halbmetalle wie Silicium, Bor oder Germanium liegen dazwischen und sind als Halbleiter technisch besonders wichtig, etwa für Computerchips.
In der interaktiven Tabelle oben erkennst du diese Einteilung an den Farben: Der große metallische Block links und in der Mitte steht den wenigen Nichtmetallen rechts gegenüber, während sich die Halbmetalle wie eine Treppe von Bor bis Polonium durch das System ziehen.
Periodische Trends: Atomradius und Elektronegativität
Viele Eigenschaften ändern sich regelmäßig im Periodensystem. Der Atomradius nimmt innerhalb einer Periode nach rechts ab und innerhalb einer Gruppe nach unten zu. Elektronegativität und Ionisierungsenergie verhalten sich genau umgekehrt: Sie steigen nach rechts und nach oben. Deshalb ist Fluor rechts oben das elektronegativste Element.
Der Grund ist das Zusammenspiel von Kernladung und Schalenzahl. Nach rechts wächst die Kernladung, während die Elektronen in derselben Schale bleiben, der Kern zieht sie also stärker an und das Atom schrumpft. Nach unten kommt jeweils eine Schale dazu, sodass das Atom größer wird und die äußeren Elektronen leichter abgegeben werden.
Die Elektronegativität misst, wie stark ein Atom Bindungselektronen anzieht. Auf der Pauling-Skala hat Fluor mit rund 4,0 den höchsten, Caesium mit etwa 0,7 einen der niedrigsten Werte. Eng damit verbunden ist die Ionisierungsenergie, also die Energie, um ein Elektron abzulösen; auch sie steigt nach rechts und oben.
Geschichte: Mendelejew und Meyer
Das heutige Periodensystem geht auf das Jahr 1869 zurück. Damals ordneten der russische Chemiker Dmitri Mendelejew und unabhängig von ihm der Deutsche Lothar Meyer die Elemente nach ihren Eigenschaften. Mendelejew ließ sogar Lücken für damals unbekannte Elemente und sagte deren Eigenschaften richtig voraus, ein großer Erfolg der Systematik.
Mendelejew ordnete die Elemente zunächst nach der Atommasse, ließ aber bewusst Lücken, wo eine Regelmäßigkeit ein noch unentdecktes Element verlangte. Als später etwa Gallium und Germanium gefunden wurden und genau seinen Vorhersagen entsprachen, war das Periodensystem als Ordnungsprinzip anerkannt. Heute ordnet man nach der Ordnungszahl statt der Atommasse.
Zu Ehren dieser Leistung riefen die UNESCO und die IUPAC das Jahr 2019, den 150. Jahrestag von Mendelejews Tabelle, zum Internationalen Jahr des Periodensystems aus. Das PSE gilt bis heute als eines der wichtigsten Ordnungswerkzeuge der Naturwissenschaften.
So liest du das Periodensystem ab
Um ein Element einzuordnen, gehst du in wenigen Schritten vor: Ordnungszahl ablesen, dann Periode (Zeile) und Gruppe (Spalte) bestimmen, die Kategorie an der Farbe erkennen und schließlich mithilfe der Position die Trends wie Atomradius oder Elektronegativität abschätzen. So wird das PSE zu einem echten Nachschlagewerkzeug.
- Ordnungszahl ablesen: Die Zahl im Feld nennt die Protonenzahl, beim neutralen Atom auch die Elektronenzahl.
- Periode bestimmen: Die Zeile verrät die Zahl der besetzten Elektronenschalen.
- Gruppe bestimmen: Bei einer Hauptgruppe gibt die Spaltennummer die Zahl der Valenzelektronen an.
- Kategorie erkennen: Die Farbe zeigt, ob es sich um ein Metall, Halbmetall, Nichtmetall oder Edelgas handelt.
- Trend abschätzen: Aus der Position folgen Atomradius, Elektronegativität und Reaktivität.
Ein Beispiel: Chlor hat die Ordnungszahl 17, steht in der 3. Periode und in Gruppe 17. Also besitzt es drei Elektronenschalen und sieben Valenzelektronen. Es ist ein Halogen, ein sehr reaktives Nichtmetall, das gern ein Elektron aufnimmt, um die Edelgaskonfiguration von Argon zu erreichen.
Karteikarten zum Periodensystem
Sechs Karteikarten zu den wichtigsten Fakten über das Periodensystem, von der Ordnungszahl bis zu den periodischen Trends, ideal zur schnellen Wiederholung. Klicke auf eine Karte, um die Antwort zu sehen, und navigiere mit den Pfeilen durch das Set.
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Periodensystem, das Wichtigste
Das Periodensystem der Elemente ordnet alle 118 Elemente nach steigender Ordnungszahl in 7 Perioden und 18 Gruppen. Die Periodennummer nennt die Zahl der Elektronenschalen, die Hauptgruppennummer die Zahl der Valenzelektronen. Metalle stehen links, Nichtmetalle rechts, und Eigenschaften wie Atomradius oder Elektronegativität folgen klaren Trends.
- Ordnung: nach steigender Ordnungszahl, also der Protonenzahl.
- Aufbau: 7 Perioden (Zeilen), 18 Gruppen (Spalten).
- Merke: Periode = Schalenzahl, Hauptgruppennummer = Valenzelektronen.
- Gruppen: Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Halogene und Edelgase.
- Kategorien: Metalle links, Nichtmetalle rechts, Halbmetalle dazwischen.
- Trends: Atomradius nimmt nach rechts ab, Elektronegativität nimmt nach rechts zu.
Häufige Fragen zum Periodensystem
Das Periodensystem der Elemente (PSE) ordnet alle chemischen Elemente nach steigender Ordnungszahl. Elemente mit ähnlichen Eigenschaften stehen dabei untereinander. Es enthält 118 bestätigte Elemente in 7 Perioden (Zeilen) und 18 Gruppen (Spalten).
Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen im Atomkern an. Sie ist für jedes Element eindeutig und legt die Reihenfolge im Periodensystem fest. Bei einem neutralen Atom entspricht sie zugleich der Zahl der Elektronen.
Perioden sind die waagerechten Zeilen, Gruppen die senkrechten Spalten. Die Periodennummer gibt die Zahl der Elektronenschalen an, die Hauptgruppennummer die Zahl der Valenzelektronen. Elemente einer Gruppe verhalten sich chemisch ähnlich.
Hauptgruppen sind die Gruppen 1, 2 und 13 bis 18; ihre Gruppennummer verrät die Zahl der Valenzelektronen. Nebengruppen sind die Gruppen 3 bis 12, die Übergangsmetalle. Bei ihnen werden innere d-Schalen aufgefüllt.
Alkalimetalle (1. Hauptgruppe) sind sehr reaktive Metalle, Halogene (7. Hauptgruppe) sehr reaktive Nichtmetalle. Edelgase (8. Hauptgruppe) sind wegen ihrer vollen Außenschale sehr reaktionsträge.
Innerhalb einer Periode (von links nach rechts) nimmt der Atomradius ab, während Elektronegativität und Ionisierungsenergie zunehmen. Innerhalb einer Gruppe (von oben nach unten) ist es genau umgekehrt.
1869 stellten Dmitri Mendelejew und unabhängig von ihm Lothar Meyer ein Periodensystem vor. Mendelejew sagte sogar Eigenschaften damals noch unbekannter Elemente voraus. 2019 wurde als Internationales Jahr des Periodensystems gefeiert.
Quellen
Die Angaben stützen sich auf frei zugängliche Fachquellen zum Periodensystem und den chemischen Elementen:
- Periodensystem. Wikipedia. de.wikipedia.org
- Chemisches Element. Wikipedia. de.wikipedia.org
- IUPAC: Periodic Table of Elements. iupac.org