Periodensystem einfach erklärt: Aufbau und 15 Aufgaben

Ein chemisches Element ist durch seine Zahl der Protonen bestimmt. Alle Atome mit sechs Protonen gehören zu Kohlenstoff. Atome mit acht Protonen gehören zu Sauerstoff. Ändert sich die Zahl der Protonen, hast du ein anderes Element.

Das Periodensystem der Elemente heißt kurz PSE. Es zeigt die 118 bisher bekannten Elemente. Jedes Element hat ein eigenes Symbol. Die Reihenfolge folgt der steigenden Ordnungszahl. Wasserstoff hat die Nummer 1. Helium hat die Nummer 2. Danach kommt Lithium mit der Nummer 3.

Die Ordnung verrät mehr als eine Nummernliste. Bestimmte Merkmale wiederholen sich in Abständen. Daher kommt das Wort „periodisch“. Elemente mit ähnlichen Merkmalen stehen oft in einer gemeinsamen Gruppe. So kannst du aus ihrer Position erste Hinweise ableiten.

Ein Element ist nicht dasselbe wie eine Verbindung. Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Deshalb hat Wasser kein eigenes Kästchen im PSE. Auch Kochsalz ist eine Verbindung. Natrium und Chlor stehen dagegen als Elemente in der Tabelle.

Wir nehmen Kohlenstoff als Beispiel. Das Elementsymbol lautet C, seine Ordnungszahl ist 6. In vielen Tabellen steht außerdem eine Zahl wie 12,011. Das ist ein gerundeter Wert der relativen Atommasse. Nicht jede Tabelle zeigt das Feld gleich.

Lies ein Kästchen in dieser Reihenfolge:

1. Suche den Namen oder das Symbol.
2. Lies die Ordnungszahl ab. Sie nennt die Zahl der Protonen.
3. Prüfe, welche Zahl noch im Feld steht. Achte auf die Legende.
4. Suche danach die Gruppe und Periode des Elements.

Die Ordnungszahl ist immer eine ganze Zahl. Das Symbol beginnt mit einem großen Buchstaben. Ein zweiter Buchstabe wird klein geschrieben. Co steht für Cobalt. CO beschreibt dagegen eine Verbindung aus Kohlenstoff und Sauerstoff. Achte also gut auf die Schrift.

Einige Elementsymbole passen nicht direkt zum deutschen Namen. Natrium wird als Na abgekürzt. Kalium hat das Symbol K, Eisen das Symbol Fe. Lerne Symbol und Namen deshalb gemeinsam. Notiere sie auf zwei Seiten einer Karte. Prüfe dich in beide Richtungen.

Ein Atom hat einen Kern und eine Hülle. Im Kern sitzen positiv geladene Protonen und ungeladene Neutronen. Die negativ geladenen Elektronen sitzen in der Hülle. So zeigt es dir das Modell.

Bei einem neutralen Atom gleichen sich positive und negative Ladungen aus. Die Anzahl ist auf beiden Seiten gleich. Es hat gleich viele Elektronen wie Protonen. Ein neutrales Natriumatom hat daher elf Protonen und elf Elektronen.

Nimmt ein Atom Elektronen auf oder gibt es welche ab, entsteht ein Ion. Seine Zahl der Protonen bleibt gleich. Ein Natriumion Na⁺ hat elf Protonen, aber nur zehn Elektronen. Es trägt eine positive Ladung. Ein Chloridion Cl⁻ hat 17 Protonen und 18 Elektronen. Es trägt eine negative Ladung.

Für die Zahl der Neutronen brauchst du weitere Angaben. Die Massenzahl eines bestimmten Atoms zählt Protonen und Neutronen zusammen. Bei Kohlenstoff-12 lautet sie 12. Seine sechs Protonen kennst du aus dem PSE. Also bleiben sechs Neutronen.

Neutronen = Massenzahl − Ordnungszahl

Kohlenstoff-13 hat ebenfalls sechs Protonen. Es hat aber sieben Neutronen. Solche Varianten desselben Elements heißen Isotope. Runde die Kommazahl im Kästchen nicht einfach, um bei jedem Atom die Zahl der Neutronen zu bestimmen. Die relative Atommasse ist ein Mittelwert aus den Isotopen. Es spielt auch eine Rolle, wie oft jedes Isotop vorkommt.

Eine waagerechte Zeile heißt Periode. Eine senkrechte Spalte heißt Gruppe. Die lange Tabelle hat sieben Perioden und 18 Gruppen. Die Nummern der Gruppen stehen meist oben. Die Nummern der Perioden stehen links.

Zwei Reihen stehen oft unterhalb der Tabelle. Dort findest du die Lanthanoide und Actinoide. Sie gehören zu den Perioden 6 und 7. Sie werden aus Platzgründen ausgelagert. Sie bilden keine zwei neuen Perioden.

Eine kleine Suchaufgabe: Natrium steht in Periode 3 und Gruppe 1. Magnesium steht direkt daneben in Gruppe 2. Chlor findest du in derselben Periode, aber in Gruppe 17. Neon liegt in Periode 2 und Gruppe 18.

Merke dir den Weg wie bei einem Sitzplan: erst die Zeile, dann die Spalte. Fahre mit dem Finger vom Element nach links zur Zahl der Periode. Fahre danach nach oben zur Gruppenzahl. So verwechselst du beide Angaben seltener.

In der Schule hörst du oft: Es gibt acht Hauptgruppen. Gemeint sind in der heutigen Nummerierung die Gruppen 1, 2 und 13 bis 18. Die Gruppen 3 bis 12 liegen in der Mitte. Im Schulmodell heißen sie Nebengruppen. Verwechsle die alte Nummer der Hauptgruppe nicht mit der heutigen Nummer der Gruppe.

Für die ersten Elemente der Hauptgruppen hilft das Schalenmodell. Darin werden Elektronen auf Schalen verteilt. Die äußeren Elektronen heißen Außenelektronen oder Valenzelektronen. Sie sind für das chemische Verhalten besonders wichtig.

Für neutrale Atome der Hauptgruppen gilt diese einfache Zuordnung: Gruppe 1 hat ein Außenelektron. Gruppe 2 hat zwei. Bei den Gruppen 13 bis 18 ziehst du zehn ab. Sauerstoff in Gruppe 16 hat so sechs Außenelektronen. Chlor in Gruppe 17 hat sieben.

Helium ist die wichtige Ausnahme: Es steht in Gruppe 18, hat aber nur zwei Elektronen. Seine erste Schale ist damit voll. Übertrage die einfache Hauptgruppenregel nicht auf alle Nebengruppen.

Für die ersten 20 Elemente kannst du die Zahl der Periode im einfachen Schalenmodell als Zahl der besetzten Schalen nutzen. Natrium steht in Periode 3. Seine elf Elektronen werden dort als 2, 8 und 1 verteilt. Die Summe ist elf. Außen sitzt ein Elektron. So passen Periode und Gruppe zusammen.

Viele Metalle stehen links und in der Mitte der Tabelle. Nichtmetalle findest du vor allem rechts oben. Wasserstoff ist ein Nichtmetall und steht trotzdem links. Eine starre Links-rechts-Regel ohne Ausnahmen wäre also falsch.

Zwischen den Bereichen liegen unter anderem Halbmetalle wie Silicium. Welche Farben deine Tabelle verwendet, steht in ihrer Legende. Farben können Elementklassen, den Aggregatzustand oder andere Merkmale zeigen. Grün bedeutet deshalb nicht in jeder Tabelle dasselbe.

Der Aggregatzustand beschreibt, ob ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig ist. Das gilt nur für die jeweils genannte Temperatur und den Druck. Lies daher auch die Temperaturangabe. Für die ersten Aufgaben reichen meist Name, Symbol, Ordnungszahl, Gruppe und Periode.

Du findest die Alkalimetalle ganz links unter Wasserstoff. Natrium gehört dazu. Erdalkalimetalle stehen eine Spalte weiter rechts. Zu ihnen zählt etwa Magnesium. Halogene stehen fast ganz rechts. Chlor ist ein Beispiel. In der letzten Spalte findest du die Edelgase. Zu ihnen gehören Neon und Helium.

Die Namen fassen Stoffe mit ähnlichen Eigenschaften zusammen. Eigenschaften sind Merkmale wie die Farbe oder das Verhalten bei einer Reaktion. Sie zeigen also Ähnlichkeiten. Trotzdem ist nicht jeder Stoff gleich. Metalle können zum Beispiel fest oder flüssig sein. Auch ihre Dichte und ihr Schmelzpunkt sind nicht gleich. Lies den Wert für genau den Stoff ab, den du suchst.

Lege eine Tabelle vor dich. Suche das Feld mit dem Kürzel Cl. Steht dort 17? Dann hast du Chlor gefunden. Im Atomkern sitzen 17 Protonen. Diese Anzahl ist fest. Sie macht Chlor zu Chlor.

Frage nun: Ist das Atom geladen? Falls nein, sind auch 17 Elektronen da. Die Zahl mit dem Komma hilft dir bei dieser Frage nicht. Für ein Ion lies die Ladung mit. Bei Cl⁻ kommt ein Elektron dazu. Du rechnest 17 + 1 = 18. Der Kern bleibt gleich.

Schau als Nächstes nach links zum Rand. Du bist in Zeile 3. Schau danach nach oben. Du bist in Gruppe 17. Nenne beide Werte laut. Decke das Feld ab und suche es erneut. So lernst du den Weg statt nur den Ort auf dem Blatt.

Ist nach den Neutronen gefragt? Dann reicht das Kürzel Cl allein noch nicht. Du brauchst die Massenzahl für das Atom aus der Aufgabe. Für Chlor-35 rechnest du 35 − 17 = 18. Für Chlor-37 sind es 37 − 17 = 20. Beide Atome gehören zu Chlor. Ihr Kern hat stets 17 Protonen.

Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer erkannten im 19. Jahrhundert Merkmale, die sich stets neu zeigen. Frühe Tabellen orientierten sich an der Atommasse. Mendelejew ließ auch Lücken für noch unbekannte Elemente. Spätere Entdeckungen stützten seine Vorhersagen.

Heute ist die Zahl der Protonen entscheidend. Sortiere die Elemente also nicht neu, nur weil dir eine Atommasse ungewöhnlich vorkommt. Die Ordnungszahl zeigt den Platz im PSE. Das ist einer der wichtigsten Unterschiede zwischen früheren Tabellen und dem heutigen PSE.

Nutze eine aktuelle Tabelle. Decke die Lösungen ab. Alle Atome sind neutral, sofern nichts anderes dabeisteht. Bei Aufgabe 7 ist ausdrücklich das Isotop Kohlenstoff-14 gemeint.

1. Welche Zahl ordnet die Elemente im heutigen PSE?
2. Wie viele Protonen hat Sauerstoff mit Ordnungszahl 8?
3. Wie viele Elektronen hat ein neutrales Sauerstoffatom?
4. Ein Atom hat elf Protonen. Welches Element ist es?
5. Wie heißen die waagerechten Zeilen?
6. Wie heißen die senkrechten Spalten?
7. Wie viele Neutronen hat Kohlenstoff-14 mit Ordnungszahl 6?
8. Welche Ordnungszahl gehört zum Symbol Mg?
9. In welcher Periode steht Natrium?
10. Wie viele Außenelektronen hat Chlor in Gruppe 17?
11. Welche Ausnahme musst du bei Helium beachten?
12. Wie viele Elektronen hat Na⁺ bei elf Protonen?
13. Ist Wasser H₂O ein Element oder eine Verbindung?
14. Ein Atom hat die Schalenbelegung 2, 8, 2. Wie viele Elektronen sind das? Welches neutrale Element ist es?
15. Sind die zwei ausgelagerten Reihen weitere Perioden?

1. Die Ordnungszahl. Sie zählt die Protonen.
2. 8 Protonen. Das liest du direkt ab.
3. 8 Elektronen. Das Atom ist neutral.
4. Natrium, Na. Seine Ordnungszahl ist 11.
5. Perioden. Es gibt sieben.
6. Gruppen. Die moderne Nummerierung reicht von 1 bis 18.
7. 8 Neutronen, denn 14 − 6 = 8.
8. 12. Mg ist Magnesium.
9. Periode 3. Im einfachen Schalenmodell sind drei Schalen besetzt.
10. 7 Außenelektronen, denn 17 − 10 = 7.
11. Helium steht in Gruppe 18, hat aber nur 2 Elektronen. Die erste Schale ist voll.
12. 10 Elektronen. Ein Elektron weniger als beim neutralen Atom ergibt die Ladung +1.
13. Eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff.
14. 12 Elektronen, denn 2 + 8 + 2 = 12. Das neutrale Element heißt Magnesium.
15. Nein. Sie gehören zu den Perioden 6 und 7.

Wähle Kohlenstoff, Sauerstoff, Natrium und Chlor. Schreibe zu jedem Element Symbol und Ordnungszahl auf. Ergänze Gruppe und Periode. Prüfe dann die Protonen und Elektronen eines neutralen Atoms. Erst danach nimmst du ein Beispiel für ein Ion dazu.

Lade den Spickzettel zum Periodensystem als PDF herunter. Er zeigt den Leseschlüssel und eine kurze Selbstprüfung. Eine vollständige Tabelle findest du bei der IUPAC in unseren Quellen.

Für die Wiederholung hilft Abfragen statt erneut Lesen. Erkläre etwa, warum die Zahl 12,011 keine Zahl der Neutronen ist. In der Photosynthese begegnen dir C, H und O in einer Reaktionsgleichung. Auch die DNA besteht aus chemischen Bausteinen. So verbindest du das neue Wissen mit anderen Fächern.

Mit Lerntwin kannst du den Stoff passend zu deiner Klasse üben. Die persönliche KI-Lernbegleitung hilft beim Erarbeiten und fragt nach. So funktioniert Lerntwin.