Periodensystem der Elemente

Der Aufbau eines Atoms kann grob unterteilt werden in den Atomkern, welcher aus elektrisch neutralen Neutronen und positiv geladenen Protonen besteht. Um diesen Kern – auf sogenannten Schalen – kreisen dann negativ geladene Elektronen.

Die Elemente werden nach steigender Kernladungszahl sortiert. Diese steht für die Anzahl der Protonen – also der positiv geladenen Teilchen – im Kern eines Atoms sowie für die Anzahl der Elektronen, die um den Kern kreisen.

Wasserstoff hat ein Proton im Kern und ein Elektron auf der äußeren Schale. Aus diesem Grund trägt Wasserstoff auch die Ordnungszahl 1. Oganesson hat 118 Protonen und Elektronen und dementsprechend die Ordnungszahl 118.

Ja. Die Kernladungszahl bestimmt die Ordnungszahl des Elements – zusätzlich sind die Stoffe dann noch in Perioden und Gruppen unterteilt.

Die Farbe zeigt an, um welche Elemente-Gruppe es sich handelt: Ist das betrachtete Element ein Nichtmetall, ein Edelgas, ein Alkalimetall, ein Halogen oder gehört es zu einer anderen Gruppe?

In jeder Periode befinden sich Elemente, deren Atome die gleiche Anzahl an Schalen besitzen. Beispielsweise haben alle Atome in der 3. Periode drei Schalen. Auf diesen Schalen treiben sich die Elektronen des Elements herum.

Der Wissenschaftler Niels Bohr hat in seinem Atommodell als Erster von diesen Schalen gesprochen. Und sich die Frage gestellt, wie viele Elektronen auf den jeweiligen Schalen Platz haben:

1. Schale (K): 2 Elektronen
2. Schale (L): 8 Elektronen
3. Schale (M): 18 Elektronen
4. Schale (N):  32 Elektronen

Es gibt acht Hauptgruppen. Die Nummer der Hauptgruppe gibt dabei die Anzahl der Elektronen an, die sich auf der äußersten Schale befinden (die sogenannten Valenzelektronen). Diese Elektronen können sich an Bindungen („Valenzen“) zwischen Atomen beteiligen – sie sind also für chemische Verbindungen besonders wichtig.

Ein Beispiel: Natrium hat die Ordnungszahl 11. Das bedeutet:

• 11 Elektronen kreisen um den Atomkern.
• Die K-Schale wird voll besetzt (2 Elektronen), es verbleiben 9 Elektronen.
• Die L-Schale wird voll besetzt (8 Elektronen), es verbleibt 1 Elektron.
• Die M-Schale wird mit einem Elektron besetzt.

Natrium hat also ein Valenzelektron – es gehört damit in die erste Hauptgruppe.

Das Element, das am häufigstem im Universum vorkommt, ist Wasserstoff. Es ist das leichteste und einfachste Element. Die meisten Sterne erzeugen Energie, indem sie Wasserstoff zu Helium verbrennen. Auch auf der Erde ist es sehr häufig – allerdings belegt es hier nicht Platz 1. Der geht an Sauerstoff. Das ist ein reaktives Gas, das in extrem vielen Verbindungen zu finden ist.

Elemente ab der Ordnungszahl 95 können nur künstlich hergestellt werden. Von ihnen wurden noch keine Spuren in der Natur gefunden. Laut der „American Chemical Society“ wird es bei 44 der 94 natürlich vorkommenden Elemente in den nächsten Jahren zu Versorgungseinschränkungen kommen. Das ist laut der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) vor allem auf die Handyproduktion zurückzuführen. In eueren Smartphones stecken seltene Metalle wie Kobalt und Tantal und auch die sogenannten Seltenen Erden wie Neodym und Yttrium.

Instabile Elemente brechen oft in Sekundenbruchteilen durch radioaktiven Zerfall auseinander. Ein instabiles Element ist also radioaktiv – eine stabiles dementsprechend nicht. Bis auf zwei Ausnahmen sind alle Elemente bis zur Ordnungszahl 82 (Blei) stabil. Diese Ausnahmen sind:

• Technetium (43)
•  Promethium (61)

Ab der Ordnungszahl 83 (Bismut) sind alle Elemente radioaktiv. Wobei man sagen muss, dass Bismut gewissermaßen einen Grenzfall bildet: Seine Radioaktivität ist äußerst gering.

Elemente mit einer Ordnungszahl über 104 bezeichnen Wissenschaftler als „superschwere Elemente“. Ihr Nachweis ist äußerst aufwendig: Sie werden erzeugt, indem zwei leichtere Atomkerne in einer Beschleunigeranlage aufeinander geschossen und miteinander verschmolzen werden. Diese Verschmelzung funktioniert allerdings nur selten.

Quecksilber und Brom sind die einzigen natürlichen Elemente, die unter Normbedingungen – das heißt einer Temperatur von 0°C und einem Druck von 1 bar – flüssig sind. Im Gegensatz zu Quecksilber kommt Brom allerdings in der Natur nicht elementar, sondern nur in verschiedenen Verbindungen vor.