Ordnung in der Vielfalt der Elemente  - PSE

Das PSE (= Periodensystem der Elemente) wurde 1869 von Mendelejew entwickelt. Es zeigt alle Elemente in einer Tabelle sortiert nach ihrer Ordnungszahl und ihren Eigenschaften in Hauptgruppen (Spalten) und Perioden (Zeilen). 

 

Hier kannst Du ein gut sortiertes PSE in Farbe herunterladen.

 

Was das alles zu bedeuten hat, sieht man gut im Zusammenhang mit dem Bau der Atome. Daher werde ich erst einmal darauf eingehen. Beide - Atombau und PSE - gehören sehr eng zusammen. 


Atome - Die Bausteine aller Dinge

Was ist denn nun ein Atom und was hat das Ganze mit Chemie zu tun?

Ein Atom ist der kleinste Grundbaustein aller Materie - also all dessen, was Du sehen, fühlen, anfassen, riechen, schmecken kannst, z.B. Nahrung, Steine und Gebirge, Lebewesen, Wolken, Wasser, Luft, Tische, Wände.... einfach von allem.  

 

Ihr Bau bestimmt, welche Eigenschaften Elemente haben, ob und wie sie sich miteinander verbinden und welche Eigenschaften der neue Stoff dann hat.

 

Früher dachte man, Atome seien nicht weiter zerlegbar - eine Irrvorstellung, wie wir heute wissen. Aber: von dieser Vorstellung stammt der Name "Atom". Er leitet sich aus dem griechischen Wort atomos ab, was "das Unteilbare" bedeutet. 

Es gibt exakt so viele Atomsorten wie es Elemente im PSE gibt. Elemente bestehen stets nur aus einer Atomsorte. 

Wenn Du die folgenden Links anklickst, siehst Du einen sehr guten Lehrfilm (in 3 Teilen je 10 Minuten) zur Materie und ihrem Aufbau:

 

Atombau

Rechts ist ein Atom in 2D, links hübsch in 3D dargestellt. Die 2D-Darstellung ist einfacher und wird daher in der Schule immer verwendet.

Ein Atom besteht aus sogenannten Elementarteilchen, die auf bestimmte Weise im Atom angeordnet sind.

Die Elementarteilchen sind:

 

Protonen - positiv geladen (+)

Elektronen - negativ geladen (-)

Neutronen - ungeladen, "neutral"

 

Ein Atom besteht zunächst aus einem Kern (Nucleus) in der Mitte und einer Hülle drumherum.

Im Kern "wohnen" die Protonen und Neutronen, er ist also positiv geladen. Außerdem macht er den Hauptbestandteil der Atommasse aus.

In der Hülle flitzen die Elektronen festgelegt auf Bahnen herum. Die Atomhülle ist also negativ geladen.

Hier findest Du einen kleinen Lehrfilm dazu, der sehr gut veranschaulicht, wie die Anordnung der Elementarteilchen im Atom ist und wie sich die Atomsorten voneinander unterscheiden.

 

Die Zahl der positiven Ladungen (Protonen) und der negativen Ladungen (Elektronen) ist im Atom stets gleich. Nach außen hin ist ein Atom also ungeladen, da sich alle positiven und negativen Ladungen ausgleichen.

 

Diese Erkenntnisse haben wir einem Mann namens Ernest RUTHERFORD zu verdanken, der 1911 dieses Modell aufstellte.

 

Nur 2 Jahre später (1913) entwickelte Niels BOHR dieses Atommodell weiter, indem er herausfand, dass sich die Elektronen nicht irgendwie in der Hülle bewegen, sondern auf festgelegten Bahnen, auf denen jeweils nur eine bestimmte Anzahl an Elektronen Platz hat; das hat etwas mit Energie und Energieniveaus zu tun, die uns an dieser Stelle aber erst einmal nicht weiter interessieren. Das Bohrsche Atommodell ist bis heute gültig.

Ich will Dir anhand von einigen Beispielen zeigen, wie man das Bohrsche Atommodell aufzeichnen kann.

Nimm Dir dazu das PSE zur Hand und sieh Dir zuerst die Legende an.

PSE | By Pnyx (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons
PSE | By Pnyx (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

An der Legende siehst Du, welche Zahl wo steht und was sie bedeutet.

Die Ordnungszahl zeigt Dir direkt die Anzahl der Protonen. Sie ist im Atom genau gleich mit der Anzahl der Elektronen

 

Nehmen wir uns dazu z.B. das Wasserstoff-Atom, das kleinste aller Atome im Universum.

Es hat die Ordnungszahl 1.

Das heißt, es besitzt 1 Proton und 1 Elektron.

Außerdem hat es das Atomgewicht von rund 1. Das Atomgewicht wird im Wesentlichen durch die Protonen und Neutronen im Kern bestimmt. Ein Proton hat ein Gewicht von 1 und ein Neutron auch. Da Wasserstoff mit dem chemischen Zeichen H das Atomgewicht ca. 1 hat und bereits 1 Proton besitzt, hat es kein Neutron.

Und so sieht es aus:

Schauen wir uns ein weiteres Atom an: Magnesium

Magnesium (Mg) hat die Ordnungszahl 12, davon kann man ableiten:

P (Protonen) = 12

E (Elektronen) = 12

Sein Atomgewicht ist gerundet 24. Zieht man nun die Protonen von der Atommasse ab, bleiben 12 Neutronen übrig (VORSICHT: nicht in jedem Atom sind die Protonen und Neutronen gleich, rechne immer Atommasse - Protonenzahl).

N (Neutronen) = 12

Und so sieht es aus:

Hier sind nun einige Bahnen dazugekommen. Die Verteilung der Elektronen ist bei den Hauptgruppen-Elementen festgelegt, wobei die innerste Bahn nahe dem Atomkern die Zahl 1 erhält und alle weiteren Bahnen nach außen fortlaufend nummeriert werden:

1. Bahn (K-Schale genannt): max. 2 Elektronen

2. Bahn (L-Schale): max 8 Elektronen

3. Bahn (M-Schale): max. 18 Elektronen

4. Bahn (N-Schale): max. 32 Elektronen

5. Bahn (O-Schale): max. 50 Elektronen

6. Bahn (P-Schale): max. 72 Elektronen

7. Bahn (Q-Schale): max. 98 Elektronen.

Ist eine Bahn mit der maximalen Anzahl an Elektronen belegt, befinden sich weitere Elektronen auf der nächsten Bahn, bis auch diese voll ist. 

 

Sehen wir uns das Magnesium-Atom oben nochmal an:

Auf der ersten Bahn befinden sich 2 Elektronen - damit ist sie voll. Insgesamt müssen aber 12 Elektronen verteilt werden. Also wird eine zweite Bahn mit 8 Elektronen besetzt. Die verbleibenden 2 Elektronen kommen auf die 3. Bahn.

 

Die Anzahl der Bahnen eines Atoms ist die Zeilennummer im PSE. Man nennt sie Periode. Magnesium steht in der 3. Periode (Zeilennummer links): Es hat also 3 Elektronenbahnen. 

Die Anzahl der Außenelektronen ist in der Chemie besonders wichtig, da sie bestimmt, wie die Elemente zu neuen Verbindungen miteinander reagieren. 

Magnesium hat 2 Außenelektronen und steht in der II. (2.) Hauptgruppe (Spaltennummer oben).


Rätsel zum Thema - Teste Dich!

Quiz zum PSE mit Fragen, die in der mündlichen Prüfung schon gestellt wurden.

 

Und hier gibt's ein Kreuzworträtsel für die wichtigen Begriffe (Onlineversion).

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Zum Ausdrucken und lösen. Viel Spaß!
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