Chemie · Klasse 7–10 · aktualisiert
Chemisches Element: Definition, Isotope und PSE
Lerne, wie die Protonenzahl ein Element bestimmt und wie du Symbole, Isotope und das Periodensystem liest.
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Kurz gesagt
Ein chemisches Element umfasst alle Atome mit derselben Protonenzahl. Sauerstoffatome haben zum Beispiel acht Protonen. Die Protonenzahl bestimmt die Ordnungszahl im Periodensystem; Isotope eines Elements unterscheiden sich in der Neutronenzahl.
Ein chemisches Element wird durch die Protonenzahl seiner Atome bestimmt. Alle Atome eines Elements haben gleich viele Protonen. Ein elementarer Reinstoff lässt sich durch chemische Reaktionen nicht in verschiedene Elemente zerlegen. Auf dieser Seite lernst du, Elemente an Atombau und Schreibweise zu erkennen, von Verbindungen zu unterscheiden und Isotope richtig einzuordnen.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Stell dir einen Eisennagel und einen Tropfen Wasser vor. Eisen ist ein elementarer Stoff. Wasser ist eine Verbindung aus Wasserstoff und Sauerstoff. Die kleinste Einheit eines Elements ist ein Atom. In seinem Kern sitzen positiv geladene Protonen. Die Anzahl der Protonen bestimmt das Element. Außerdem sitzen im Kern meist ungeladene Neutronen. Sie tragen zur Masse des Atoms bei, bestimmen aber nicht, um welches Element es sich handelt.
Die Protonenzahl heißt Ordnungszahl und legt den Platz im Periodensystem fest. Dieses System ordnet die Elemente nach steigender Protonenzahl. Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8 und das Symbol O; Uran hat die Ordnungszahl 92 und das Symbol U. Ein Atom dieser Elemente hat also 8 beziehungsweise 92 Protonen.
Ein Elementsymbol beginnt mit einem Großbuchstaben. Ein möglicher zweiter Buchstabe ist klein: H steht für Wasserstoff, He für Helium, C für Kohlenstoff, Co für Cobalt und Fe für Eisen. „Fe“ stammt vom historischen Namen „Ferrum“. Groß- und Kleinschreibung sind wichtig: C und Co bezeichnen verschiedene Elemente.
Definition
Chemisches Element
Ein chemisches Element umfasst alle Atome mit derselben Protonenzahl. Ein Reinstoff, der nur aus Atomen eines Elements besteht, lässt sich chemisch nicht in verschiedene Elemente zerlegen.
Beispiel
- 1Jedes Sauerstoffatom besitzt acht Protonen.
- 2Deshalb gehören alle Atome mit acht Protonen zum Element Sauerstoff – unabhängig davon, wie viele Neutronen sie enthalten.
Merke: Die Protonenzahl ist der unverwechselbare „Ausweis“ eines Elements. Ändert sich die Protonenzahl, handelt es sich um ein anderes Element.
Teste dich
Ein elementarer Stoff enthält nur Atome eines Elements. Eine chemische Verbindung ist ein Reinstoff, in dem Atome verschiedener Elemente chemisch verbunden sind. Ein Gemisch aus elementaren Stoffen ist keine Verbindung. Zähle bei einer Stoffformel die verschiedenen Elementsymbole, nicht bloß die Atome.
Die tiefgestellte Zahl zählt Atome derselben Sorte. In \ce{O2} stehen zwei Sauerstoffatome, aber nur ein Elementsymbol: Sauerstoff ist ein elementarer Stoff. In \ce{NaCl} stehen Natrium und Chlor im Zahlenverhältnis 1 zu 1. Das ist eine Verbindung aus zwei Elementen.
Beispiel: Vergleiche drei Formeln:
- 1\ce{O2} enthält zwei Sauerstoffatome, aber nur ein Element: elementarer Stoff.
- 2\ce{H2O} enthält Wasserstoff und Sauerstoff: Verbindung aus zwei Elementen.
- 3\ce{CO2} enthält Kohlenstoff und Sauerstoff: Verbindung aus zwei Elementen.
- 4Die Zahl der Atome und die Zahl der verschiedenen Elemente sind nicht dasselbe.
Merke: Eine tiefgestellte Zahl macht aus einem elementaren Stoff nicht automatisch eine Verbindung. Prüfe zuerst, wie viele verschiedene Elementsymbole in der Formel vorkommen.
Teste dich
Atome desselben Elements haben gleich viele Protonen, können aber unterschiedlich viele Neutronen besitzen. Eine durch Protonen- und Neutronenzahl bestimmte Atomart heißt Nuklid. So schreibt man es:
{}^{A}_{Z}\mathrm{X}
X steht für das Elementsymbol. Die untere Zahl Z ist die Ordnungszahl und Protonenzahl. Die obere Zahl A ist die Massenzahl, also Protonen plus Neutronen. Für die Neutronenzahl rechnest du A-Z. Die Musteraufgabe zeigt dies an einem Uranisotop.
Definition
Isotop
Isotope sind Atome desselben Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenzahl.
Beispiel: Für Kohlenstoff-12 gilt:
- 1{}^{12}_{6}\mathrm{C}
- 2Die untere Zahl 6 nennt die Protonenzahl. Die Neutronenzahl beträgt 12-6=6. Kohlenstoff-12 besitzt also sechs Protonen und sechs Neutronen.
- 3Bei Wasserstoff-2 gilt entsprechend 2-1=1: Das Atom besitzt ein Proton und ein Neutron.
Teste dich
Viele natürlich vorkommende Elemente enthalten mehrere Isotope. Ein solches Element heißt Mischelement. Kommt in der Natur nur ein Isotop vor, heißt es Reinelement. Im Periodensystem steht bei einem Mischelement eine mittlere Atommasse. Die Massen der Isotope gehen mit ihren jeweiligen Anteilen ein. Darum ist der Wert häufig nicht ganzzahlig. Bei Chlor steht deshalb etwa 35,5 u, obwohl jedes Chloratom eine ganzzahlige Massenzahl hat (35 oder 37). Dabei ist u die atomare Masseneinheit.
Das Periodensystem, kurz PSE, ordnet die 118 nachgewiesenen Elemente nach steigender Ordnungszahl. Die waagerechten Zeilen heißen Perioden, die senkrechten Spalten Gruppen. Elemente derselben Gruppe haben häufig ähnliche Eigenschaften. Grob unterscheidet man Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle.
Die Ordnungszahl verbindet Kern und Platz im PSE. Gruppen und Perioden helfen beim Vergleichen. Genaue Vorhersagen über Außenelektronen, Ladungen und Reaktivität benötigen weitere Regeln.
Beispiel
- 1Ein vereinfachtes Bormodell enthält zu 80 % Atome mit der Masse 11\,\mathrm{u} und zu 20 % Atome mit der Masse 10\,\mathrm{u}.
- 2Zuerst werden die Prozentangaben als Anteile geschrieben: 80 % sind 0,8 und 20 % sind 0,2.
- 30{,}8\cdot 11\,\mathrm{u}+0{,}2\cdot 10\,\mathrm{u}=10{,}8\,\mathrm{u}
- 4Der größere Anteil des schwereren Isotops zieht den Mittelwert näher an 11\,\mathrm{u} als an 10\,\mathrm{u}. Das Ergebnis 10{,}8\,\mathrm{u} ist deshalb plausibel.
Merke: Bei einem Isotop ist die Massenzahl eine ganze Anzahl von Protonen und Neutronen. Die im Periodensystem angegebene mittlere Atommasse eines Isotopengemischs kann dagegen eine Dezimalzahl sein. Große Abweichungen von einer ganzen Zahl, etwa bei Chlor, entstehen durch das Isotopengemisch.
Beispiel
- 1Wasserstoff steht mit Ordnungszahl 1 am Anfang.
- 2Danach folgen Helium mit 2, Lithium mit 3 und Beryllium mit 4.
- 3Die Reihenfolge richtet sich nach der Protonenzahl, nicht nach Namen oder Atommasse.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Element
Identität
Protonenzahl und Ordnungszahl
Schreibweise
Elementsymbol
Stoffebene
elementarer Stoff oder Verbindung
Kernvarianten
Isotope mit verschiedener Neutronenzahl
Masse
gewichteter Mittelwert bei Isotopengemischen
Ordnung
Perioden und Gruppen im PSE
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Das Uranisotop aus der Nuklidschreibweise lesen
- 1Gegeben ist das Uranisotop {}^{238}_{92}\mathrm{U}. Die untere Zahl 92 ist die Ordnungszahl und damit die Protonenzahl.
- 2Die obere Zahl 238 ist die Massenzahl, also die Summe aus Protonen und Neutronen.
- 3Für die Neutronen gilt 238-92=146. Das Atom hat 92 Protonen und 146 Neutronen.
- 4Die Probe lautet 92+146=238; sie ergibt wieder die Massenzahl.
Fehler finden
Ein Siliciumisotop lesen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile verwechselt Massenzahl mit Neutronenzahl: Silicium-29 hat 29-14=15 Neutronen.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
\ce{Cl2} enthält zwei Atome des Elements. \ce{H2O} enthält verschiedene Elemente. Das Elementsymbol für Eisen lautet .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback