Periodensystem lesen: Gruppen, Atombau und Trends

Jedes chemische Element besitzt eine bestimmte Anzahl an Protonen im Atomkern. Diese Protonenzahl ist die Ordnungszahl. Sie bestimmt eindeutig, um welches Element es sich handelt. Das PSE ordnet die Elemente nach steigender Ordnungszahl.

Die waagerechten Zeilen des PSE heißen Perioden, die senkrechten Spalten Gruppen. Das gebräuchliche PSE umfasst sieben Perioden und 18 Gruppen. Elemente mit ähnlicher äußerer Elektronenstruktur stehen untereinander. Deshalb ähneln sich viele Elemente derselben Gruppe in ihrem chemischen Verhalten. Die regelmäßige Wiederkehr solcher Eigenschaften heißt Periodizität.

Im Elementfeld steht neben der Ordnungszahl oft eine Atommasse. Verwechsle sie nicht mit der Massenzahl. Die Massenzahl gehört zu einem bestimmten Isotop und zählt Protonen und Neutronen zusammen. Isotope gehören zum selben Element, weil sie dieselbe Protonenzahl besitzen. Sie unterscheiden sich in ihrer Neutronenzahl. Die Ordnungszahl bleibt deshalb gleich, die Massenzahl kann verschieden sein.

Die im PSE angegebene Atommasse ist häufig ein gewichteter Mittelwert der natürlich vorkommenden Isotope. Sie ist dann nicht ganzzahlig und eignet sich nicht unmittelbar, um eine Neutronenzahl zu ermitteln.

Wenn du bei einer Aufgabe unsicher bist, gehe immer in derselben Reihenfolge vor: Lies zuerst die Ordnungszahl, bestimme dann Periode und Hauptgruppe und leite erst danach Atombau oder Eigenschaften ab.

Im vereinfachten Schalenmodell gibt die Periodennummer an, wie viele Elektronenschalen eines Atoms besetzt sind. Ein Element der zweiten Periode besitzt also zwei besetzte Schalen.

Die Elektronen der äußersten besetzten Schale heißen Valenzelektronen. Sie beeinflussen besonders stark, welche Bindungen ein Atom eingeht und wie es reagiert. Bei Hauptgruppenelementen kannst du ihre Zahl aus der Gruppe ablesen, wie die Tabelle zeigt.

Die Gruppen 1, 2 und 13 bis 18 bilden die acht Hauptgruppen. In einer älteren Schreibweise heißen sie erste bis achte Hauptgruppe.

Atome können Elektronen abgeben oder aufnehmen. Dadurch entstehen elektrisch geladene Teilchen, die Ionen heißen. Besonders stabil ist die Elektronenanordnung der Edelgase, die Edelgaskonfiguration: acht Elektronen auf der äußersten Schale (Achterregel oder Oktettregel), bei Helium zwei. Viele Hauptgruppenelemente erreichen eine solche Elektronenanordnung, indem sie wenige Elektronen abgeben oder aufnehmen. Die Tabelle zeigt vier Gruppen.

Elektronenabgabe macht ein Teilchen positiv, Elektronenaufnahme macht es negativ. Die Gruppenzugehörigkeit hilft bei einfachen Hauptgruppenelementen, typische Ionenladungen vorherzusagen. Bei Helium ist die einzige Schale schon mit zwei Elektronen voll. Auch Lithium- und Berylliumionen erreichen diese Anordnung mit zwei Elektronen statt acht.

Die Anordnung des PSE macht nicht nur einzelne Elementdaten sichtbar. Sie zeigt auch Grundtrends, mit denen du Eigenschaften vergleichen kannst. Die Tabelle fasst drei davon zusammen.

Innerhalb einer Periode wird der Atomradius nach rechts meist kleiner. Dort kommen Protonen hinzu, während die äußeren Elektronen derselben Schale zugeordnet werden. Die wachsende Kernladung zieht die Elektronen im Grundtrend stärker an. Dadurch wird der Atomradius kleiner.

Innerhalb einer Gruppe wird der Atomradius nach unten größer. Beim Schritt in eine tiefere Periode kommt eine weitere besetzte Schale hinzu. Die äußeren Elektronen sind weiter vom Kern entfernt und werden durch innere Elektronen abgeschirmt.

Die Elektronegativität zeigt im Grundtrend die entgegengesetzte Richtung: Rechts oben ist sie größer, links unten kleiner. Der Metallcharakter beschreibt, wie deutlich ein Element typische Metalleigenschaften zeigt, zum Beispiel Glanz, elektrische Leitfähigkeit und die Neigung, Elektronen abzugeben. Er nimmt dagegen nach links und nach unten zu.

Das PSE ist ein Orientierungs- und Vorhersagewerkzeug, aber kein Katalog ausnahmsloser Regeln. Periodische Trends beschreiben Grundtendenzen. Besonders bei Übergangsmetallen, schweren Elementen und einzelnen Elektronenanordnungen treten Abweichungen auf.

Auch die einfache Regel „Hauptgruppe gleich Zahl der Valenzelektronen“ gilt in dieser Form nur für die Hauptgruppenelemente. Du darfst sie nicht unverändert auf die Gruppen 3 bis 12, die Übergangsmetalle, übertragen.