Jede Zahl in der Detailansicht eines Elements erzählt einen Teil seiner Geschichte. Hier erfährst
du, was jede einzelne bedeutet, mit echten Beispielen aus dem Periodensystem und den Mustern, auf die du achten solltest.
Identität: Was ein Element ausmacht
Ordnungszahl
Die Anzahl der Protonen im Atomkern. Sie ist der Personalausweis des Elements: Änderst du sie, hast du ein anderes Element.
Beispiel: Jedes Atom mit 6 Protonen ist Kohlenstoff, ob es nun in einem Diamanten, einem Bleistift oder deiner DNA steckt.
Trend: Steigt mit jedem Schritt durch das Periodensystem um genau eins, von links nach rechts und von oben nach unten gelesen, von Wasserstoff (1) bis Oganesson (118).
Die mittlere Masse der Atome eines Elements, gewichtet danach, wie häufig jedes Isotop in der Natur vorkommt. 1 u ist ein Zwölftel der Masse eines Kohlenstoff-12-Atoms.
Beispiel: Chlor hat 35,45 u, keine ganze Zahl, weil etwa drei Viertel seiner Atome Chlor-35 und ein Viertel Chlor-37 sind.
Trend: Steigt meist mit der Ordnungszahl, mit einigen berühmten Ausnahmen: Tellur (127,6 u) ist schwerer als Iod (126,9 u), obwohl es vor ihm steht.
Atome desselben Elements mit unterschiedlich vielen Neutronen. Chemisch verhalten sie sich fast gleich, haben aber verschiedene Massen, und manche sind radioaktiv.
Beispiel: Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-13 sind stabil; Kohlenstoff-14 zerfällt langsam, und genau das macht die Radiokarbonmethode möglich.
Eine senkrechte Spalte des Periodensystems. Elemente derselben Gruppe haben gleich viele Außenelektronen und verhalten sich deshalb oft wie Mitglieder einer Familie.
Beispiel: Jedes Element der Gruppe 1 (die Alkalimetalle) reagiert mit Wasser, und jedes Element der Gruppe 18 (die Edelgase) reagiert kaum mit irgendetwas.
Das Periodensystem gliedert sich in vier Blöcke, benannt nach der Art des Orbitals, das mit dem letzten Elektron besetzt wird. Die Blöcke geben dem Periodensystem seine Form.
Beispiel: Der s-Block umfasst die Gruppen 1–2 (plus Helium), der p-Block die Gruppen 13–18, der d-Block die Gruppen 3–12, und der f-Block sind die beiden Zeilen ganz unten.
Die Farben im Periodensystem ordnen die Elemente nach ihrem Verhalten: Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Übergangsmetalle, Post-Übergangsmetalle, Halbmetalle, Nichtmetalle, Edelgase, Lanthanoide und Actinoide. „Unbekannt“ kennzeichnet superschwere Elemente, deren Chemie nie gemessen wurde, weil bisher nur wenige Atome von ihnen existiert haben.
Beispiel: Halbmetalle wie Silicium liegen an der Grenze zwischen Metallen und Nichtmetallen und haben Eigenschaften von beiden, und genau deshalb eignet sich Silicium so gut für Computerchips.
Die beiden Zeilen unterhalb des Hauptsystems. Eigentlich gehören sie in die Perioden 6 und 7, doch dort eingefügt wäre das Periodensystem 32 Spalten breit, deshalb werden sie darunter abgedruckt.
Beispiel: Glenn Seaborg schlug 1944 vor, die Actinoide in eine eigene Zeile zu verschieben, und man sagte ihm, das würde seinen Ruf ruinieren. Stattdessen brachte es ihm einen Nobelpreis ein.
Eine Auflistung, welche Orbitale die Elektronen eines Atoms besetzen. Die App zeigt sie zweimal: die vollständige Version und eine Kurzform, die beim vorherigen Edelgas in eckigen Klammern beginnt.
Beispiel: Sauerstoff ist 1s² 2s² 2p⁴, kurz [He] 2s² 2p⁴. Kupfer bricht die einfache Besetzungsregel: [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ statt 3d⁹ 4s², weil eine voll besetzte d-Unterschale besonders stabil ist.
Energieniveaus, die Elektronen in zunehmendem Abstand vom Kern aufnehmen. Die erste fasst bis zu 2, die zweite bis zu 8 und so weiter. Das 3D-Bohr-Modell der App stellt sie als Ringe dar.
Beispiel: Das Bohrsche Modell ist eine Vereinfachung: Echte Elektronen kreisen nicht wie Planeten, sondern verteilen sich in verschwommenen Wolken, den Orbitalen. Zum Zählen von Elektronen eignen sich die Ringe trotzdem hervorragend.
Wie stark ein Atom in einer Bindung die gemeinsamen Elektronen zu sich zieht, wie ein Punktestand beim Tauziehen.
Beispiel: Fluor zieht mit 3,98 am stärksten; Caesium und Francium sind mit 0,79 am schwächsten. Wenn Natrium (0,93) auf Chlor (3,16) trifft, gewinnt Chlor klar, und es entsteht ionisches Kochsalz.
Trend: ↑ innerhalb einer Periode, ↓ innerhalb einer Gruppe nach unten. Edelgase gehen selten Bindungen ein, deshalb haben sie oft keinen Wert.
Die Energie, die frei wird, wenn ein neutrales Atom ein zusätzliches Elektron aufnimmt. Ein hoher Wert bedeutet, dass das Atom begierig ein Elektron aufnimmt.
Beispiel: Chlor hat den höchsten Wert, 349 kJ/mol, knapp vor Fluor (328 kJ/mol), dessen winzige, dicht besetzte Außenschale zurückdrängt. Edelgase wehren sich gegen zusätzliche Elektronen, deshalb sind ihre Werte negativ.
Trend: Allgemein ↑ innerhalb einer Periode in Richtung der Halogene.
Die Ladung, die ein Atom hätte, wenn alle seine Bindungen vollständig ionisch wären. Viele Elemente können mehrere Stufen annehmen, deshalb bilden sie so viele verschiedene Verbindungen.
Beispiel: Eisen ist meist +2 oder +3, und Rost ist Eisen in der Stufe +3. Mangan reicht von −3 bis +7; im violetten Kaliumpermanganat hat es +7.
Wie groß ein Atom ist, gemessen vom Kern bis zum Rand seiner Elektronenwolke. 1 pm ist ein Billionstel Meter.
Beispiel: Wasserstoff misst etwa 25 pm, Caesium etwa 260 pm. Rund 20 Millionen Caesiumatome würden nebeneinander auf einen Zentimeter passen.
Trend: ↓ innerhalb einer Periode (mehr Protonen ziehen die Elektronen enger heran), ↑ innerhalb einer Gruppe nach unten (jede Zeile fügt eine Schale hinzu).
Die Hälfte des Abstands zwischen den Kernen zweier gleicher Atome, die durch eine Einfachbindung verbunden sind. Er beschreibt die Größe eines Atoms im gebundenen Zustand statt für sich allein.
Beispiel: Der kovalente Radius von Kohlenstoff beträgt 77 pm, eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Einfachbindung ist also etwa 154 pm lang.
Wie viel Masse in einem bestimmten Volumen steckt. Die App zeigt Gramm pro Liter; teile durch 1000, um g/cm³ zu erhalten.
Beispiel: Osmium ist mit 22.590 g/L das dichteste Element: Ein Ein-Liter-Karton davon würde über 22 kg wiegen. Wasserstoff, das leichteste, hat nur 0,09 g/L.
Die Temperatur, bei der ein Feststoff flüssig wird. Um in Grad Celsius umzurechnen, ziehst du 273,15 ab.
Beispiel: Wolfram schmilzt bei 3695 K (etwa 3422 °C), dem höchsten Wert aller Metalle, und wurde deshalb für Glühfäden in Glühbirnen verwendet. Quecksilber schmilzt bei 234 K (−39 °C) und ist daher bei Raumtemperatur flüssig, und Gallium (303 K) schmilzt in deiner Hand.
Die Temperatur, bei der eine Flüssigkeit bei normalem Luftdruck gasförmig wird.
Beispiel: Helium siedet schon bei 4,2 K, nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt, deshalb eignet sich flüssiges Helium ideal zum Kühlen von MRT-Magneten. Wolfram siedet bei 6203 K.
Die Energie, die nötig ist, um ein Kilogramm eines Stoffes um ein Kelvin zu erwärmen. Hohe Werte bedeuten, dass der Stoff viel Wärme aufnimmt, bevor er heißer wird.
Beispiel: Wasserstoff führt die Liste mit 14.300 J/(kg·K) an. Gold braucht nur 129 J/(kg·K), deshalb wird ein Goldring an deinem Finger schnell warm.
Trend: Schwere Atome haben pro Kilogramm meist niedrigere Werte.
Das sich wiederholende Muster, in dem sich die Atome eines festen Elements anordnen. Die kleinste sich wiederholende Einheit heißt Elementarzelle, und die App zeigt sie in 3D.
Beispiel: Kupfer und Gold sind kubisch flächenzentriert, eine Stapelung, bei der Atomlagen aneinander vorbeigleiten können, deshalb verbiegen sie sich, statt zu brechen. Eisen ist bei Raumtemperatur kubisch raumzentriert. Bei superschweren Elementen ist die Struktur nur vorhergesagt.
Die Längen der drei Kanten der Elementarzelle, meist a, b und c genannt.
Beispiel: Im kubischen Kupfer sind alle drei gleich: 361,49 pm. In der orthorhombischen Zelle von Uran sind alle drei verschieden: 285,37, 586,95 und 495,48 pm.