Periodensystem

Hintergrundinformationen zum Periodensystem

Das Periodensystem ordnet die Elemente nach ihrer Ordnungszahl und macht wiederkehrende Muster in ihren chemischen Eigenschaften sichtbar. Dieser Leitfaden erklärt diese Muster für Lernende, allgemein interessierte Leser und alle, die Elementdaten in der Wasseraufbereitung nutzen.

So lesen Sie die Angaben zu einem Element

Die Ordnungszahl (Z) ist die Anzahl der Protonen im Atomkern. Sie bestimmt, um welches Element es sich handelt: Jedes Kohlenstoffatom hat sechs Protonen. Ein neutrales Atom hat ebenso viele Elektronen wie Protonen; ein Ion hat Elektronen aufgenommen oder abgegeben. Isotope eines Elements haben unterschiedliche Anzahlen von Neutronen.

Die Zahl über jedem Symbol in dieser Tabelle ist die Ordnungszahl. In den Elementdaten gibt die relative Atommasse in der Regel einen nach der Häufigkeit der Isotope gewichteten Mittelwert ihrer Massen wieder. Sie unterscheidet sich von der ganzzahligen Massenzahl eines einzelnen Isotops (Protonen plus Neutronen). Wenn die IUPAC für ein Element ohne Standardatomgewicht eine Massenzahl in eckigen Klammern angibt, bezeichnet diese ein ausgewähltes Isotop und keinen Mittelwert.

Definitionen: Glossar zu Elementdaten der Royal Society of Chemistry und Periodensystem der IUPAC.

Perioden, Gruppen und Elektronenblöcke

• Perioden (Zeilen 1–7): Die Ordnungszahl nimmt von links nach rechts zu. Die Zeilen folgen der Abfolge der Energieniveaus der Elektronen. Bei Hauptgruppenelementen entspricht die Periodennummer der höchsten besetzten Hauptschale; Übergangselemente und innere Übergangselemente besetzen auch Unterschalen innerhalb tiefer liegender Schalen. „Die Zeilennummer entspricht der Anzahl der besetzten Schalen“ ist eine nützliche Faustregel für den Einstieg, die jedoch Ausnahmen hat.
• Gruppen (Spalten 1–18): Die Elemente weisen häufig verwandte Konfigurationen der Außenelektronen und ein ähnliches chemisches Verhalten auf. Hauptgruppenelemente der Gruppen 1 und 2 haben in der Regel ein beziehungsweise zwei Elektronen in der Außenschale; die der Gruppen 13–18 haben im Allgemeinen drei bis acht. Helium hat zwei. Die Valenz der Übergangsmetalle ist komplexer, sodass die Gruppennummer nicht allgemein die Elektronenzahl angibt.
• Blöcke (s, p, d und f): Sie beschreiben die Unterschale, die im allgemeinen Muster der Elektronenkonfiguration aufgefüllt wird. Sie helfen, Bindungen und chemische Ähnlichkeiten zu erklären, wobei es einige Ausnahmen bei der Konfiguration gibt. Helium besitzt eine s-Schalen-Konfiguration (1s²), gehört jedoch zu den Edelgasen in Gruppe 18.

Periodische Trends: Muster mit Ausnahmen

Vergleichen Sie Gleiches mit Gleichem: Ein Ionenradius und ein kovalenter Atomradius beschreiben unterschiedliche Situationen. Trends helfen, Eigenschaften zu interpretieren, ersetzen aber keine Messdaten für ein bestimmtes Element oder eine bestimmte Verbindung.

Weiterführende Lektüre: OpenStax zu den Themen periodische Veränderungen der Elementeigenschaften und Elektronegativität und chemische Bindung.

Elementfamilien auf einen Blick

Die Farblegende der Tabelle fasst einige dieser Familien zu übergeordneten Kategorien zusammen. Die Farben kennzeichnen die Einordnung, nicht das Aussehen eines Elements oder ein allgemeingültiges Maß für seine Reaktivität. Daten zu einzelnen Elementen finden Sie im Periodensystem der RSC, darunter auch Informationen zu Xenonverbindungen.

Wie sich das moderne Periodensystem entwickelte

1869 — Dmitri Mendelejew: ordnete die Elemente anhand ihrer Atommasse und wiederkehrender chemischer Eigenschaften an. Er ließ Lücken und sagte Eigenschaften noch unentdeckter Elemente voraus, darunter jener Elemente, die später als Gallium und Germanium identifiziert wurden.

1913 — Henry Moseley: etablierte anhand von Messungen der charakteristischen Röntgenstrahlung die Ordnungszahl als das richtige Ordnungsprinzip. Die Anordnung nach der Kernladung beseitigte Unstimmigkeiten in einem auf der Atommasse beruhenden Periodensystem.

Das moderne Periodensystem enthält 118 anerkannte Elemente. Seine heutige siebte Periode wurde mit der Benennung von Nihonium, Moscovium, Tenness und Oganesson im Jahr 2016 vervollständigt.

Quellen: GDCh zur Geschichte des Periodensystems und IUPAC-Mitteilung zu den Elementen 113, 115, 117 und 118.

Von Sternen zu lebenden Organismen

• Kosmischer Ursprung: Im frühen Universum entstanden hauptsächlich Wasserstoff und Helium sowie geringe Mengen Lithium. Durch Fusion in Sternen entstehen Elemente wie Kohlenstoff und Sauerstoff und in massereichen Sternen Atomkerne bis zur Eisengruppe. Schwerere Kerne entstehen auch durch Neutroneneinfang: langsam in Sternen in fortgeschrittenen Entwicklungsstadien und schnell in Umgebungen wie bei Neutronensternverschmelzungen und bestimmten Sternexplosionen. Für die Entstehung von Elementen jenseits von Eisen ist daher nicht in jedem Fall eine Supernova oder eine Verschmelzung erforderlich.
• Ein seltenes natürliches Element: Astat gehört zu den seltensten natürlich vorkommenden Elementen der Erde. Alle seine Isotope sind radioaktiv und kurzlebig, sodass es nur in winzigen, ständig neu entstehenden Mengen vorkommt. Schätzungen seiner Gesamtmenge hängen davon ab, welcher Teil der Erde betrachtet wird.
• Die Elemente des Lebens: CHNOPS steht für Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor und Schwefel. Diese Elemente sind für biologische Moleküle von zentraler Bedeutung. Allein Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff machen etwa 96 % der menschlichen Körpermasse aus; Calcium und andere Elemente erfüllen ebenfalls lebenswichtige Funktionen.

Quellen: GSI zur Entwicklung des Universums und Entstehung der Elemente, Max-Planck-Gesellschaft zur Entstehung schwerer Elemente, GSI zur Nukleosynthese, RSC-Elementprofil zu Astat und Max-Planck-Gesellschaft zu den Elementen im menschlichen Körper (PDF).

Warum das Periodensystem für die Wasserbehandlung wichtig ist

Elementfamilien und das Verhalten der Elektronen helfen zu erklären, warum gelöste Stoffe unterschiedlich reagieren. Calcium- und Magnesiumionen tragen zur Wasserhärte bei; Eisen und Mangan können in mehreren Oxidationsstufen vorkommen; Silicium tritt in Formen auf, die für die Bildung von Kieselsäureablagerungen relevant sind. Für diese Anwendungen sind Informationen über die tatsächlich gelösten chemischen Spezies und die Bedingungen im Wasser erforderlich.

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Hintergrundinformationen zuletzt geprüft am 24. Oktober 2026 durch Lenntech.