zur Vollversion - Netzwerk Lernen

RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
Periodensystem der Elemente
1 von 10
Ordnung in der Vielfalt – das Periodensystem
der Elemente verstehen und lesen lernen
Günther Lohmer, Leverkusen
Chemie
Chemische Elemente und ihr Vorkommen im Alltag benennen; Ordnungszahl,
Perioden und Hauptgruppen des Periodensystems kennenlernen
Wissenswertes zum Periodensystem der Elemente
Noch Ende des 17. Jahrhunderts waren lediglich 15 Elemente des heutigen Periodensystems bekannt. Dazu zählten unter anderem die Metalle Eisen, Kupfer, Platin, Silber und Gold sowie als
Nichtmetalle die Elemente Phosphor, Kohlenstoff und Schwefel. Im 18. und 19. Jahrhundert wurden
zahlreiche neue Elemente im Zuge der Blütezeit der Naturwissenschaften entdeckt und deren Eigenschaften detailliert beschrieben.
U
A
Als Vordenker für den Aufbau des Periodensystems gilt der deutsche Chemiker Johann Wolfgang
Döbereiner, der bereits 1816 einen Zusammenhang zwischen den Elementen Calcium, Strontium
und Barium erkannte. Den Durchbruch in Bezug auf das heutige Periodensystem brachte der Chemikerkongress 1860 in Karlsruhe. Dort wurde beschlossen, die Elemente nach steigendem Atomgewicht anzuordnen.
H
C
Einen wesentlichen Anteil an der Entstehung des heutigen Periodensystems hat der deutsche Chemiker Julius Lothar Meyer. Er erhielt periodische Zusammenhänge, als er das Atomgewicht in ein
Verhältnis zum Atomvolumen setzte.
S
R
Unabhängig von Meyer forschte der russische Chemiker Dmitri Iwanowitsch Mendelejew an einer
logischen Reihenfolge der Elemente.1869 stellte er, ein Jahr vor Lothar Meyer, das Periodensystem
der Elemente vor. Im Vergleich zu Meyer hatte Mendelejew jedoch Schlussfolgerungen aus seinem
System gezogen. Obwohl das damalige System noch Lücken enthielt, interpretierte er diese nicht
als Fehler, sondern als Hinweis auf noch unbekannte Elemente. Diese wurden im Laufe der Jahre
entdeckt und passten auch hundertprozentig an die vorhergesagten Stellen im Periodensystem.
O
V
Didaktisch-methodische Hinweise
Der vorliegende Beitrag zeigt, wie das Periodensystem aufgebaut ist, wie man es liest und welche
Informationen über die einzelnen Elemente sonst noch entnommen werden können. Aus Gründen
der didaktischen Reduktion werden im Beitrag bewusst nur der Aufbau und das Lesen des Periodensystems thematisiert.
Zu den Lernvoraussetzungen
Das Periodensystem der Elemente ist ein Spiegelbild des Atomaufbaus. Daher ist es notwendig,
dass die Lernenden vor Einsatz der Materialien den Atomaufbau und das Schalenmodell kennengelernt und verstanden haben. Nur dann kann die Anordnung der Elemente innerhalb des Periodensystems nachvollzogen werden.
Zu den Materialien im Einzelnen
Die Farbfolie M 1 zeigt das Vorkommen verschiedener chemischer Elemente im Alltag.
Die Gase Sauerstoff (sechste Hauptgruppe) und Chlor (siebte Hauptgruppe) sind den meisten Schülerinnen und Schülern bekannt. Auch die Metalle Chrom, Eisen und Kupfer spielen im Alltag der
zur Vollversion
2 von 10
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
Periodensystem der Elemente
Lernenden eine Rolle. Diese Elemente inden sich im Periodensystem allerdings in den sogenannten
Nebengruppen.
In M 2 erfahren die Lernenden, wie man das Periodensystem liest. Dabei lernen sie die Ordnungszahl kennen und erfahren, dass diese zugleich die Protonenanzahl angibt. Ein Lückentext und eine
Ankreuzaufgabe vertiefen das Wissen.
M 3 beschreibt den Unterschied zwischen Hauptgruppen und Perioden. Die Schülerinnen und
Schüler erhalten einen vertiefenden Einblick, welche Informationen sie aus dem Periodensystem
entnehmen können und welche Angaben man aus der Perioden- bzw. der Gruppennummer
herausliest. Die Lernenden lesen einen Text und beurteilen anschließend Richtig-falsch-Aussagen.
In einer weiteren Aufgabe sollen die Lernenden die Anzahl der Schalen sowie die Anzahl der
Elektronen auf der äußeren Schale zum Element Kalium herausinden.
In M 4 testen die Schülerinnen und Schüler ihr Wissen zum Periodensystem mithilfe eines Kreuzworträtsels.
U
A
Wussten Sie schon, …
… dass bereits 1661 durch Robert Boyle der Begriff „chemisches Element“ deiniert wurde? Laut
Deinition bezeichnet man als chemisches Element einen Reinstoff, der mit chemischen Methoden
nicht weiter zerlegt werden kann.
H
C
… dass bereits 1869, als das Periodensystem durch den russischen Chemiker Dmitri Mendelejew
veröffentlicht wurde, 63 der 92 natürlichen Elemente entdeckt waren?
Materialübersicht
M
M
M
M
1
2
3
4
S
R
Fünf Bilder – fünf chemische Elemente (Farbfolie)
So liest man das Periodensystem – die Ordnungszahl
Spalten und Zeilen – Hauptgruppen und Perioden
Teste dich! – das PSE-Kreuzworträtsel
O
V
Für diese Einheit benötigen Sie:
für alle Materialien
Periodensystem der Elemente aus dem Schulbuch und/oder als große Karte
für den Klassenraum
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
M1
Periodensystem der Elemente
3 von 10
Fünf Bilder – fünf chemische Elemente
1
2
U
A
H
C
3
S
R
5
Fotos: thinkstock
4
O
V
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
M2
Periodensystem der Elemente
5 von 10
So liest man das Periodensystem –
die Ordnungszahl
Das Periodensystem der Elemente ist logisch aufgebaut und enthält verschiedene Informationen über die einzelnen Elemente. Zu jedem Element sind die Ordnungszahl,
das chemische Symbol und die Atommasse in u angegeben.
5
10
15
Ordnungszahl
11
Auf der rechten Seite
siehst du den Eintrag für
das Element Natrium.
Elementsymbol
Na
22,99
Atommasse in u (molare Masse)
U
A
Die Elemente im Periodensystem sind nach steigender Ordnungszahl angeordnet.
Die Ordnungszahl ist nicht einfach nur eine „Hausnummer“ für die Elemente innerhalb des Periodensystems. Die Ordnungszahl gibt außerdem Auskunft über die
Anzahl der Protonen des jeweiligen Elements. Die Protonen im Kern sind positiv
geladen. Neben der Anzahl der Protonen gibt die Ordnungszahl auch die Anzahl
der Elektronen an. Die Elektronen besitzen eine negative Ladung und beinden sich
außerhalb des Atomkerns.
H
C
Die Anzahl der Protonen und Elektronen innerhalb eines Elements ist immer gleich.
Natrium besitzt zum Beispiel 11 Protonen und 11 Elektronen. Zur Stabilisierung der
Protonen im Kern sind Neutronen notwendig. Diese sind neutral geladen, tragen
aber ebenso wie die Protonen zur Masse des Atoms bei.
S
R
O
V
Aufgabe 1: Trage die richtigen Begriffe in den Lückentext ein:
Neutronen, Protonen, Elektronen, steigender, gleich
Die Elemente im Periodensystem sind nach
Ordnungszahl
angeordnet. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der
des
jeweiligen Elements an. Daneben gibt es noch
mit negativer
Ladung. Die Anzahl von Protonen und Elektronen ist immer
den Protonen tragen noch die
. Neben
zur Atommasse bei.
Die Anzahl der Neutronen bestimmt man mit dieser Formel:
Atommasse – Anzahl Protonen (= Ordnungszahl) = Anzahl Neutronen
Natrium:
23
–
11
=
Aufgabe 2: Das Element Kalium hat die Ordnungszahl 19 und die
Atommasse 39 u. Kreuze die richtige Antwort an.
Die Anzahl der Neutronen beträgt:
r 19
r 21
12
r 20
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
M3
5
Periodensystem der Elemente
7 von 10
Spalten und Zeilen – Hauptgruppen und Perioden
Das Periodensystem der Elemente ist in Spalten und in Zeilen unterteilt. Die senkrechten Spalten werden als Gruppen bezeichnet. Es gibt acht Hauptgruppen und
acht Nebengruppen. Die Gruppen sind mit römischen Ziffern über der obersten
Zeile gekennzeichnet. Die Nebengruppen sind zwischen der II. und III. Hauptgruppe
angeordnet und bestehen aus Metallen.
Elemente innerhalb einer Gruppe weisen ähnliche Eigenschaften auf. So sind beispielsweise die Elemente der I. Hauptgruppe – die sogenannten Alkalimetalle – sehr
reaktionsfreudig und bilden zusammen mit Wasser stets Laugen. Die Elemente der
VIII. Hauptgruppe – der sogenannten Edelgase – sind hingegen reaktionsträge.
10
U
A
Die waagerechten Zeilen bezeichnet man als Perioden. Es gibt sieben Perioden. Die
Nummern indest du am linken Rand des Periodensystems.
Was sagen die Nummern der Gruppen und Perioden aus?
15
H
C
Die jeweilige Periodennummer gibt an, wie viele Schalen eines Atoms von Elektronen besetzt werden. Die römische Ziffer der Gruppennummer gibt bei den
Elementen der Hauptgruppe die Anzahl der Außenelektronen an.
S
R
Beispiel
Das Element Schwefel (Symbol S, Ordnungszahl 16) steht in der 3. Periode, hat also
drei Schalen. Schwefel steht in der VI. Hauptgruppe, hat also sechs Außenelektronen.
O
V
Aufgabe 1: Richtig oder falsch? Kreuze an.
1
Die Periodennummer gibt an, wie viele Schalen
des Atoms von Elektronen besetzt werden.
2
Es gibt acht Perioden.
3
Die Gruppennummer gibt die Anzahl der
Außenelektronen an.
4
Die senkrechten Spalten im Periodensystem nennt
man Perioden.
richtig
falsch
r
r
r
r
r
r
r
r
Aufgabe 2: Schlage das Element Kalium im Periodensystem nach.
Wie lautet bei Kalium …
a) die Anzahl der Schalen,
b) die Anzahl der Elektronen auf der äußeren Schale?
zur Vollversion
RAAbits Hauptschule 7–9 · Naturwissenschaften 83
M4
Periodensystem der Elemente
9 von 10
Teste dich! – das PSE-Kreuzworträtsel
Kennst du dich gut mit dem Periodensystem der Elemente aus? Finde es mit diesem
Kreuzworträtsel heraus.
Aufgabe
Löse das Kreuzworträtsel. Du benötigst hierfür ein Periodensystem zum Nachschauen.
8
U
A
1
10
2
H
C
9
6
3
S
R
7
O
V
4
5
waagerecht
1 Die sieben waagerechten Zeilen im Periodensystem nennt man …
2 Welches Element hat die Ordnungszahl 12?
3 Taucher verwenden dieses Element. Es steht in der VI. Hauptgruppe.
4 Bei welchem Element beträgt die Atommasse 4 u?
5 Welches Element hat die Ordnungszahl 79?
senkrecht
6 Für welches Element steht das Symbol Ag?
7 Welches Element indest du im Wasser vom Schwimmbad?
8 Welcher Wert gibt die Anzahl der Protonen eines Elementes an?
9 Welches Element indest du in der VII. Hauptgruppe in der 5. Periode?
10 Eine 1-Eurocent-Münze besteht aus dem Element …?
zur Vollversion