Elemente und Elementarstoffe einfach erklärt: Die Atomebene

Stell dir vor, du hättest eine Kiste mit genau 118 verschiedenen Arten von Legosteinen. Das klingt vielleicht nicht nach viel, aber mit diesen 118 Steinsorten könntest du das gesamte Universum nachbauen!

In der Chemie nennen wir diese grundlegenden Bausteine „Elemente“. In diesem Artikel wirst du lernen, was genau der Unterschied zwischen einer unsichtbaren Atomart und einem Stoff ist, den du anfassen oder einatmen kannst. Außerdem schauen wir uns an, wie genial Chemiker diese 118 Bausteine im Periodensystem sortiert haben, damit man sofort weiß, wie sie im Inneren aufgebaut sind.

Vorwissen

• Atombau: Ein Atom besteht aus einem Atomkern und einer Atomhülle.

  Beispiel: Im Kern befinden sich die positiv geladenen Protonen, während die negativ geladenen Elektronen in der Hülle um den Kern kreisen.

Aufgabentyp 1: Der Unterschied zwischen Element und Elementarstoff

In der Alltagssprache benutzen wir das Wort „Element“ oft für verschiedene Dinge. In der Chemie müssen wir aber ganz genau sein und zwischen zwei Begriffen unterscheiden:

Das Element (Die Atomart)

Ein Element ist eigentlich nur eine bestimmte Atomart. Stell dir das wie die Idee oder den Bauplan für einen bestimmten Legostein vor (z. B. „der rote 4er-Stein“). Wenn Chemiker von dem Element Sauerstoff sprechen, meinen sie einfach nur die Atomart Sauerstoff, egal wo sie gerade verbaut ist.

Der Elementarstoff (Der greifbare Stoff)

Ein Elementarstoff ist ein echter Stoff, den du sehen, anfassen oder riechen kannst. Das Besondere daran: Er besteht ausschließlich aus identischen Teilchen dieser einen speziellen Atomart.

Ein gutes Beispiel ist das Sauerstoffgas, das wir einatmen. Es ist ein Elementarstoff. Wenn wir es unter einem extrem starken Mikroskop betrachten würden, sähen wir, dass es nur aus identischen Teilchen besteht (in diesem Fall aus Sauerstoff-Molekülen, $\text{O}_2$). Es sind keine anderen Atomarten wie Kohlenstoff oder Eisen darin versteckt. Meistens trägt der Elementarstoff denselben Namen wie das Element selbst.

Aufgabentyp 2: Die Atomebene und der Aufbau des Periodensystems

Früher haben Wissenschaftler wie Mendelejew die Elemente noch nach dem Aussehen und Verhalten der Elementarstoffe sortiert. Heute wissen wir viel mehr über den Atombau. Deshalb ist das moderne Periodensystem der Elemente (PSE) nach dem Inneren der Atome sortiert.

Jedes Element hat seinen festen Platz. Die Reihenfolge wird durch die Ordnungszahl bestimmt. Diese Zahl ist wie die Ausweisnummer eines Atoms und verrät uns zwei extrem wichtige Dinge:

1. Sie gibt die Anzahl der Protonen im Atomkern an.
2. Da ein normales Atom elektrisch neutral ist, entspricht sie auch genau der Anzahl der Elektronen in der Atomhülle.

Wenn wir uns das Periodensystem auf der Atomebene (also der Ebene der einzelnen Bausteine) ansehen, finden wir in jedem Kästchen wichtige Informationen:

• Oben: Die Ordnungszahl (hier: $\textcolor{#08BFFF}{6}$). Das bedeutet, dieses Atom hat $\textcolor{#08BFFF}{6}$ Protonen und $\textcolor{#08BFFF}{6}$ Elektronen.
• Mitte: Das chemische Symbol (hier: $\text{C}$ für Kohlenstoff).
• Unten: Die mittlere Atommasse (hier: $12.01$). Sie gibt an, wie schwer dieses Atom im Durchschnitt ist.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Finde das Element im Periodensystem: Suche das Kästchen mit dem passenden Namen oder Symbol.
2. Lies die Ordnungszahl ab: Die Zahl, die meist oben im Kästchen steht, ist die Ordnungszahl. Merke dir die Regel: $\text{Ordnungszahl} = \text{Protonen} = \text{Elektronen}$.
3. Lies die mittlere Atommasse ab: Die Kommazahl, die meist unten im Kästchen steht, ist die mittlere Atommasse.

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Ein Element ist eine bestimmte Atomart (der Bauplan).
• Ein Elementarstoff ist ein greifbarer Stoff, der nur aus identischen Teilchen dieser einen Atomart besteht.
• Die Elemente im Periodensystem sind nach ihrer Ordnungszahl sortiert.
• Es gilt immer: $\textcolor{#08BFFF}{\text{Ordnungszahl}} = \textcolor{#08BFFF}{\text{Anzahl der Protonen}} = \textcolor{#08BFFF}{\text{Anzahl der Elektronen}}$.
• Das Periodensystem zeigt für jedes Element die Ordnungszahl und die mittlere Atommasse an.