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Ordnungszahl und Kernladungszahl

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André Otto
Ordnungszahl und Kernladungszahl
lernst du in der Unterstufe 3. Klasse - 4. Klasse

Beschreibung Ordnungszahl und Kernladungszahl

Inhalt

Ordnungszahl und Kernladungszahl in der Chemie

Mendelejew und Meyer entwickelten unabhängig voneinander die ersten Ordnungssysteme der Elemente, die Grundlagen für unser heutiges Periodensystem der Elemente. Damals ordneten sie die Elemente nach steigender Atommasse. Im heutigen Periodensystem sind die Elemente nach ihrer Ordnungszahl geordnet. Welchen Zusammenhang es zwischen Atommasse und Ordnungszahl gibt und was die Kernladungszahl aussagt, erfährst du im folgenden Text.

Die Ordnungszahl

Beginnen wir mit der Bedeutung der Ordnungszahl in der Chemie. Jedes Element hat eine bestimmte Ordnungszahl oder anders ausgedrückt: Jede Ordnungszahl steht für ein einziges Element. Hier ein paar Beispiele:
Das chemische Element Wasserstoff ($\ce{H}$) hat die Ordnungszahl 1. Als Nächstes folgt das chemische Element Helium ($\ce{He}$) mit der Ordnungszahl 2. Danach folgt Lithium ($\ce{Li}$) mit der Ordnungszahl 3 und so weiter.

Merke: Die Ordnungszahl definiert die Position eines Elements im Periodensystem der Elemente.

Doch warum sind die Elemente genau in dieser Reihenfolge angeordnet? Es sind die Eigenschaften der Elemente, die die Wissenschaftler zu dieser Anordnung veranlasste. Eng verknüpft damit ist die Elektronenkonfiguration eines Elements.

Werfen wir dazu noch einmal einen Blick auf das Periodensystem der Elemente:
An den senkrecht angeordneten Hauptgruppen können wir die Anzahl der Valenzelektronen eines Elements ablesen, die Periode (horizontal) gibt die Anzahl der Elektronenschalen an. Nach den Regeln der Besetzung von Elektronenschalen können wir uns ausrechnen, wie viele Elektronen ein Atom eines bestimmten Elements hat. Betrachten wir als Beispiel Kohlenstoff:
Kohlenstoff steht in der IV. Hauptgruppe und der 2. Periode. Es hat also zwei Elektronenschalen, wobei die äußere vier Valenzelektronen hat, während die erste Elektronenschale mit zwei Elektronen voll besetzt ist. Somit ergeben sich für das Atom Kohlenstoff insgesamt sechs Elektronen. Das entspricht der Ordnungszahl! Eine weitere Regel zum Aufbau von Atomen besagt, dass die Anzahl der Elektronen gleich der Anzahl der Protonen ist. Das Atom Kohlenstoff hat also auch sechs Protonen.

Merke: Die Ordnungszahl eines Elements entspricht der Anzahl der Elektronen sowie der Anzahl der Protonen in den Atomen des Elements.

Die Kernladungszahl

Und wie erklärt sich nun der Zusammenhang zwischen Ordnungszahl und Kernladungszahl? Eine Antwort liefert die Definition: Die Kernladungszahl eines Elements gibt die Anzahl der im Atomkern enthaltenen Protonen an und wird auch Protonenzahl genannt.
Mit unserem bisherigen Wissen können wir die Aussage treffen, dass die Kernladungszahl gleichbedeutend mit der Ordnungszahl ist.
Dazu ein paar Beispiele:

  • Wasserstoff $\ce{H}$ mit der Ordnungszahl 1 hat ein Proton und die Kernladungszahl 1.
  • Kohlenstoff $\ce{C}$ mit der Ordnungszahl 6 hat sechs Protonen und die Kernladungszahl 6.
  • Calcium $\ce{Ca}$ mit der Ordnungszahl 20 hat 20 Protonen und die Kernladungszahl 20.

In der unten stehenden Abbildung siehst du den Eintrag eines Elements im Periodensystem am Beispiel des Kohlenstoffs. Die Ordnungszahl bzw. Kernladungszahl findest du oben links. In der rechten oberen Ecke siehst du die Atommasse.

Periodensystem Kernladungszahl Ordnungszahl richtig ablesen

Zusammenhang zwischen Kernladungszahl und Atommasse

Und was sagt uns nun die Atommasse? Diese hängt wesentlich von der Masse des Atomkerns ab. Die Masse der Elektronenhülle mit ihren Elektronen ist verschwindend gering. Im Atomkern gibt es die bereits genannten Protonen sowie die Neutronen. Im Idealfall ist ihre Anzahl identisch und entspricht jeweils der Ordnungszahl. Für das Beispiel Kohlenstoff bedeutet das: Im Kern befinden sich sechs Protonen und sechs Neutronen. Beide Elementarteilchen, Proton und Neutron, besitzen eine vergleichbare Masse. So ergibt sich für Kohlenstoff die Atommasse von $\pu{12 u}$. Bezogen auf die Ordnungszahl ist der Wert für die Atommasse doppelt so groß. Dies ist der Regelfall, Ausnahmen bilden das Element Wasserstoff und sogenannte Isotope. Diese unterscheiden sich in der Anzahl ihrer Neutronen.

Zusammenfassung zum Thema Ordnungszahl und Kernladungszahl

Fassen wir noch einmal alle wichtigen Aussagen zusammen:

  • Die Ordnungszahl bestimmt das chemische Element eindeutig.
  • Die Ordnungszahl entspricht der Protonenzahl.
  • Die Ordnungszahl entspricht der Elektronenzahl.
  • Die Ordnungszahl entspricht der Kernladungszahl.

Das Video zu dem Thema Ordnungszahl und Kernladungszahl erklärt dir Schritt für Schritt die Bedeutung von Ordnungszahl und Kernladungszahl in der Chemie. Was sagt die Ordnungszahl aus? Was ist die Kernladungszahl? Diese Fragen kannst du dir nun selbst beantworten. Anschließend kannst du dein Wissen über Ordnungszahlen und Kernladungszahlen in interaktiven Übungen testen. Ein Arbeitsblatt steht dir auch zur Verfügung.

Transkript Ordnungszahl und Kernladungszahl

Hallo liebe Freundinnen und Freunde der Chemie! Es ist schön, dass ihr mich weiter auf meiner Reise durch das Periodensystem der Elemente begleitet. Das ist bereits der 13. Teil. In diesem Teil geht es um Ordnungszahlen und Kernladungszahlen. Einen kleinen Teil des Periodensystems habe ich bereits oben abgebildet. Um vielleicht etwas warm zu werden, sollten wir die Namen der chemischen Elemente üben. Wasserstoff, Helium, Lithium, Beryllium, Bor, Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Fluor, Neon, Natrium, Magnesium, Aluminium, Silizium, Phosphor, Schwefel, Chlor, Argon. Welche chemischen Elemente kommen danach? Calcium. "Das stimmt nicht, das stimmt nicht". Oh, danke für den Hinweis liebe Elemente! Natürlich kommt nach dem Argon das chemische Element Kalium und dann erst Calcium. Aber unser kleines Periodensystem, die ersten Elemente, habe ich nun angeordnet. Wir haben bereits in den ersten Videos gelernt, dass das Hauptanliegen von Mendelejew und Meyer darin bestand, eine gewisse Ordnung in das Durcheinander der bekannten chemischen Elemente zu bringen. In den modernen Fassungen eines Periodensystems besitzt jedes chemische Element eine sogenannte Ordnungszahl. Mit diesen Ordnungszahlen wollen wir uns hier im 1. Teil des Videos beschäftigen. Wir beginnen mit dem chemischen Element Wasserstoff. Wasserstoff hat die Ordnungszahl 1. Als nächstes nehmen wir das chemische Element Helium. Helium hat die Ordnungszahl 2. Danach folgt Lithium. Lithium hat die Ordnungszahl 3. Als nächstes nehmen wir Beryllium. Beryllium hat die Ordnungszahl 4. Dann kommt das chemische Element Bor. Bor hat die Ordnungszahl 5. Es folgt das chemische Element Kohlenstoff. Kohlenstoff hat die Ordnungszahl 6. Das heißt, man muss nur richtig zählen können. Wir wollen jetzt dieses Zählen einmal üben, ich zeige euch das Element und ihr nennt mir dazu die Ordnungszahl. Das chemische Element Sauerstoff. Wir zählen 1,2,3,4,5,6,7, die Ordnungszahl des Elements Sauerstoff ist 8. Wir nehmen das chemische Element Natrium. Wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10, die Ordnungszahl des chemischen Elements Natrium ist 11. Als nächstes nehmen wir das chemische Element Phosphor, wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14, die Ordnungszahl des chemischen Elements Phosphor ist 15. Wir nehmen das chemische Element Kalium, wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18, die Ordnungszahl des chemischen Elements Kalium ist 19. Wir nehmen das chemische Element Stickstoff, wir zählen 1,2,3,4,5,6, die Ordnungszahl des chemischen Elements Stickstoff ist 7. Wir nehmen das chemische Element Neon, wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9, die Ordnungszahl des chemischen Elements Neon ist 10. Wir wollen nun einmal versuchen, die Ordnungszahl eines Elements mit seinen elektronischen Eigenschaften in Verbindung zu setzen. Wir nehmen das chemische Element Aluminium. Links habe ich die Perioden von 1 bis 4 bezeichnet. Im Video 10 haben wir gelernt, dass die Zahl der Perioden gleich der Zahl der besetzten Schalen ist. Periode 1, dort stehen 2 Elemente. Deswegen besitzt Aluminium auf der unteren Schale 2 Elektronen. Periode 2, dort haben wir 8 chemische Elemente von Lithium bis Neon. Daher besitzt ein Aluminiumatom auf der 2. Schale 8 Elektronen. 3. Schale, hier haben wir Natrium, Magnesium und schließlich Aluminium. Wir zählen also in der 3. Schale 3 Elektronen für ein Atom des Elementes Aluminium. Zählen wir einmal zusammen. Ein Aluminiumatom hat auf der untersten Schale 2 Elektronen. Auf der Schale darüber hat es 8 Elektronen. Und schließlich auf der Schale darüber, der 3. Schale, finden wir noch einmal 3 Elektronen. Das sollte uns nicht schwerfallen, zu summieren. 2+8+3=13. Ein Aluminiumatom hat 13 Elektronen. Welche Ordnungszahl hat das chemische Element Aluminium? Wir haben ja schon geübt, wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12. Aha, das chemische Element Aluminium hat die Ordnungszahl 13, und das ist schon wirklich eine Erkenntnis, also gilt für ein chemisches Element: Ordnungszahl=Elektronenzahl. Ein Atom besitzt nicht nur eine Elektronenhülle, auf der sich Elektronen bewegen, es hat auch einen Atomkern. Den habe ich hier mit roter Farbe eingezeichnet. Und da man auf dem klitzekleinen Bild wenig sieht, werde ich ihn etwas vergrößern, ich denke das reicht. Der Kern eines Atoms besitzt 2 Teilchensorten, uns interessiert vor allem die 1. Sorte, die Protonen, das sind positiv geladene Teilchen. Davon hat ein Atom genau so viel, wie es Elektronen hat, denn ein Atom hat keine elektrische Ladung nach außen. Außerdem sind noch Neutronen vorhanden, die sollen uns heute aber nicht interessieren. Damit haben wir eine weitere wichtige Erkenntnis gewonnen, sie lautet: Ordnungszahl=Protonenzahl in dem Atom eines chemischen Elementes. Die Protonen sind die Teilchen, die die Ladung des Kerns ausmachen, deswegen sagt man häufig anstelle von Protonenzahl Kernladungszahl. Und die letzte Gleichung solltet ihr euch unbedingt merken, Ordnungszahl=Kernladungszahl in dem Atom eines chemischen Elementes. Zum besseren Merken kann man die Ordnungszahl auch mit OZ und die Kernladungszahl mit KZ abkürzen. Ganz wichtig zu merken ist, dass die Ordnungszahl genau das chemische Element bestimmt. Und jedes chemische Element hat genau nur eine einzige Ordnungszahl und natürlich auch Kernladungszahl. Das heißt, wir können hier aus der Mathematik den Äquivalenzdoppelpfeil verwenden. Ordnungszahl bestimmt chemisches Element und das chemische Element bestimmt eindeutig die Ordnungszahl. Wir merken uns: Die Ordnungszahl bestimmt das chemische Element. Und nun wollen wir etwas üben. Wir gehen so vor, ich nenne euch die Ordnungszahl und ihr nennt mir das chemische Element. 2. Wir zählen ganz normal. Richtig. Das chemische Element Helium. 9, wir zählen wieder 1,2,3,4,5,6,7,8, richtig, das chemische Element Fluor. Und weiter, 16. Wir zählen wieder 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15, richtig, das chemische Element Schwefel. 12, wir zählen wieder, 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11, richtig, das chemische Element Magnesium. Wir machen weiter, 20. Wir zählen 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19, richtig, das chemische Element Calcium. Eine ganz wichtige Sache muss ich euch allerdings sagen. So wie wir die Ordnungszahlen und Kernladungszahlen gezählt haben, kann man nur verfahren, wenn man die ersten 20 Elemente benutzt. Bei meinem Periodensystem, das nur Hauptgruppen enthält, geht es dann so nicht weiter, bei dem Großen natürlich ja. Also bei meinem Periodensystem, was ich noch verwenden werde, nicht einfach nach Calcium weiterzählen, bei Calcium ist Ende. Aber ich denke, wenn ihr von Wasserstoff bis Calcium Bescheid wisst, die Symbole kennt, über die Ordnungszahlen, Kernladungszahlen und Elektronenzahlen Bescheid wisst, dann wisst ihr mehr, als in der Schule von euch jemals gefordert wird. Ich wünsche allen alles Gute und viel Erfolg, tschüss!

6 Kommentare

6 Kommentare
  1. @Njal, es stimmt, dass man mit dieser Formel die maximale Anzahl der Elektronen auf einer Schale berechnet. Jedoch muss man bei der Elektronenverteilung aufpassen. Die Schalen werden nicht von innen nach außen vollständig aufgefüllt.
    Ein Beispiel:
    Auf die 3. oder M-Schale passen maximal 18 Elektronen. Calcium besitzt, obwohl es in der 4. Periode steht, nur 8 Elektronen in der M-Schale und 2 Elektronen auf der N-Schale (4. Schale). Daher hat es auch ähnliche Eigenschaften, wie die anderen Erdalkalimetalle.

    Von Karsten S., vor fast 3 Jahren
  2. Übrigens, die Elektronenanzahl ist nicht von der Anzahl Elementen per Periode abhängig, sondern in der z.b. 4. Periode hat ein element 4 aussenschalen. Für jede Aussenschale rechnet man 2 mal die Nummer der Schale im Quadrat, dann erhält man die maximale Elektronenanzahl der schale. In der Aussenschale (z.b. bei Ca die 4. Schale) "ist" die Anzahl Elektronen = der Hauptgruppe(z.b. 2). In den inneren Schalen "sind" jeweils die maximale Elektronenanzahl. Dann adiert mann alles und mann erhält die Elektronenanzahl.

    Von Njal, vor fast 3 Jahren
  3. gut

    Von Abiabini, vor mehr als 4 Jahren
  4. lol

    Von Abiabini, vor mehr als 4 Jahren
  5. Es geht hier nicht allein um Ordnungszahlen. Auch ein Bezug zum PSE und den Elementen soll hergestellt werden. Außerdem sollen die Begriffe Kernladungszahl usw. verinnerlicht werden. Das Video ist fast zwei Jahre alt. Ich habe inzwischen Videos unterschiedlichen Anspruchs produziert. Bei den Chemievideos für Mediziner ist das Niveau höher.

    Alles Gute

    André

    Von André Otto, vor mehr als 9 Jahren
Mehr Kommentare

Ordnungszahl und Kernladungszahl Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Ordnungszahl und Kernladungszahl kannst du es wiederholen und üben.
  • Bestimme die Ordnungszahlen der Elemente.

    Tipps

    Wasserstoff heißt im lateinischen Hydrogenium, was so viel heißt wie Wassererzeuger.

    Zähle die Elemente im Periodensystem.

    Lösung

    Die Elemente im PSE sind nach aufsteigender Ordnungszahl angeordnet. Man zählt in einer Periode von links nach rechts und geht dann in die darunterliegende Periode und zählt weiter. Man beginnt mit dem Zählen beim Wasserstoff.

    Damit hat Wasserstoff die Ordnungszahl 1. Das nächste Element in der ersten Periode ist Helium. Somit erhält Helium die Ordnungszahl 2. Nun wird in der zweiten Periode weiter gezählt. Du kannst also durch Abzählen der Elemente deren Ordnungszahl bestimmen.

  • Definiere den Zusammenhang zwischen Ordnungszahl und Kernladungszahl in einem Atom eines Elementes.

    Tipps

    Überlege, was die Kernladungszahl angibt.

    Die Protonen im Atomkern entsprechen der Anzahl der Elektronen in der Atomhülle.

    Lösung

    Die Periode, in dem sich ein Element befindet, entspricht der Anzahl der von Elektronen besetzten Schalen des Elementes. Auf diesen Schalen befinden sich so viele Elektronen, wie die Ordnungszahl angibt, Ordnungszahl = Elektronenzahl. Ein Element besteht aber nicht nur aus den Hüllen, sondern auch aus einem Atomkern. In diesem befinden sich die Neutronen und die Protonen. Die Protonen haben dieselbe Anzahl wie die Elektronen in den Hüllen, weil ein Atom keine Ladung besitzt. Die Protonen bestimmen jedoch die Ladung des Atomkerns, man spricht deshalb auch von der Kernladungszahl. Schlussendlich ist wichtig zu wissen: Ordnungszahl = Kernladungszahl.

  • Bestimme das Element, welches zur entsprechenden Ordnungszahl gehört.

    Tipps

    Zähle von links nach rechts.

    Beginne mit dem Zählen bei Wasserstoff.

    Lösung

    Hat man die Ordnungszahl oder die Kernladungszahl eines Elementes gegeben, so kann man mithilfe des PSE sehr leicht herausfinden, welches Element sich dahinter verbirgt und an welcher Stelle des PSE es sich befindet. Hierzu wird einfach abgezählt. Hat man z.B. die Ordnungszahl 8 gegeben, dann sucht man sich das Element, welches an der achten Stelle des Periodensystems steht. In diesem Fall wäre es Sauerstoff.

  • Ermittle den Atomaufbau der folgenden Elemente mithilfe der Ordnungszahl.

    Tipps

    Die Elektronenzahl entspricht der Ordnungszahl.

    Zähle die Elektronen auf den Schalen.

    Lösung

    Mithilfe der Schalen kann man eine sehr gute Übersicht über die Elektronen in einem Element erstellen. Die Anzahl der besetzten Hüllen entspricht dabei der Periode, in der sich das Element befindet. Hat man z.B. das Element Silicium, dann schaut man zunächst an welcher Stelle es im PSE steht, also welche Ordnungszahl es hat. Es besitzt die OZ 14. Das heißt, dass das Element Silicium 14 Elektronen in der Atomhülle hat. Es steht in der dritten Periode, also besitzt es drei besetzte Schalen. Auf der ersten Schale sind zwei, auf der zweiten acht und auf der dritten vier Elektronen.

  • Benenne die chemischen Elemente.

    Tipps

    Das Elementsymbol für Sauerstoff kommt aus dem Lateinischen, welches dort als Oxygenium bezeichnet wird.

    Bei den meisten Elementen besteht das Zeichen im PSE aus dem Anfangsbuchstaben.

    Lösung

    Das Periodensystem der Elemente (PSE) ist eine Übersicht über alle chemischen Elemente, welche nach steigender Ordnungszahl und Haupt-und Nebengruppen eingeteilt sind. Das System wurde fast zeitgleich vom russischen Chemiker Dmitri Mendelejew und vom deutschen Chemiker Lothar Meyer erstellt.

    Die meisten Zeichen im Periodensystem beginnen mit den Anfangsbuchstaben des chemischen Elements, aber es gibt einige Ausnahmen wie z.B. Sauerstoff, Stickstoff oder auch Blei. Da hilft nur üben, üben, üben.

  • Entscheide, zu welchem Element das Schalenmodell gehört.

    Tipps

    Zähle die besetzten Hüllen.

    Zähle die Außenelektronen.

    Lösung

    Hat man das Schalenmodell eines Elements gegeben, kann man daraus viele Eigenschaften ablesen. In diesem Fall hat das Modell drei besetzte Hüllen, das heißt, dass das Element in der dritten Periode im PSE steht. Es kann sich als nur um Natrium, Magnesium, Aluminium, Silicium, Phosphor, Schwefel, Chlor oder Argon handeln. Um herauszufinden, welches es genau ist, zählt man die Elektronen auf der Außenhülle. Es sind 6 Außenelektronen, d.h. das Element steht in der 6. Hauptgruppe. Es kann also nur Schwefel sein. Man kann natürlich auch die Gesamtheit aller Elektronen zählen und dann die entsprechende Ordnungszahl im PSE suchen.

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