Die Ordnungszahl Z oder Atomnummer eines chemischen Elements ist definiert als Anzahl der Protonen seines Atomkerns [1]. In der Symbolschreibweise wird die Ordnungszahl Z dem Elementsymbol E als Index vorangestellt: ZE.
Neben dieser eindeutigen Definition enthält die Ordnungszahl eine Reihe weiterer Informationen:
* Die Ordnungszahl entspricht der Ladungszahl (Kernladungszahl) des Atomkerns, da die Protonen Träger einer positiven Ladung sind.
* In einem ungeladenen Atomkern werden die positiven Ladungen des Kerns durch die negativen Ladungen der Elektronen ausgeglichen; damit ist die Ordnungszahl gleich der Zahl der Elektronen in einem ungeladenen Atom.
* Die Ordnungszahl Z steht über die Gleichung A = Z + N in Beziehung zur Gesamtzahl der Nukleonen A (Massenzahl) und der Zahl N der Neutronen im Atomkern.
* Die Ordnungszahl bestimmt ein chemisches Element zweifelsfrei. Bei ungleichen Massenzahlen und/oder ungleichen Nukleonenzahlen aber gleicher Ordnungszahl zweier Atomkerne handelt es sich um verschiedene Nuklide bzw. Isotope des gleichen Elements.
* Die Ordnungszahl bestimmt die Position und die Reihenfolge der chemischen Elemente im Periodensystem.
Übersicht: Elementsymbole und Ordnungszahlen
H 1 | He 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||
Li 3 | Be 4 | B 5 | C 6 | N 7 | O 8 | F 9 | Ne 10 | ||||||||||||||||||||||||
Na 11 | Mg 12 | Al 13 | Si 14 | P 15 | S 16 | Cl 17 | Ar 18 | ||||||||||||||||||||||||
K 19 | Ca 20 | Sc 21 | Ti 22 | V 23 | Cr 24 | Mn 25 | Fe 26 | Co 27 | Ni 28 | Cu 29 | Zn 30 | Ga 31 | Ge 32 | As 33 | Se 34 | Br 35 | Kr 36 | ||||||||||||||
Rb 37 | Sr 38 | Y 39 | Zr 40 | Nb 41 | Mo 42 | Tc 43 | Ru 44 | Rh 45 | Pd 46 | Ag 47 | Cd 48 | In 49 | Sn 50 | Sb 51 | Te 52 | I 53 | Xe 54 | ||||||||||||||
Cs 55 | Ba 56 | La 57 | Ce 58 | Pr 59 | Nd 60 | Pm 61 | Sm 62 | Eu 63 | Gd 64 | Tb 65 | Dy 66 | Ho 67 | Er 68 | Tm 69 | Yb 70 | Lu 71 | Hf 72 | Ta 73 | W 74 | Re 75 | Os 76 | Ir 77 | Pt 78 | Au 79 | Hg 80 | Tl 81 | Pb 82 | Bi 83 | Po 84 | At 85 | Rn 86 |
Fr 87 | Ra 88 | Ac 89 | Th 90 | Pa 91 | U 92 | Np 93 | Pu 94 | Am 95 | Cm 96 | Bk 97 | Cf 98 | Es 99 | Fm 100 | Md 101 | No 102 | Lr 103 | Rf 104 | Db 105 | Sg 106 | Bh 107 | Hs 108 | Mt 109 | Ds 110 | Rg 111 | Cn 112 | Nh 113 | Fl 114 | Mc 115 | Lv 116 | Ts 117 | Og 118 |
Quellen
[1] - Atomic number: Definition im IUPAC Gold Book, DOI 10.1351/goldbook.A00499.
Kategorie: Chemische Elemente
Aktualisiert am 08. März 2020.
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11.03.2019 | Forschung | Umwelt & Materie
Vor 150 Jahren, im März 1869, erfand Dmitri Mendelejew das Periodensystem der Elemente. Im Gespräch mit dem emeritierten Chemie-Professor Heinz Gäggeler hat «uniaktuell» allerhand Interessantes über die Elemente von 1 Wasserstoff bis 118 Oganesson erfahren.
Interview: Ivo Schmucki
Vor 150 Jahren wurde das Periodensystem erfunden. Wie ist diese Erfindung
einzuordnen und was hat sie damals ausgelöst?
Was waren die wichtigsten Meilensteine beim «Run» auf die neuen Elemente und auch bei den Entdeckungen danach?
Was muss man eigentlich tun, wenn man ein Element entdeckt hat?
Es gab immer wieder Diskussionen darüber, ob alle Elemente im Periodensystem richtig eingeordnet sind. Wie ist der Stand heute? Hat alles seinen richtigen Platz?
Oganesson ist das bisher letzte, das 118. Element im Periodensystem. In der Natur kommt nur ein Teil der
Elemente vor, der Rest kann nur künstlich erzeugt werden. Bedeutet das, dass die Entdeckung von Elementen unendlich weitergeht?
Nein, die Natur setzt hier Grenzen. 2011 hat der finnische physikalische Chemiker Pekka Pyykkö berechnet, dass das schwerste Element, das es überhaupt geben kann, die Atomzahl 172 hat. Was ist so speziell an dieser Zahl 172? Das hat genau mit diesen relativistischen Effekten zu tun, die ich angesprochen habe. Ab einer gewissen Ordnungszahl ist die Anziehung
des Atomkerns auf die Elektronen so gross, dass sie nicht mehr um den Kern zirkulieren, sondern hineingesogen werden. Dann hat man keine Elektronenhülle mehr. Und wenn man keine Elektronenhülle mehr hat, hat man auch kein Atom mehr. Und wenn man kein Atom mehr hat, hat man keine Chemie mehr. Das ist das Ende des Periodensystems. Dieser Punkt ist bei Ordnungszahl 172 erreicht – zumindest nach den Berechnungen von Pekka Pyykkö.
Wann wird das 119. Element entdeckt?
Darum
bemühen sich aktuell zwei Forschungsinstitute: RIKEN in Japan und das Vereinigte Institut für Kernforschung Dubna in Russland. Beide wollen allerdings versuchen, das Element 120 zu synthetisieren. Es ist einfacher, gerade Elemente zu synthetisieren als ungerade – dies hat kernphysikalische Gründe. Es wird aber spannend, weil die beiden Institute unterschiedliche Synthese-Reaktionen verwenden und man streitet sich darüber, welches die bessere ist. Man rechnet damit, dass sie zwei bis drei Jahre
Strahlzeit an einem Beschleuniger benötigen. Dies ist ein enormer Aufwand, aber es könnte mit einer neuen Namensgebung enden!
Auch Sie haben sich in Ihrer Forschung mit superschweren Elementen befasst. Lohnt sich der enorme Aufwand?
Auf diese Frage habe ich zwei Antworten. Einerseits eine akademische: Den Einfluss der relativistischen Effekte auf die Chemie kann man anhand der «exotischen» schweren Elemente am besten bestimmen, weil sie am
stärksten ausgeprägt sind. In viel kleinerem Masse treten diese Effekte aber natürlich auch bei leichteren Elementen auf. Dank der Forschung mit den schweren Elementen können dadurch Modelle der theoretischen Chemie verbessert werden. Diese Modelle kommen auch für die Berechnung von einfachen chemischen Molekülen zum Einsatz, beispielsweise in der Pharma-Industrie.
Die zweite Antwort betrifft die chemische Technologie, die man für diese Forschung benötigt. Ich habe in meiner Karriere hier in
Bern 45 Doktorandinnen und Doktoranden ausgebildet. Bei der Forschung kamen sie mit Kolleginnen und Kollegen aus den Ingenieurswissenschaften und der Physik zusammen und haben monatelang mit computerkontrollierten Verfahren Apparaturen betrieben, die in einem Umfeld funktionieren mussten, die wegen der radioaktiven Strahlung an Beschleunigern nicht zugänglich waren. Dadurch haben sie sich viele Kompetenzen im interdisziplinären Arbeiten und im Chemical Engineering angeeignet. Diese Skills haben
salopp ausgedrückt einen grossen «Marktwert». Sie sind in der chemischen Industrie sehr gefragt.
Wieviel hat die Universität Bern mit dem Periodensystem zu tun?
Bei der Entdeckung der Elemente hat die Schweiz leider nicht viel zu melden – obschon drei Elemente aus der Gruppe der seltenen Erden Ende des 19. Jahrhunderts von Genfer Forschern entdeckt wurden. In diesem Zusammenhang ist es auch interessant zu erwähnen, dass die Elemente ab Ordnungszahl 102 von Physikern
entdeckt wurden und nicht von Chemikern. Die Physik kann aber nicht sagen, welche Eigenschaften ein Element hat und wo es im Periodensystem einzuordnen ist. Hier war die Berner Gruppe, die ich gemeinsam mit dem Paul Scherrer Institut geleitet habe, in den letzten 20 Jahren führend. Wir haben die Elemente 106 Seaborgium, 107 Bohrium, 108 Hassium, 112 Copernicium und 114 Flerovium erstmals untersucht und konnten sie in die entsprechenden Gruppen zuordnen. Vier dieser fünf «first ever chemical
studies» konnten wir in Nature publizieren.
Heinz Gäggeler ist emeritierter Professor des Departements für Chemie und Biochemie der Universität Bern und war vor seiner Pensionierung auch Bereichsleiter am Paul Scherrer Institut PSI. Kontakt: ZUR PERSON
Das Periodensystem
der Elemente stellt alle chemischen Elemente dar. Die aufsteigende Ordnungszahl der Elemente entspricht ihrer Kernladung (Anzahl positiv geladener Protonen im Atomkern). Anhand der horizontalen und vertikalen Anordnung der Elemente im Periodensystem können verschiedene Informationen zu den Elementen abgelesen werden. Die horizontalen Zeilen (=Perioden) geben Auskunft über die steigende Anzahl mit Elektronen besetzter Elektronenschalen um den Atomkern der Elemente. Die innerste
Elektronenschale, die K-Schale, kann von maximal zwei Elektronen besetzt werden. Daher gibt es auch nur zwei Elemente (1 Wasserstoff und 2 Helium), die in der ersten Periode stehen. Chemische Elemente, die zwei besetzte Elektronenschalen haben, stehen in der zweiten Periode usw. Bis heute wurden 118 Elemente entdeckt oder erzeugt und beschrieben. In der Natur kommen
die Elemente der Ordnungszahlen 1 bis 92 vor, zudem auch in geringen Spuren das Element 94 Plutonium. 84 dieser Elemente sind primordial, also seit der Entstehung der Erde existent. Weitere acht Elemente wurden aus den natürlichen Zerfallsreihen der primordialen Elemente Thorium und Uran gebildet. Zwei relativ leichte Elemente sind radioaktiv: Technetium mit der Atomzahl 43 und Promethium mit der Atomzahl 61. Die Elemente der Ordnungszahlen 93 bis 118 wurden künstlich erzeugt, ausser den
erwähnten Spuren von Element 94 (Plutonium).DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE
Die vertikal angeordneten Haupt- und Nebengruppen fassen chemische Elemente zusammen, die ähnliche Eigenschaften haben.
Zum 150-jährigen Jubiläum des Periodensystems hat das Fachmagazin Nature ein interaktives Periodensystem lanciert. Darin sind interessante Forschungsarbeiten, Kommentare und Multimedia-Beiträge zu allen chemischen Elementen enthalten. Im Beitrag zu Gold findet sich auch eine Publikation von Dr. Ilya Pobelov vom Departement für Chemie und Biochemie der
Universität Bern.INTERAKTIVES PERIODENSYSTEM VON NATURE
Ivo Schmucki arbeitet als Redaktor bei Media Relations und Corporate Publishing in der Abteilung Kommunikation & Marketing an der Universität Bern. Er ist Themenverantwortlicher «Natur und Materie».ZUM AUTOR