Die Ordnungszahl gibt die Gesamtzahl der Protonen im Kern eines bestimmten Atoms an. Es wird durch den Buchstaben Z dargestellt und als Index links vom Elementsymbol platziert.
Atome bestehen aus einem Kern (bestehend aus Protonen und Neutronen) und einer Hülle aus Elektronen. Protonen sind positiv geladen, Neutronen sind elektrisch neutral. Daher ist der Atomkern immer positiv geladen. Andererseits haben Elektronen eine negative Ladung.
Ein Atom ist in seinem natürlichen Zustand neutral und hat die gleiche Anzahl an Elektronen und Protonen.
Die Suche nach neuen Artikeln erfolgt normalerweise nach diesem Konzept. Die Synthese neuer Elemente erfolgt durch den Beschuss schwerer Elementatome mit Ionen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Summe der Ordnungszahlen der Elemente und der Ionen gleich der Ordnungszahl des entstehenden Elements ist.
Im Allgemeinen verkürzt sich die Halbwertszeit eines Atoms mit zunehmender Protonenzahl.
Bedeutung der Ordnungszahl im Periodensystem
Die Position der chemischen Elemente im Periodensystem hängt von der Ordnungszahl ab.
Das Periodensystem ist in horizontale Zeilen, sogenannte Perioden, und vertikale Spalten, sogenannte Gruppen, unterteilt. Darin sind die Elemente in der Reihenfolge der zunehmenden Anzahl von Protonen im Atomkern angeordnet.
Das bedeutet, dass sich die Ordnungszahl der Elemente um eine Einheit erhöht, wenn man in einer Periode von links nach rechts geht. Beispielsweise hat Lithium in Periode 2 die Ordnungszahl 3, Beryllium die Ordnungszahl 4 und Kohlenstoff die Ordnungszahl 6.
Die Anordnung der Elemente im Periodensystem basierend auf ihrer Ordnungszahl ermöglicht es auch, periodische Trends in den physikalischen und chemischen Eigenschaften zu erkennen. Wenn man sich in einer Gruppe von oben nach unten bewegt, neigen Elemente dazu, eine allmähliche Zunahme ihrer Atomgröße und ihres Ionenradius sowie eine Abnahme ihrer Elektronegativität zu zeigen.
Beispiele für Ordnungszahlen
Hier ist eine Tabelle mit einigen Beispielen für Ordnungszahlen:
|
Element |
Ordnungszahl |
|
Wasserstoff |
1 |
|
Kohlenstoff |
6 |
|
Sauerstoff |
8 |
|
Aluminium |
13 |
|
Chlor |
17 |
|
Kalium |
19 |
|
Eisen |
26 |
|
Kupfer |
29 |
|
Schwefel |
16 |
|
Natrium |
elf |
|
Gold |
79 |
Isotope und Differenz zur Massenzahl
Isotope sind chemische Elemente, die die gleiche Anzahl an Protonen (Z), aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen (N) haben. Die chemischen Eigenschaften von Isotopen sind teilweise sehr unterschiedlich.
Die Massenzahl (A) eines Atoms ist die Summe aus der Ordnungszahl (Z) und der Anzahl der Neutronen (N).
Wofür wird die Ordnungszahl verwendet?
Die Ordnungszahl hat verschiedene Anwendungen in Wissenschaft und Technik.
Als nächstes diskutieren wir einige Eigenschaften von Atomen im Zusammenhang mit der Ordnungszahl und wie sie in der Physik und Chemie verwendet werden:
Zusammenhang mit chemischen Eigenschaften
Da die Anzahl der Protonen im Atomkern zunimmt, beeinflusst sie die Art und Weise, wie Atome mit anderen Elementen und Verbindungen interagieren.
Beispielsweise haben Elemente der ersten Gruppe des Periodensystems, wie Wasserstoff und Lithium, nur ein Elektron in ihrer Außenhülle, wodurch sie sehr reaktiv sind und zur Bildung ionischer Verbindungen neigen.
Elektronische Konfiguration
Die Ordnungszahl ist auch wichtig, um die elektronische Konfiguration eines Atoms zu bestimmen, also die Verteilung der Elektronen in seinen verschiedenen Energieniveaus und Unterniveaus.
Wenn die Anzahl der Protonen zunimmt, werden Elektronen auf höheren Energieniveaus und Unterniveaus hinzugefügt. Diese Ansammlung von Elektronen erzeugt periodische Muster und Trends in den atomaren und molekularen Eigenschaften.
Isotopenidentifizierung
Die Ordnungszahl ermöglicht es uns auch, verschiedene Isotope desselben Elements zu identifizieren, die unterschiedliche Atommassen haben. Isotope sind Atome desselben Elements, die die gleiche Anzahl an Protonen haben, sich aber in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheiden.
Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 sind beispielsweise Kohlenstoffisotope. Obwohl die Anzahl der Neutronen variieren kann, beträgt die Ordnungszahl von Kohlenstoff immer 6, was ihn von anderen Elementen unterscheidet.
radiometrische Datierung
Die radiometrische Datierung ist eine Technik, die in der Geologie und Archäologie verwendet wird, um das Alter von Proben anhand des Zerfalls radioaktiver Isotope zu bestimmen.
Durch die Kenntnis der Ordnungszahl eines Elements kann das entsprechende radioaktive Isotop identifiziert werden. Anschließend kann durch Messung des Verhältnisses zwischen dem radioaktiven Isotop und seinen Zerfallsprodukten das Alter der Probe berechnet werden.
Wissenschaftliche Forschung und Entwicklung
Die Kenntnis der Ordnungszahl ist in der wissenschaftlichen Forschung von wesentlicher Bedeutung, insbesondere in Bereichen wie der Teilchenphysik, der Kernchemie und der Synthese neuer Materialien.
Durch das Verständnis der Ordnungszahl von Elementen können Wissenschaftler die Eigenschaften und Verhaltensweisen von Atomen und Molekülen untersuchen und manipulieren, um neue Materialien mit spezifischen Eigenschaften zu schaffen.
Historische Entwicklung der Ordnungszahl
Die Ordnungszahl war zunächst die Position, in der ein chemisches Element verblieb, wenn es entsprechend seiner Atommasse in aufsteigender Reihenfolge angeordnet wurde.
Im Jahr 1913 entdeckte Johannes H. van den Broek, dass die Anzahl der Elementarladungen im Atomkern gleich der Ordnungszahl ist. Später nutzte Niels Bohr diese Entdeckung, um seine Quantentheorie über die Struktur von Atomen und den Ursprung von Spektren zu entwickeln, die er im bekannten Bohr-Atommodell widerspiegelte.