Aufgaben: Das Periodensystem der Elemente

In einem Juweliergeschäft arbeitet man mit reinem Gold, und im Labor haben wir reines destilliertes Wasser. Dennoch ist Gold ein Element und Wasser eine Verbindung. Die Abbildung zeigt ihre Teilchenmodelle.

Erkläre mit eigenen Worten, worin der Unterschied zwischen einem Element und einer Verbindung besteht.

Schreibe das chemische Symbol dieser Elemente auf: Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff und Calcium.

Welches Element stellt jedes dieser Symbole dar? $\text{He}$, $\text{Li}$, $\text{Mg}$, $\text{P}$ und $\text{S}$.

Cobalt wird $\text{Co}$ geschrieben und Kohlenstoffmonoxid wird $\text{CO}$ geschrieben. Obwohl sie dieselben Buchstaben verwenden, ist das eine ein Element und das andere ein Verbindung. Erkläre die Regel zum Schreiben chemischer Symbole und warum man Groß- und Kleinschreibung beachten muss.

Pfannen, Stromkabel und Rohrleitungen bestehen oft aus Metallen wie Aluminium oder Kupfer. Nenne drei typische Eigenschaften von Metallen und stelle einen Zusammenhang zu diesen Verwendungen her.

Im Periodensystem sind die Elemente nicht zufällig angeordnet. Wie heißen die Spalten? Und die Zeilen? Was haben die Elemente gemeinsam, die in derselben Spalte stehen?

Helium, Neon und Argon bilden die Familie der Edelgase. Welche chemische Eigenschaft haben sie alle gemeinsam? Warum, glaubst du, nennt man sie „edel“?

Ordne diese Stoffe als Element oder Verbindung ein: $\text{O}_2$ (Sauerstoff der Luft), $\text{H}_2\text{O}$ (Wasser), $\text{Fe}$ (Eisen eines Nagels), $\text{NaCl}$ (Kochsalz) und $\text{CO}_2$ (Gas in Erfrischungsgetränken).

Kohlenstoff hat die Ordnungszahl $6$ und Sauerstoff hat die Ordnungszahl $8$. Die Abbildung zeigt das Modell eines Atoms.

1. a) Erkläre, was die Ordnungszahl ist.
2. b) Wie viele Protonen hat ein Kohlenstoffatom? Und ein Sauerstoffatom?
3. c) Wenn die Atome neutral sind, wie viele Elektronen hat jedes von ihnen?

Suche Magnesium ($\text{Mg}$) im Periodensystem. Die Abbildung zeigt, wie das Kästchen eines Elements aufgebaut ist.

1. a) Wie lautet seine Ordnungszahl?
2. b) In welcher Periode (Zeile) und in welcher Gruppe (Spalte) steht es?
3. c) Nenne ein weiteres Element derselben Gruppe und sage, was beide gemeinsam haben werden.

Einige Symbole ähneln nicht dem Namen des Elements: Eisen ist $\text{Fe}$, Gold $\text{Au}$, Silber $\text{Ag}$ und Natrium $\text{Na}$.

1. a) Aus welcher alten Sprache stammen diese Symbole?
2. b) Ordne jedem Symbol seinen ursprünglichen Namen zu: ferrum, aurum, argentum und natrium.

Bei Feuerwerken geben Lithiumsalze rote, Natriumsalze gelbe und Kaliumsalze lila Funken. Diese drei Elemente stehen in der ersten Spalte des Periodensystems. Die Abbildung zeigt die Spalte der Tabelle, in der sie stehen.

1. a) Wie heißt die Familie, zu der sie gehören?
2. b) Nenne eine Eigenschaft, die diese Metalle gemeinsam haben.

Das Chlor, das das Wasser in Schwimmbädern desinfiziert, und das Fluor in manchen Zahnpasten stehen in derselben Spalte der Tabelle, der Gruppe $17$.

1. a) Wie heißt diese Familie?
2. b) Nenne eine Eigenschaft, die ihre Elemente gemeinsam haben.

Ein Element A ist ein glänzender Feststoff, der den elektrischen Strom sehr gut leitet. Ein Element B ist ein gelbliches Gas, das ihn nicht leitet.

1. a) Welches von beiden ist ein Metall und welches ein Nichtmetall? Begründe.
2. b) Nenne für jeden der beiden Fälle ein mögliches Beispiel für ein Element und eine alltägliche Verwendung.

Solarmodule und Computerprozessoren enthalten Silicium.

1. a) Was ist ein Halbmetall?
2. b) Erkläre, warum Silicium mit seinem Verhalten zwischen Metallen und Nichtmetallen zur Herstellung von Chips geeignet ist.

Glucose hat die Formel $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ und Ozon hat die Formel $\text{O}_3$.

1. a) Welcher von beiden Stoffen ist ein Element und welcher eine Verbindung?
2. b) Begründe deine Antwort, indem du die Atomsorten zählst, aus denen jede Formel besteht.

Francium ($\text{Fr}$) steht in der ersten Spalte des Periodensystems unterhalb von Lithium, Natrium und Kalium. Ohne sonst etwas über Francium zu wissen, sage voraus:

1. a) Ist es ein Metall oder ein Nichtmetall?
2. b) Wird es leicht mit Wasser reagieren?
3. c) Ist es ein weiches oder ein hartes Metall?

Begründe jede Vorhersage mit der Position von Francium im Periodensystem.

Das Luftschiff Hindenburg wurde im Jahr $1937$ zum Fliegen mit Wasserstoff gefüllt und brannte in wenigen Sekunden nieder. Heute werden Wetterballons mit Helium gefüllt.

1. a) Zu welcher Familie des Periodensystems gehört Wasserstoff, zu den Edelgasen oder zu einer anderen? Und Helium?
2. b) Erkläre anhand der Familien des Periodensystems, warum Helium für diesen Zweck viel sicherer ist als Wasserstoff, auch wenn es teurer ist.

Ein unbekanntes Element ist ein farbloses Gas, das mit keinem anderen Stoff reagiert und in der letzten Spalte des Periodensystems steht.

1. a) Zu welcher Familie gehört es?
2. b) Nenne zwei Elemente, die es sein könnten.
3. c) Nenne eine Alltagsverwendung eines davon und stelle einen Zusammenhang zu seinen Eigenschaften her.

Wasser ist ein Reinstoff, genau wie Sauerstoff, und dennoch ist nur Sauerstoff ein Element.

Der Versuchsaufbau von Teilaufgabe b) ist der in der Abbildung.

1. a) Begründe, warum Wasser kein Element sein kann, indem du an die Atomsorten denkst, aus denen es besteht.
2. b) Wenn man elektrischen Strom durch Wasser leitet, wird es zersetzt. Welche zwei Elemente erhält man? Erkläre, was dieses Experiment über die Natur des Wassers zeigt.

Im Labor sprudelt es leicht, wenn man ein Stückchen Lithium in Wasser gibt; Natrium bewegt sich schnell auf der Wasseroberfläche, und Kalium erzeugt sogar Funken. Alle drei stehen in derselben Spalte der Tabelle, untereinander.

1. a) Welchem Muster folgt die Reaktionsfähigkeit dieser Metalle, wenn man in der Gruppe nach unten geht?
2. b) Rubidium steht unter Kalium. Sage voraus, was passiert, wenn man es in Wasser gibt, und begründe.

Ein Handy enthält Kupfer in den internen Kabeln, Lithium im Akku, Silicium im Prozessor und Kohlenstoff und Wasserstoff im Kunststoffgehäuse.

1. a) Ordne Kupfer, Lithium, Silicium und Kohlenstoff den Gruppen Metall, Nichtmetall oder Halbmetall zu.
2. b) Wähle zwei davon aus und begründe anhand ihrer Eigenschaften, warum sie in diesem Teil des Handys verwendet werden.

Neon leuchtet in Leuchtreklamen und Argon füllt das Innere vieler Glühlampen. Beide stehen in derselben Gruppe des Periodensystems. Außerdem wissen wir, dass die Elemente einer Gruppe dieselbe Anzahl an Elektronen in ihrer äußersten Schale haben. Die Abbildung zeigt ihre Atommodelle.

1. a) Welche Eigenschaft haben Neon und Argon gemeinsam, weil sie in derselben Gruppe stehen?
2. b) Nutze die Angabe zu den Elektronen der Außenschale, um zu erklären, warum die Elemente einer Gruppe so ähnliche Eigenschaften haben.

In der Periode $2$ des Periodensystems stehen in dieser Reihenfolge: $\text{Li}$, $\text{Be}$, $\text{B}$, $\text{C}$, $\text{N}$, $\text{O}$, $\text{F}$ und $\text{Ne}$.

1. a) Ordne diese acht Elemente den Metallen, Halbmetallen und Nichtmetallen zu.
2. b) Beschreibe den erkennbaren Trend: Wie verändert sich der Metallcharakter, wenn man in einer Zeile des Periodensystems von links nach rechts geht?