Ordnungszahl

Zusammensetzung des Atomkerns – Ordnungszahl und Massenzahl

Um die Begriffe Ordnungszahl und Massenzahl der Elemente zu verstehen, muss man die grundlegenden Informationen über Atome kennen.  Der Aufbau des Atoms wird manchmal auf das Aussehen eines Planetensystems zurückgeführt.  Im Zentrum befindet sich der positiv geladene Atomkern, in dem praktisch die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist.  Außerhalb des Kerns kreisen die negativ geladenen Elektronen. Sie werden durch elektrostatische Kräfte von ihm angezogen.  Die Elektronen, insbesondere die auf der äußersten Schale (Valenzschale), bestimmen viele Eigenschaften des Atoms.

Ordnungszahl – was sollte man darüber wissen?

• Ordnungszahl sowie Massenzahl charakterisieren die Zusammensetzung des Atomkerns.
• Als Ordnungszahl wird die Anzahl der positiven Elementarladungen im Atomkern bezeichnet. Sie wird mit dem Buchstaben Z bezeichnet und wird in der linken unteren Ecke des Buchstabensymbols des chemischen Elements angegeben.
• Auf ihrer Grundlage können wir die Zahl der Elektronen bestimmen, die um den Kern kreisen, da sie gleich der Zahl der positiven Protonen im Kern ist (das Atom ist elektrisch neutral). Wenn man diese Werte kennt, kann man bestimmen, mit welchem chemischen Element man es zu tun hat.
• Die Definition eines Elements besagt, dass ein chemisches Element eine Substanz ist, die Atome mit der gleichen Ordnungszahl enthält.

Isotope

Die Begriffe der Ordnungszahl und der Massenzahl chemischer Elemente bereiten oft Probleme. Trotz der klaren Definition eines jeden dieser Begriffe werden sie oft miteinander verwechselt.  Dies führt zum Beispiel zu einem Missverständnis bei anderen Themen, die die chemischen Elemente betreffen, wie dies beispielsweise bei Isotopen der Fall ist.  Man sollte nicht vergessen, dass sich Isotope durch ihre Massenzahl (der Anzahl der Nukleonen, d.h. der Summe der Neutronen und Protonen) voneinander unterscheiden und dass ihre Ordnungszahl eine Konstante ist.  

Per Definition sind Isotope Varianten eines bestimmten chemischen Elements, die sich untereinander in der Atommasse unterscheiden.  Diese Varianten haben also die gleiche Kernladung (identische Anzahl von Protonen) und die gleiche Anzahl von Elektronen, die um den Kern kreisen.  Ein deutlicher Unterschied zwischen den einzelnen Isotopen ist ihre Atommasse.  Dies ist auf die unterschiedliche Anzahl von Neutronen in den Kernen von Atomen desselben Elements zurückzuführen.  Die Atome der einzelnen Isotope werden als Nuklide bezeichnet.

Die Ordnungszahl und die Position eines chemischen Elements im Periodensystem

Der Wert der Ordnungszahl der chemischen Elemente ist eng mit ihrer Position im Periodensystem verbunden.  Die Elemente sind nach aufsteigender Ordnungszahl von links nach rechts in Perioden angeordnet.  Analysiert man die Position der einzelnen Elemente im System, so stellt man fest, dass sich in der ersten Periode Wasserstoff und Helium mit den Ordnungszahlen entsprechend 1 und 2 befinden.  In der zweiten Periode finden sich zwei Elemente der Gruppe 1 und 2, gefolgt von 13, 14, 15, 16, 17 und 18.  Diese Analogie beobachtet man auch in den folgenden Perioden des Periodensystems der chemischen Elemente.

Wie ist der kleinste Wert der Ordnungszahl und wie hoch ist der größte?

Wasserstoff hat die kleinste Ordnungszahl, nämlich 1.  Für Helium nimmt sie dann in Folge den Wert 2 an, für Lithium den Wert 3 und so weiter.

Das derzeit bekannte Element mit der höchsten Ordnungszahl ist Oganeson.  Seine Ordnungszahl ist 118.  Die ersten seiner Atome wurden im Jahr 2002 von einem Team unter der Leitung von Yuri Oganessian beobachtet.  Eine weitere Beobachtung stammt aus dem Jahr 2006, wurde aber von der Organisation IUPAC als nicht glaubwürdig eingestuft.  Dies geschah erst im Jahr 2015.

Elemente wie Oganeson sind Beispiele für superschwere Elemente.  Sie enthalten in ihrem Kern eine große Anzahl von Protonen (sie haben eine hohe Ordnungszahl).  Sie kommen in der Erdkruste nicht natürlich vor; sie können nur für kurze Zeit unter streng kontrollierten Bedingungen existieren.

Die Frage, ob noch schwerere Elemente hergestellt werden können und wo sie im Periodensystem der Elemente stehen könnten, beschäftigt die Wissenschaftler immer wieder.  Im Jahr 1969 wurde sogar vorgeschlagen, eine achte Periode im Periodensystem zu schaffen. Es könnte die Elemente mit den höchsten Ordnungszahlen im Bereich 119 – 168 enthalten,  von denen bisher jedoch keines synthetisiert worden ist.  Es gibt keine Informationen darüber, ob sie existieren könnten.

Superschwere Elemente werden durch den Beschuss schwerer nuklearer Targets mit viel leichteren, beschleunigten Ionen in speziell entwickelten Teilchenbeschleunigern gewonnen.  Sowohl Targets als auch Geschosse und Bombardierungsenergien müssen richtig gewählt werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.  Die Wahrscheinlichkeit, einen Kern mit einer neuen Zusammensetzung für den Bruchteil einer Sekunde zu erhalten, ist jedoch extrem gering.