Ordnungszahl in der Chemie – Definition, Bedeutung und Beispiele

Ein Atom ist folgendermaßen aufgebaut: Die positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen befinden sich im positiv geladenen Atomkern. In der Atomhülle umkreisen die negativ geladenen Elektronen auf festgelegten Bahnen den Kern. Die Ordnungszahl bzw. Kernladungszahl eines Atoms ist identisch mit der Anzahl der Protonen und Elektronen. Das Periodensystem der Elemente ist so aufgebaut, dass die Atome mit aufsteigender Masse nebeneinander, also in der gleichen Periode, stehen und die Elemente mit ähnlichen Eigenschaften untereinander angeordnet sind, also in der gleichen Gruppe stehen. Die Ordnungszahl ist damit die fortlaufende Nummer der Elemente im Periodensystem. Los geht es also mit der Kernladungszahl 1. Diese trägt das Element Wasserstoff (H). Die Ordnungszahl 2 gehört zu Helium, das Element mit der Ordnungszahl 3 ist Lithium. Möchte man also wissen, welches Element welche Ordnungszahl hat, kann man einfach im Periodensystem nachschauen. Welche Ordnungszahl hat das Element Gold? Wir suchen also im Periodensystem Gold (Au) und finden die Ordnungszahl 79. Umgekehrt funktioniert es genauso. Wenn wir uns fragen, welches Element die Ordnungszahl 48 hat, werden wir im Periodensystem fündig: Es ist Cadmium (Cd). Die Bedeutung der Zahlen im Periodensystem und in der Chemie sind in folgender Abbildung erläutert:

Es ist also nicht nur möglich, mithilfe der Informationen im Periodensystem die Ordnungszahl, hier am Beispiel von Kohlenstoff, abzulesen, sondern auch die Atommasse bzw. Massenzahl.

Neben der Ordnungszahl ist auch die Massenzahl eine wichtige Kenngröße eines Elements. Wie der Name bereits vermuten lässt, gibt die Massenzahl die Masse eines Atoms an. Die Masse eines Atoms befindet sich im Atomkern, wird also durch die Protonen und Neutronen bestimmt. Zieht man die Ordnungszahl von der Massenzahl ab, erhält man die Anzahl der Neutronen. Im günstigsten Fall ist ihre Anzahl identisch mit der Anzahl der Protonen. Es gibt aber auch andere Beispiele, wie du anhand von Platin sehen kannst. Die Kernladungszahl von Platin ist 78, so viele Protonen und Elektronen besitzt es. Die Massenzahl beträgt 195. 195 minus 78 ergibt 117, also verfügt Platin über 117 Neutronen im Kern. 

Die chemischen Eigenschaften eines Elements werden hauptsächlich durch die Elektronen bestimmt. Deshalb ist die Ordnungszahl eines bestimmten Elements immer gleich. Anders sieht es bei der Massenzahl und damit der Anzahl der Neutronen aus: Diese kann innerhalb eines Elements verschiedene Werte annehmen. Man spricht dann von Isotopen. Isotope sind Atome eines Elements mit gleicher Ordnungszahl, aber unterschiedlicher Massenzahl. Beispielsweise hat Wasserstoff die Protonenzahl 1 und auch die Massenzahl ist 1. Es gibt verschiedene Isotope des Wasserstoffs, die die Ordnungszahl 1 tragen, aber eine andere Massenzahl:

Auch vom Sauerstoff sind Isotope bekannt. Sauerstoff hat immer die Protonenzahl 8 und meistens die Massenzahl 16. Es gibt aber auch Sauerstoffisotope mit der Massenzahl 17 oder 18.

Die bisherigen Ausführungen gelten nur für Atome und Elemente in Reinform. Durch chemische Reaktionen verändert sich die Anzahl der Elektronen. Calcium zum Beispiel liegt in den meisten Verbindungen als zweifach positiv geladenes Ion Ca²⁺ vor. Es hat seine zwei Außenelektronen abgegeben, um den Edelgaszustand zu erreichen. Die Kernladungszahl von Ca²⁺ entspricht weiterhin der von Calcium, also 20. Ca²⁺ verfügt auch weiterhin über 20 Protonen, allerdings nur noch über 18 Elektronen, hat also einen Überschuss von zwei positiven Ladungen.