chemische Elemente: Vom Urstoff (Grundstoff) zum Periodensystem

Chemische Elemente: Vom Urstoff (Grundstoff) zum Periodensystem
Als chemisches Element versteht man einen Stoff, der sich mit chemischen Mitteln nicht weiter auftrennen
lässt. Es besteht aus gleichen Atomen. Gegenwärtig sind 113 (2004) chemische Elemente bekannt; das
Element 112 wurde erstmals 1996, das Element 114 1999 synthetisiert (die ebenfalls 1999 bekannt gegebene
Entdeckung der Elemente mit den Ordnungszahlen 116 und 118 wurde revidiert). In der Natur kommen 93
chemische Elemente vor, die restlichen sind nur künstlich herstellbar.
Obwohl der Mensch seit jeher von chemischen Elementen umgeben war, kam er erst in der Neuzeit auf diese
»elementare« Erkenntnis. Luft zum Beispiel ist knapp 80-prozentiger Stickstoff; Gold, Silber und Platin
findet man in ziemlich reiner Form vielerorts in Sandbänken oder zwischen den Kieseln von Bachbetten. Auch
die kristallinen Kohlenstoffmineralien Graphit und Diamant kommen nicht allzu selten vor.
Das erste chemische Element, das der Mensch schon in der Steinzeit künstlich erzeugte, war wohl Holzkohle
als Rückstand vom Lagerfeuer. Erst viel später begann er sich für Gold, Silber, Kupfer und Eisen zu
interessieren. Dennoch war der Weg zum Elementbegriff und von da zum Periodensystem der Elemente lang
und keinesfalls immer geradlinig.
Ein Atom – das kleinste Teilchen eines Elementes
Aus griechisch: átomos »unteilbar« Das kleinste, mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegbares
Teilchen eines Elements, das dessen physikalische und chemische Eigenschaften bestimmt; es besteht aus
einem Atomkern und einer Atomhülle (Elektronenhülle). Der Kern besteht aus elektrisch positiv geladenen
Protonen und elektrisch neutralen Neutronen; die Kernbausteine heißen Nukleonen. Die Hülle wird aus
negativ geladenen Elektronen gebildet, sodass das Atom als Ganzes elektrisch neutral ist. Durch Abgabe
oder Aufnahme von Elektronen entsteht ein elektrisch geladenes Ion, das andere chemische und
physikalische Eigenschaften hat als das ursprüngliche Atom.
Ionen – sie entstehen aus Atomen oder Molekülen
Ionen entstehen, wenn Atome oder Moleküle ein oder mehrere negativ geladene Elektronen aufnehmen
(negative Ionen = Anionen) oder aus ihrem Elektronenbestand abgeben (positive Ionen = Kationen). Ionen sind
demzufolge elektrisch positiv oder negativ geladene Atome oder Moleküle mit weniger oder mehr Elektronen,
als zur Neutralisierung der Kernladung notwendig wären. Je nach der Zahl der überschüssigen oder
fehlenden Elektronen spricht man von einfach, zweifach usw. geladenen Ionen und kennzeichnet ihren
Ladungszustand durch Anfügen von +, 2+ beziehungsweise, 2, 3 usw. In der Chemie spricht man von
einwertigen (z.B. H+, OH-), zweiwertigen (z.B. Mg2+, SO42-), dreiwertigen (z.B. Al3+) Ionen.
Das Molekül – eine Verbindung von mindestens zwei Atomen
Ein Molekül besteht aus mindestens zwei oder mehr Atomen, die miteinander verbunden sind. Im engeren
Sinn wird das Molekül als der kleinste Teil einer chemischen Verbindung, einer Reinsubstanz bezeichnet.
Moleküle können aus vielen Tausenden von Atomen bestehen (Makromoleküle). Zur Charakterisierung eines
Moleküls gibt man in der Summenformel die Art und die Zahl der Atome an, die es enthält, z.B. bei Wasser,
H2O, zwei Wasserstoffatome (H) und ein Sauerstoffatom (O). Bei komplizierteren Molekülen ist diese
Charakterisierung unzureichend, da z.B. das Molekül C3H7OH je nach der Verknüpfung der Atome Propanol 1
oder Propanol 2 sein kann, verwendet man die Strukturformeln, welche das Molekül im Aufbau darstellen
(Hinweise für die räumliche Anordnungen der Atome). (Quelle: Brockhaus Multimedial 2004)
Beispiele: gleiche Summenformel – verschiedene Strukturformeln
Summenformel:
Strukturformel:
C3H7OH (Propanol 1 / Propanol)
CH3-CH2-CH2-O-H
C3H7OH (Propanol 2 / Isopropanol)
CH3-C(OH)-CH3