Chemische Grundlagen Allgemeiner Aufbau der Stoffe 89 1. Chemische Grundlagen 1.1 Allgemeiner Aufbau der Stoffe 1.1.1 Allgemeines Als Stoff oder Materie bezeichnet man alles, was den Raum erfüllt. Ist ein begrenzter Raum von Stoff erfüllt, wird er als Körper bezeichnet. Jeder Körper beansprucht Raum: an der Stelle des Raumes, wo sich bereits ein Körper befindet, kann gleichzeitig kein anderer Körper vorhanden sein. Um dies zu beweisen, taucht man einfach ein Trinkglas verkehrt ins Wasser – das Wasser wird kaum in das Glas eindringen. Das ganze Universum ist aus Kombinationen weniger Dutzend Elemente aufgebaut. Die Elemente setzen sich wiederum aus drei verschiedenen Elementarteilchen – den Protonen – den Neutronen – und den Elektronen zusammen. Derzeit sind 92 natürliche und 14 künstliche Elemente (Atomarten) bekannt. Alle Elemente sind aus Atomen aufgebaut. Das Atom besteht aus dem massereichen Atomkern, der wiederum aus Protonen und Neutronen besteht, und der Atomhülle. Die Atomhülle wird aus den Elektronen, die den Kern umkreisen (Elektronenwolke), gebildet. Protonen sind elektrisch positiv geladene Teilchen, Neutronen sind elektrisch nicht leitend. Die Anzahl der Protonen im Atomkern bestimmt die Art des Elementes. Die Ordnungszahl gibt die Anzahl der Protonen des Elementes an. Protonen und Neutronen ergeben die Massezahl des Atomes, da die Elektronenmasse vernachlässigbar klein ist. In Atomen (elektrisch immer neutral) ist die Anzahl der Protonen und Neutronen gleich – lediglich die Anzahl der Neutronen kann variieren, was zum Auftreten verschiedener Isotope eines Elementes führt. Die meisten Elemente bestehen jedoch aus einem konstanten Mischungsverhältnis verschiedener stabiler Isotope. Isotope sind chemische Elemente mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Neutronenanzahl und somit anderer Massenzahl. Einige Elemente haben Isotope, die beim Zerfall der Atomkerne Strahlen aussenden. Die Atomhülle besteht aus den negativ geladenen Elektronen, die sich mit hoher Geschwindigkeit und in unterschiedlichen Abständen zum Atomkern bewegen. Dabei sind die äußersten Schalen (Orbitale) immer am energiereichsten. Abb. 1: Wasserstoff Abb. 2: Helium Im Periodensystem der Elemente sind die Grundstoffe systematisch gegliedert, wobei eine Einteilung in Haupt- und Nebengruppen erfolgt ist. Untereinander stehende Elemente haben ähnliche chemische Eigenschaften. Die Einteilung der Elemente in Gruppen (Perioden) erfolgt mittels der Ordnungszahl (Anzahl der Protonen). ARBEITS- UND MATERIALKUNDE Atomhülle atomic shell Elektron electron Elementarteilchen elementary particle Geschwindigkeit velocity Isotop isotope Materie matter Mischungsverhältnis mixing ratio Neutron neutron Ordnungszahl atomic number Proton proton Schale (Orbital) shell (orbit) Stoff material Trinkglas (drinking) glass Universum universe verschieden different Periodensystem der Elemente Elektronenpaarbindung Ionenbindung Metallbindung Chemische Verbindungen Reinstoffe und Aggregatzustände Salze Säuren und Laugen Oxidation Reduktion Gemisch Lösungen Legierungen Dispersion und Emulsion Karbide Allgemeiner Aufbau der Stoffe MUSTER
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