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Bauchemie – Atombau, Grundstoffe, Periodensystem und Wertigkeit [Teil 1]

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Chemische Grundstoffe

Will man etwas über den Aufbau und die Zusammensetzung der Stoffe erfahren, so müssen die Stoffteilchen voneinander getrennt werden. Das gelingt durch chemische Zerlegung der Stoffe. Solche Stoffe werden Grundstoffe oder Elemente genannt. Bekannt sind bis heute 107 chemische Elemente; davon kommen 88 in der Natur vor, der Rest wird künstlich hergestellt.
Jedes Element besteht aus sehr kleinen Teilchen, den Atomen (griech. unteilbar). Sie lassen sich chemisch nicht weiter zerlegen. Die Atome eines Elements sind untereinander gleich. Bei 107 verschiedenen Elementen gibt es also 107 unterschiedliche Atomarten.

Der Atombau

Wasserstoff Atom

Der dänische Physiker Niels Bohr entwarf 1913 ein Atommodell, da zwar den neuesten Erkenntnissen der Atomphysik nicht mehr entspricht, dass uns aber eine bildhafte Vorstellung vom Aufbau der Atome ermöglicht. Nach Bohr besteht jedes Atom aus einem Atomkern und einer Atomhülle.

Der Atomkern wird aus zwei verschiedenen Kernbausteinen (Elementarteilchen) aufgebaut, den positiv geladenen Protonen und den elektrisch neutralen Neutronen. Um den Atomkern bewegen sich die negativ geladenen Elektronen. Ihre Zahl entspricht der Protonenzahl. Dadurch wird die positive Kernladung ausgeglichen und die Atome erweisen sich nach außen hin als elektrisch neutral. Die Elektronen verteilen sich, mit Ausnahme von Wasserstoff und Helium, auf mehreren Schalen, die einen unterschiedlichen Abstand vom Kern haben. Sie bilden die Atomhülle, die bis zu sieben Elektronenschalen umfassen kann.

Sauerstoff Atom

Jede Schale kann nur eine bestimmte Anzahl von Elektronen aufnehmen, z. B. in der ersten Schale zwei, in der äußersten Schale acht Elektronen. Ein Atom strebt eine möglichst stabile Elektronenhülle an. Fehlen einem Atom nur wenige Außenelektronen bis zu seiner Achterschale, so versucht es, einem Atom eines anderen Elements die noch fehlenden Elektronen zu entreißen. Hat ein Atom nur wenige Außenelektronen, so versucht es diese abzustoßen, um damit die stabil aufgebaute Innenschale zur Außenschale zu machen. Chemische Reaktionen spielen sich somit in der Atomhülle ab.

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MERKE:

  • Ein Atom besteht aus Protonen, Neutronen und Elektronen.
  • Die Elektronen bewegen sich auf Kreisbahnen mit unterschiedlichem Radius um den Kern. Ein besonders stabiler Zustand ist erreicht, wenn die äußerste Schale mit acht Elektronen besetzt ist (Oktettregel).
  • Moleküle sind die kleinsten Baueinheiten, in denen Verbindungen vorkommen können. Jede Substanz ist deshalb immer ein Vielfaches dieser Moleküle.

Das Periodensystem

Die Elemente können nach der Ähnlichkeit ihrer chemischen Eigenschaften geordnet werden. Dies geschieht im Periodensystem der Elemente (PSE). Sie erhalten hier ihren Stellenwert nach der Anzahl der Protonen im Kern. Sie entspricht der Kernladungszahl oder Ordnungszahl.

Die relative Atommasse aller Elemente kann ebenfalls dem PSE entnommen werden. Sie ist eine vergleichende, unbenannte Zahl, die sich auf die Masse eines Kohlenstoffatoms von 12 bezieht. Beispielsweise beträgt die Atommasse von Eisen 56, das bedeutet, dass die Masse eines Eisenatoms 56-mal größer ist als die Masse von 1/12 Kohlenstoffatom ist.

Die waagerechten Reihen des Systems werden Perioden genannt. Die Periodenzahl, insgesamt sind es sieben Perioden, gibt die Anzahl der Elektronenschalen an.

Die senkrechten Spalten werden Gruppen genannt. Es gibt acht Gruppen, die in Haupt- und Nebengruppen unterteilt sind. Die Gruppennummern lässt die Anzahl der Außenelektronen erkennen. Das bedeutet, dass die Elemente einer Gruppe gleich viel Elektronen auf der äußeren Schale haben und deshalb in ihrem chemischen Verhalten sehr ähnlich sind.

MERKE: Im Periodensystem der Elemente sind alle Elemente nach steigender Protonenzahl aufgeführt. Untereinanderstehende Elemente haben meistens die gleiche Wertigkeit.

Teil 2 befasst sich mit der Wertigkeit und beinhaltet eine Zusammenfassung.

Weiterführende Informationen

  • In Wort und Schrift (Beispiele):

Bildnachweis: © bobyramone – Fotolia.com (oben und mitte), © Stefan Rajewski – Fotolia.com (unten).

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