Sätze Der Chemischen Elemente

Die chemischen Elemente sind im Periodensystem in Sätze unterteilt. Jedes Element eines Satzes hat ähnliche Eigenschaften wie die anderen. Es gibt folgende Gruppen:

Alkalimetalle

Die Alkalimetalle sind die 6 Elemente der Spalte1 des Periodensystems. Sie sind Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium und Francium. Der Name „Alkalimetalle“ rührt daher, dass sie mit Wasser reagieren und Laugen (starke Basen, die Säuren neutralisieren) bilden. Die meisten Alkalimetalle sind sehr selten, wobei zwei von ihnen, Natrium und Kalium, sehr häufig vorkommen.

Sie sind hoch reaktiv und werden normalerweise in Kombination mit anderen Elementen gefunden. Ihre Reaktionen sind oft sehr heftig. Als reine Elemente kommen sie in der Natur selten vor. Francium ist ein natürliches radioaktives Isotop und so selten, dass es bis 1939 nicht bekannt war.

Einige der Haupteigenschaften der Alkalimetalle sind der silberähnliche Glanz, die hohe Duktilität und die sehr hohe Leitfähigkeit von Strom und Wärme, ähnlich denen der anderen Metalle. Sie haben auch niedrige Schmelzpunkte. Lithium, eines der Alkalimetalle, ist das leichteste bekannte Metall. Sie neigen dazu, sich in Ionen umzuwandeln, wenn sie mit Nichtmetallen reagieren. Dies bewirkt, dass die Verbindungen von Alkalimetallen und Nichtmetallen einen hohen Schmelzpunkt haben. Sie reagieren aufgrund ihrer Elektropositivität sehr gut mit den Nichtmetallen. Sie oxidieren leichter als andere Metalle und ihre Reaktionen mit Wasser sind oft heftig. Sie reagieren auch mit anderen Nichtmetallen.

Sie werden häufig industriell verwendet. Natrium wird am häufigsten für die Industrie verwendet. Viele Substanzen wie Kochsalz, Backpulver usw. enthalten Natrium. Es wird auch als wärmeleitendes Fluid in Kernreaktoren verwendet. Ein weiteres weit verbreitetes Alkalimetall ist Lithium. Es ist sehr praktisch, da es ein geringes Gewicht hat. Daraus werden Legierungen hergestellt. Ein weiteres sehr bekanntes Beispiel sind die Lithiumbatterien.

Erdalkalimetalle

Die Erdalkalimetalle sind 6 Metalle der Gruppe 2. Ihre Namen sind Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Sie sind den Metallen der Gruppe 1, den Alkalimetallen, sehr ähnlich. Sie verlieren leicht Elektronen und werden zu Kationen. Die nach Reaktionen entstehenden Oxide sind basisch (= alkalisch = nicht sauer), wenn auch unterschiedlich. Berylliumoxid ist stärker amphoter (reagiert sowohl mit Säuren als auch Basen), während Bariumoxid stark basisch ist. Sie sind auch hoch reaktiv, z.B. Magnesium reagiert sehr heftig mit Sauerstoff.

Alle Erdalkalimetalle haben eine kommerzielle Verwendung, mit Ausnahme von Radium, das hochgradig radioaktiv ist. Magnesium wird z.B. im Sport benutzt, während Calcium z.B. in der medizinischen Industrie verwendet wird.

Erdalkalimetalle sind sehr gute Leiter. Sie haben auch eine sehr hellgraue Farbe, wenn sie frisch geschnitten werden. Sie sind nicht unbedingt alle hart, einige von ihnen sind kaum härter als Blei. Ihre Schmelz- und Siedepunkte sind höher als die der Alkalimetalle. Ihre Atome haben ähnliche Strukturen und alle werden leicht zu Ionen. Ähnlich wie die Alkalimetalle bilden sie Verbindungen, indem sie Valenzelektronen abgeben, somit also Elektronen mit einem anderen Atom teilen. Hierbei gibt es jedoch Ausnahmen.

Halogene

Halogene sind die 6 nichtmetallischen Elemente in der Gruppe 17. Die Elemente sind Fluor, Chlor, Bor, Jod, Astat und Tennessin. Ihr Name kommt von griechisch hal- (Salz) und -gen (produzieren), da sie alle Natriumsalzverbindungen bilden, das bekannteste ist Kochsalz, Natriumchlorid. Aufgrund ihrer hohen Reaktivität kommen Halogene in der Natur nicht als reine Elemente vor. Fluor kommt manchmal als unreines Element vor, während Astatin und Tennessin in der Natur nicht vorkommen, da es sich um kurzlebige radioaktive Isotope handelt. Halogene sind einander sehr ähnlich und ihre Verbindungen haben auch ähnliche Eigenschaften. Es gibt jedoch einige Unterschiede zwischen den Halogenelementen. Das reaktivste von ihnen ist Fluor.

Chlor ist das bekannteste Halogenelement. Es wird häufig verwendet, um Wasser in Pools zu reinigen. Kochsalz ist ebenfalls eine bekannte Verbindung. Fluorid wird Wasser oft zugesetzt, um Karies vorzubeugen. Jod ist weithin bekannt für seine antiseptische Verwendung.

Die Halogene sind Oxidationsmittel, d. h. sie erhöhen den Oxidationszustand, indem sie Elektronen leicht bewegen. Die Oxidation ist die Reaktion von Sauerstoff mit einem anderen Element. Halogene können sich jedoch auch selbst mit anderen Elementen verbinden und Halogenide bilden, d.h. Fluoride, Chloride usw. Viele von ihnen werden als Salze betrachtet, die den entsprechenden Halogenwasserstoffen, farblosen Gasen bei Raumtemperatur und (außer Fluorwasserstoff) starken Säuren entsprechen, wenn sie in wässrigen Lösungen sind. Der Begriff Salz leitet sich eigentlich vom eigentlichen Speisesalz ab, bei dem es sich, wie bereits erwähnt, um Natriumchlorid handelt. Fluoride sind in der Regel stabiler und damit tendenziell stärker als die anderen Halogenide. Genau wie die Alkali- und Erdalkalimetalle gehen sie Verbindungen ein, indem sie ein Elektron teilen.

Edelgase

Die Edelgase sind die chemischen Elemente, aus denen die Gruppe 18 des Periodensystems besteht. Die entsprechenden Elemente sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon und Oganesson. Sie wurden in der Vergangenheit als Gruppe 0 bezeichnet, da angenommen wurde, dass sie keine Verbindungen mit anderen Atomen eingehen können. Nachdem jedoch entdeckt wurde, dass sie tatsächlich Verbindungen bilden können, erhielt die Gruppe die Bezeichnung „Gruppe 18“. Es wurde auch angenommen, dass sie sehr selten sind, obwohl Wissenschaftler nach jahrelanger Forschung herausgefunden haben, dass sie auf der Erde und im Universum sehr häufig vorkommen. Alle von ihnen sind in der Erdatmosphäre auffindbar. Je grösser ihre Ordnungszahl, desto seltener kommen die Elemente vor. Helium ist nach Wasserstoff das zweithäufigste Element im Universum. Radon ist hochradioaktiv und entsteht durch die Zersetzung von Radiumverbindungen. Die Radonkerne geben ständig Alphateilchen (Heliumkerne) und Energie ab.

Ihre typischen Eigenschaften sind, dass sie farblos, geschmacklos, geruchlos und nicht brennbar sind. Sie reagieren auch kaum mit anderen Elementen, was sie perfekt für die Verwendung zur Schaffung einer nicht reaktiven Umgebung für Vorgänge wie das Schneiden, Schweissen und Veredeln von Metallen macht. Sie absorbieren und emittieren elektromagnetische Strahlung auf weniger komplexe Weise als andere Substanzen. Im Periodensystem stehen sie zwischen den elektronegativsten Elementen, den Halogenen, und den elektropositivsten, den Alkalimetallen. Nur 3 von ihnen, Krypton, Xenon und Radon, haben bekannte stabile Verbindungen. Die Verbindungen sind starke Oxidationsmittel.

Lanthanoide

Lanthanoide sind 15 aufeinanderfolgende Elemente im Periodensystem, von Lanthan bis Lutetium. Sie bilden mit den beiden Elementen Scandium und Yttrium die Gruppe der Seltenen Erden. Ihre Atome haben ähnliche Eigenschaften und Verhaltensweisen, wobei die häufigsten Valenzen 3 oder 4 sind. Die Elemente werden häufiger als Lanthanide bezeichnet, aber die International Union of Pure and Applied Chemistry empfiehlt den Namen Lanthanoid, da Namen, die auf ‘-ide’ enden, normalerweise für Anionen verwendet werden.

Aktinoide

Altinoide oder Actiniden sind 15 aufeinanderfolgende Elemente im Periodensystem, von Actinium bis Lawrencium. Alle von ihnen sind radioaktiv, und das bekannteste ist Uran. Obwohl einige natürlich vorkommen, wie Uran, sind die meisten von Menschenhand geschaffen. Zwei davon, Uran und Plutonium, wurden in Atomwaffen verwendet. Die Atombomben, die während des Zweiten Weltkriegs über Japan geworfen wurden, töteten Hunderttausende Menschen. Wie bei den Lathanoiden wird häufiger der falsche Name (Actiniden) verwendet als der von der IUPAC empfohlene Name (Aktinoide).

In der Natur kommen 4 Actinoide vor, nämlich Actinium, Protactinium und Uran. Die restlichen Aktinoide sind alle künstlich hergestellt durch Beschuss der natürlich vorkommenden Aktinoide mit Neutronen oder schweren Ionen in Teilchenbeschleunigern. Sie kommen normalerweise nicht in der Natur vor, da sie sehr schnell zerfallen. Aber es gibt einige sehr seltene Ausnahmen. Da alle Aktinoide Schwermetalle sind, sind sie für unseren Körper toxisch und ausserdem radioaktiv, was Mutationen und Krebs verursachen kann.

Übergangsmetalle

Die Übergangsmetalle sind eine Gruppe von Metallen. Der Begriff "Übergang" hat keine chemische Bedeutung. Sie nehmen die Mitte des Periodensystems ein. Wie ihr Name schon sagt, handelt es sich um Metalle, und viele von ihnen sind hart und glänzend mit hohen Schmelz- und Siedepunkten. Viele der Übergangsmetalle sind kommerziell wichtig, z.B. Titan, Eisen, Nickel, Kupfer usw. Sie bilden auch nützliche Legierungen mit anderen Metallen. Einige von ihnen, wie Platin, Silber und Gold, sind auch edel. Das heisst, sie sind immun gegen einfache Säuren.

Alle Übergangsmetalle bilden mit wenigen Ausnahmen stabile Verbindungen. Die Lanthanoide und Actinoide sind theoretisch ebenfalls Übergangsmetalle, unterscheiden sich aber von den übrigen z.B. dadurch, dass sie keine stabilen Verbindungen bilden.

Sie werden entsprechend ihrer elektronischen Struktur in drei Gruppen unterteilt, die erste, zweite und dritte Übergangsreihe.

Einige Übergangsmetalle sind wichtig für Lebewesen, unter anderem auch den Menschen. Sie benötigen Übergangsmetalle wie Eisen, Kobalt und Kupfer, von denen Eisen das wichtigste ist. Es ist an den Prozessen des Sauerstofftransports und der Elektronenübertragung beteiligt.

Metalle

Metalle sind alle Elemente, die sich durch eine hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie andere Eigenschaften wie Formbarkeit, Duktilität und hohes Reflexionsvermögen auszeichnen. Auch die bereits beschriebenen Alkalimetalle, Übergangsmetalle und Erdalkalimetalle sind Metalle, es gibt auch die Halbmetalle und die Metalle ohne weitere Unterteilung wie Gallium oder Blei.

Metalle sind bei Raumtemperatur Feststoffe, mit Ausnahme von Quecksilber, welches flüssig ist, und haben eine kristalline Form. In den meisten Fällen haben sie eine einfache Kristallstruktur, die sich durch dicht gepackte Atome auszeichnet und symmetrisch ist. Ein weiteres typisches Merkmal von Metallatomen ist, dass sie weniger als die Hälfte aller Elektronen in ihrem äusseren Schale. Dies führt dazu, dass viele Metalle keine Verbindungen miteinander eingehen, obwohl sie häufig Verbindungen mit Nichtmetallen wie Sauerstoff über Valenzelektronen eingehen. Metalle weisen grosse Unterschiede in ihrer chemischen Reaktivität auf. Einige wie Gold und Silber haben eine geringe Reaktivität, während andere wie Lithium sehr leicht und heftig reagieren.

Die hohe Leitfähigkeit der Nicht-Übergangsmetalle wird durch die Freie-Elektronen-Theorie erklärt. Nach dieser Theorie geben die Metalle ihre Valenzelektronen an den gesamten Festkörper ab. Dies erhöht die thermische und elektrische Leitfähigkeit des gesamten Gebildes. Die Leitfähigkeit der Übergangsmetalle wird durch die Bandentheorie erklärt. Diese Theorie berücksichtigt nicht nur freie Valenzelektronen, sondern auch sogenannte d-Elektronen. Diese Elektronen haben ein anderes Orbital als die anderen (s, p und f). Jedes Orbital hat unterschiedliche Energien.

Metalloide

Metalloid ist die ungenaue Bezeichnung für Elemente, die sowohl für Metalle als auch für Nichtmetalle typische Eigenschaften aufweisen. Die typischen Halbmetalle sind Bor, Silizium, Germanium, Arsen, Antimon, Tellur und wahrscheinlich auch Wismut, Polonium und Astanit. Alle diese Elemente befinden sich nahe der Mitte des Hauptblocks des Periodensystems. Es gibt keine Eigenschaften, die mit Sicherheit sagen können, ob ein Element ein Halbmetall ist. Da die meisten Halbmetalle halbleitende Eigenschaften aufweisen, greift man manchmal auch auf graues Silizium zurück, das im Gegensatz zu weissem Silizium eher ein Halbleiter als ein Metall ist, und auch auf Graphitkohlenstoff, der im Gegensatz zu Diamant eher ein Halbmetall als ein Isolator ist. Metalloide haben eine mittlere Elektronegativität und können Verbindungen bilden.

Nichtmetalle

Nichtmetalle sind Elemente mit endlicher Aktivierungsenergie. Folglich sind Nichtmetalle entweder Isolatoren oder Halbleiter. Sie schlagen durch, wenn sie hohen Spannungen oder hohen Temperaturen ausgesetzt werden. Nichtmetalle kommen in fester, flüssiger oder gasförmiger Form vor. Im Gegensatz zu Metallen unterscheiden sie sich jedoch sowohl mechanisch als auch optisch.

Nichtmetalle werden chemisch in zwei Gruppen eingeteilt: die kovalenten und ionischen Nichtmetalle. Kovalente Nichtmetalle haben kleine Atome mit hohen Elektronegativitäten und geringer Valenzlücke.Sie neigen dazu, bei chemischen Reaktionen negative Ionen zu bilden. Ionische Metalle haben jedoch sowohl kleine als auch große Atome und bilden sowohl negative als auch positive Ionen.