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Chemie der Elemente

Herausgeber: Gesellschaft Deutscher Chemiker

2 M 1 D 1 G 1 I 2 I 2 E 2 T 3 E 3 S 3 T 4 C 5 Z 5 A 5 H 6 U 6 L 6 E 7 K 7 T 7 M 8 U 8 E 8 I 9 N 9 N 9 E 1 F 1 T 2

Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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60444 Frankfurt am MainTelefon: 069 7917-0Fax: 069 7917-232E-mail: gdch@gdch.de

Die Gesellschaft Deutscher Chemiker

sellschaften weltweit »vereinigt über 10.000 junge Mitglieder in regionalen JungChemikerForen »bietet ihren Mitgliedern 27 Fachgruppen als Arbeitsplattform »veranstaltet nationale und internationale Tagungen, Symposien und Kongresse »vergibt international angesehene Preise und Stipendien »bietet Fortbildungsveranstaltungen für Chemiker, Chemielehrer und alle Interessierten an »hilft mit ihrem Karriereservice bei der Stellensuche und der Stellenbesetzung »ist Ansprechpartnerin für Journalisten und Politiker »gibt zahlreiche renommierte wissenschaftliche Zeitschriften sowie Newsletter heraus »ist auf Facebook, Twitter, Xing und LinkedIn vertreten »ist weltweit vernetzt (Mitgliedschaft in der EuChemS und Mitwirkung in der IUPAC) »hat einen Treffpunkt für Senioren geschaffen: SEC - Senior Experten Chemie www.gdch.de 3

VORWORT

Liebe Leserinnen und Leser,

mit dieser Broschüre laden wir Sie ein, das Periodensystem der Ele mente neu zu entdecken.

Wir kennen das Periodensystem

als ein Ordnungssystem, in dem die heute bekannten 118 Elemente in einer sinnvollen Struktur angeordnet sind. Das Faszi nierende an diesem System ist, dass die Natur selbst sich diese Ordnung gegeben hat. Das Periodensystem wurde nicht vom Menschen entwickelt, sondern entdeckt und zwar vor 150 Jahren, im Jahr 1869. Aus Anlass dieses Ju

Nationen und die UNESCO das Jahr 2019 zum Interna

tionalen Jahr des Periodensystems ausgerufen.

Als der Russe Dmitri Mendelejew und der Deutsche

Lothar Meyer in den 1860er Jahren fast zeitgleich und Elemente entdeckt. Aufgrund von "Lücken" im damali gen Periodensystem konnte die Existenz weiterer noch nicht bekannter Elemente vorhergesagt werden. Es war und ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften den Vorhersagen verblüffend genau entsprachen. In dieser Broschüre zum Jahr des Periodensystems ?n gebiete der Autorinnen und Autoren erfahren und jeder anspruchsvoll", so dass auch fortgeschrittene Studie rende sowie Chemikerinnen und Chemiker noch Neues erfahren werden. Allen Autorinnen und Autoren danke Alle Artikel sind auch online auf der neuen Webseite

Faszination Chemie

(www.FaszinationChemie.de) ver- fügbar. Und wenn Sie neugierig geworden sind und schauen Sie auf den Webseiten der Gesellschaft Deut scher Chemiker (GDCh) vorbei. Unter www.gdch.de/ periodensystem ?nden Sie weitere Informationen und

Videos zu den einzelnen Elementen.

Ich wünsche Ihnen viel Freude mit unserer Broschüre.

Dr. Matthias Urmann

4

INHALTSVERZEICHNIS

Periodensystem der Elemente 6

Das P eriodensystem 7 W asserstoff - Das Element mit der Nummer 1 8

Natrium

- das Salz in der Suppe 12 C aesium - das unedle Gold 16

Beryllium,

das Supergift? 19

Magnesium

- das vielseitige Leichtmetall 24
"Ja K alzium, das ist alles!" 28

Bor: Das fünfte Element

- kleiner Nachbar von Kohlenstoff? 32

Gallium

- Cluster, Licht und Neutrinos 35
I ndium - selten und wichtig 39
K 42

Silicium

- Eine kurze Geschichte der Menschheit 46

Germanium

- mehr als nur ein Lückenfüller 49
Zinn 51
Blei 56
S tickstoff - unverzichtbar für Mensch, Tier und P-anze 59

Phosphor

- mehr als Bomben, Kampfstoff und Pestizide 62

Arsen -

Medikament und "Erbschaftspulver"

65

Antimon

69

Wißmad

Ärcz, Bisemutum, Wismut, Bismut

72

Sauersto

ff - das Element des Lebens 74
Sch wefel - Ringe, Ketten, Farben 78
T ellur - vom paradoxen Gold zum Gewürzmetall 81
Fluor - unverzichtbar als Flussmittel 84

Chlor -

87
Br om - eines von zwei -üssigen Elementen 92
I od - Das Veilchenfarbene 95
X enon und weitere Edelgase - die fehlenden Bausteine im Periodensystem 98
Y ttrium - kaum bekannt, aber viel genutzt 101
V on Pancromium über Eritronium zum Vanadium 104
5

INHALTSVERZEICHNIS

Mangan

- Stahlhart und doch essentiell für das Leben 110
T echnetium - Ein künstliches Element macht Karriere im Krankenhaus 113

Rhenium

117
Eisen - Universalmetall der modernen Menschheit 120

Rhodium

- aus keinem Autokatalysator wegzudenken 124
Nick el - nicht nur ein Legierungsbestandteil 128

Palladium

- der Star unter den Katalysatoren 130

Sepia,

133
Gold - viel mehr als Schmuck und Zahlungsmittel 136
Zink - Ein universelles Metall 140

Quecksilber

143
Eur opium - das Lanthanoid, das aus der Reihe tanzt 148
U ran - das "schwarze Schaf" unter den Elementen 151
P eriodensystem der Verfügbarkeit der Elemente 156
I mpressum 159

Einleitung

Das Periodensystem der Elemente ist ein Ordnungssystem, in dem die Elemente mit steigender Kernladungszahl (Ord

der Vereinten Nationen und die UNESCO haben das Jahr 2019 daher zum

International Year of the Periodic Table of Chemi

cal Elements , dem

Internationalen Jahr des Periodensystems

ausgerufen. bereits im Jahr 2016 die

Aktuelle Wochenschau

mit dem Thema "Chemie der Elemente“ gestaltet. Die Mitglieder der unternehmen und anderen Institutionen zusammen. Insgesamt

51 Elemente stellten die Autorinnen und Autoren in dem On

kommen und die Entdeckung der einzelnen Elemente, wichtige chemische Reaktionen, aber auch aktuelle Forschungsergebnisse zusammengetragen (www.aktuelle-wochenschau.de/2016). Die meisten Autorinnen und Autoren haben für das Internationale diese Broschüre zur Verfügung gestellt.

Unter www.gdch.de/periodensystem

stellt die GDCh dar- über hinaus viele Informationen zum Periodensystem und seinen Elementen zur Verfügung. 6

DAS PERIODENSYSTEM

Periodensystem der Elemente

der Hauptgruppen des Periodensystems (blau bzw. rot) vor- gestellt. Ab Seite 101 werden Elemente der Nebengruppen (violett) behandelt und ab Seite 148 Elemente, die zu den Periodensystem der Elemente (nach International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC); Version vom 1.12.2018; https://iupac.org/what-we-do/periodic-table-of-elements) La 57
Ac 89
Ce 58
Th 90
Pr 59
Pa 91
Nd 60
U 92
Pm 61
Np 93
Sm 62
Pu 94
Eu 63
Am 95
Gd 64
Cm 96
11 K 19 Rb 37
Cs 55
Fr 87
Be 4 Mg 12 Ca 20 Sr 38
Ba 56
Ra 88
Sc 21
Y 39
Ti 22
Zr 40
Hf 44
Os 76
Hs 108
Co 27
Rh 45
Ir 77
Mt 109
Ni 28
Pd 46
Pt 78
Ds 110
Cu 29
Ag 47
Au 79
Rg 111
Zn 30
Cd 48
hg 80
Cn 112
B 5 al 13 Ga 31
in 49
tl 81
nh 113
C 6 si 14 Ge 32
sn 50
Pb 82
Fl 7

DAS PERIODENSYSTEM

Das Periodensystem ist ein faszinierendes Ordnungssystem, das die Natur den Elementen gegeben hat. Es wurde also nicht vom Menschen geschaffen, sondern entdeckt. Der rus- sische Chemiker Dimitri Mendelejew und der deutsche Che einander fast zeitgleich in den 1860er Jahren erkannt. Beide haben ihre Erkenntnisse im→Jahr 1869 in wissenschaftlichen doch aufgrund der vorhandenen "Lücken" im Perioden system konnte die Existenz weiterer noch nicht entdeckter Elemente vorhergesagt werden. So wurde→z.B. ein Element "Eka-Silicium" postuliert, das im Periodensystem unter dem Element Silicium stehen sollte. Es war eine eindrucksvolle seine chemischen und physikalischen Eigenschaften den

Vorhersagen fast genau entsprachen.

Im Periodensystem der Elemente werden alle chemischen Elemente nach steigender Kernladungszahl (Ordnungszahl) sortiert: vom Wasserstoff mit der Ordnungszahl 1 bis zum schwersten heute bekannten Element, dem Oganesson mit der Ordnungszahl 118. (Die Kernladungs- oder Ordnungs- zahl kennzeichnet die Anzahl der Protonen (positiv geladene Teilchen) in einem Atom. Wasserstoff hat also ein Proton und Oganesson 118). Diese Reihe der 118 Elemente wird in meh reren Zeilen dargestellt, die als Perioden bezeichnet werden. Die Elemente, die dadurch im Periodensystem unterein ander, also in einer Spalte stehen, bilden eine Gruppe. Das Periodensystem hat 18 Gruppen, von denen acht als Haupt gruppen und zehn als Nebengruppen bezeichnet werden. Nach dem Bohr'schen Atommodell besteht ein Atom aus einem Kern, der die positiv geladenen Protonen und unge denen Atom muss die Anzahl von Protonen und Elektronen immer gleich sein. Da die Ordnungszahl und damit die An

zahl der Protonen im Periodensystem von links nach rechts und von Reihe zu Reihe zunehmen, steigt auch die Anzahl der Elektronen. Nach einer sehr einfachen Vorstellung be-steht die Hülle eines Atoms aus verschiedenen Bahnen, auch "Schalen" genannt, die unterschiedlich viele Elektronen auf-

In der ersten Periode stehen nun die leichtesten beiden Ele mente: Wasserstoff mit einem Proton und einem Elektron sowie Helium mit zwei Protonen und zwei Elektronen. Dabei be-nden sich die Elektronen in der innersten Schale, die als K-Schale bezeichnet wird. Sie kann nicht mehr als zwei Elek- tronen aufnehmen. In der zweiten Periode stehen die Ele L-Schale mit insgesamt acht Elektronen aufgefüllt wird. In der 3. Periode wird eine weitere Schale, die M-Schale mit acht Elektronen aufgefüllt. Ab der vierten Periode wird zwischen die 2. Hauptgruppe (Calcium, Ordnungszahl 20) und die 3. Hauptgruppe (Gallium, Ordnungszahl 31) ein Block von zehn Nebengruppenelementen mit den Ordnungszahlen 21 bis 30 Elektronen aufnehmen kann, aufgefüllt. Wenn diese Schalequotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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