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Chemische Eigenschaften

Atommasse - Atomradius - Dichte - Elektronegativität nach Pauling -

Elektronenkonfiguration - Elektronische Schalen - Ionenradius -

Ionisierungsenergie - Isotope - Ordnungszahl -

Schmelzpunkt - Siedepunkt - Standardpotenzial


Atommasse

Als Atommasse ( engl. atomic mass ) wird die Masse von Atomen chemischer Elemente bezeichnet. Es wird zwischen relativer und absoluter Atommasse unterschieden, angegeben in kg, g oder u ( u = amu -> atomic mass unit ).

Atomradius ( Van der Waals )

Der Radius des Van der Waals bezeichnet den Radius einer gedachten harten Kugel, welche als Modell für das Verhalten eines Atoms zu Hilfe gezogen wird. Die Ermittlung ergibt sich durch die Abstände nichtverbundener Atompaare in Kristallen.

Benannt ist der Radius nach Johannes Diderik van der Waals, welcher im Jahr 1910 mit einem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde.


Dichte

Die Dichte ist eine physikalische Eigenschaft eines Materials und wird gelegentlich auch spezifisches Gewicht genannt. Sie ist das Verhältnis der Masse eines Körpers zu seinem Volumen.

Körper in einer Flüssigkeit, die eine geringere Dichte haben, steigen nach oben. Körper mit größerer Dichte sinken dem entsprechend nach unten. So schwimmt z. B. Eis auf Wasser. Es verdrängt dabei das Volumen an Wasser, das die gleiche Masse wie das Eis hat. Bei Gasen ist es ähnlich. Ein mit Helium gefüllter Luftballon schwebt in der Luft, da das Helium bei gleichem Druck und gleicher Temperatur eine geringere Dichte hat als Luft. Die Dichte der Materialien hängt immer von der Temperatur ab. Bei Gasen kommt noch ein wenig der Druck hinzu. Die Dichte von z. B. hölzernen Stoffen ist zudem von der Luftfeuchte abhängig. Um Messergebnisse vergleichen zu können gibt es ein so genanntes Normalklima. Bei porösen Stoffen wird zudem zwischen der Rohdichte und der Reindichte unterschieden.

Elektronegativität nach Pauling

Die Elektronegativität ist ein ungefähres Maß für die Fähigkeit eines Atoms in einer Bindung das bindende Elektronenpaar an sich zu ziehen. Die Elektronegativität kann daher als Anhaltspunkt für die Polarität einer Bindung genommen werden. Je höher der Unterschied in der Elektronegativität der gebundenen Elemente desto polarer ist die Bindung.

Es sind zwei Systeme zum Messen der Elektronegativität in Gebrauch: die Pauling - Skala und die Mulliken - Skala. Die Allred - Rochow Skala wird heut zu Tage eher selten verwendet. Nachfolgend wird hier nur auf die Pauling - Skala eingegangen.

Die Pauling - Skala ist eine weitverbreitete, von Linus Pauling 1932 erstellte empirische Definfition der Elektronegativität. Sie stützt sich weder auf Messwerten noch auf Modellberechnungen und ist daher nur qualitativ und nicht quantitantiv. Das Element Fluor hat z. B. die höchste Elektronegativität, die mit dem Zahlenwert 4,0 festgelegt wurde und keine Einheit besitzt. Die niedrigste Elektronegativität hat Francium mit 0,7. Alle anderen Elemente liegen zwischen diesen beiden Werten.

Elektronenkonfiguration

Bei der Elektronenkonfiguration wird die Verteilung der Hüllenelektronen der Atome auf den verschiedenen Energiezuständen angegeben. Oft ist der Begriff Energiezustand auch unter dem Namen Aufenthaltsraum oder auch Orbital bekannt. Es muss sich mindestens eine der Quantenzahlen von den zwei Elektronen unterscheiden, wobei die Hauptquantenzahl n die Hauptenergiestufe ( Schale ) bestimmt. Die äusserste Schale bestimmt hierbei die Periode des Elementes im Periodensystem. Die einzelnen Schalen werden durchnummeriert, beginnend mit 1 und dann aufwärtszählend. Es besteht auch die Möglichkeit die Bezeichnung mittels Buchstaben vorzunehmen, z. B. O, P, Q, ... . Zur Ermittlung der maximalen Anzahl von Elektronen steht Ihnen folgende Formel zur Verfügung : 2 x n2 Die Nebenquantenzahl l, oder auch Drehimpuls genannt, teilt die Schale in Unterschalen ein. Die Schale n besitzt genau n Unterschalen, nummeriert mit Zahlen oder Buchstaben. Wenn die Unterschale in 2l + 1 Orbitale unterteilt wird spricht man von der magnetischen Quantenzahl, welche von -1 bis +1 durchnummeriert ist. Pro Orbital zählt man zwei Elektronen, welche sich in ihrem Spin unterscheiden. Beschrieben wird die Elektronenkonfiguration eines Atomes durch Angeben der besetzten Schalen. Die Nummer der Schale folgt dabei dem Buchstabe für die Unterschale und hochgestellt die Anzahl der Elektronen in der Schale. Es würde sich für eine mit 5 Elektronen besetzte 2. Unterschale der 2. Schale die Schreibweise 2p5. Wenn es jedoch mehrere Schalen geben sollte wird die gemeinsame Schale weggelassen. Aus 2s22p3 würde dann 2s2p3. Üblicher Weise wird noch eine grafische Anschauung ( Zellenschreibweise ) hinzugefügt.

Elektronische Schalen

Die elektronische Konfiguration von einem Atom ist die Beschreibung der Einordnung von Elektronen in einem Kreis um einen Kern. Diese Kreise sind nicht exakt rund- sie haben ein wellenartiges Muster. Für jeden Kreis wird die Wahrscheinlichkeit für ein Elektron an einem gewissen Ort nach einer bestimmten mathematischen Formel berechnet. Jeder Einzelne von diesen Kreisen hat ein gewisses Level an Energie- im Vergleich zu dem Kern. Gewöhnlich ist das Energielevel der Elektronen wegen ihrer Ladung höher, wenn sie weiter vom Kern entfernt sind. Elektronen können auch die Energielevel von jedem anderen beeinflussen. Normalerweise wird die Mitte des Kreises zu erst aufgefüllt, aber da gibt es vielleicht eine Ausnahme infolge der Abstossung. Die Kreise sind in Schalen und Ersatzschalen geteilt, welche eine Nummer aufgrund der Bedeutung der Anzahl bekommen.

Ionenradius

Wenn Atome Elektronen abgeben bzw. aufnehmen ändern sich die Radien, wobei zwischen Atom- und Ionenradien unterschieden werden muss. Wenn ein Atom durch Elektronenabgabe ein Kation bildet verkleinert sich der Radius, da durch die Kernladung die restlichen Elektronen stärker angezogen werden. Bei der Anionbildung ( Aufnahme eines Elektrons ) wird der Radius durch die zusätzliche negative Ladung, welche die Schale aufweitet, grösser.

Ionisierungsenergie

Als erste Ionisierungsenergie wird die Einheit verstanden, welche zur vollständigen Abtrennung des am wenigsten fest gebundenen Elektrons von einem Atom im Grundzustand aufzuwenden ist. Des Weiteren wird die Energie, welche benötigt wird um weitere Elektronen zu entfernen, als zweite, dritte etc. Ionisierungenergie bezeichnet. Umso mehr Elektronen entfernt werden, umso mehr Energie muss aufgewendet werden.

Isotope

Das Wort "Isotope" kommt aus dem griechischen und bedeutet soviel wie "gleicher Ort", womit das Periodensystem gemeint ist. Isotope sind Atome, welche die gleiche Ordnungszahl mit unterschiedlichen Massenzahlen haben. Das heisst, sie unterscheiden sich nur nach ihrer Anzahl von Neutronen im Atomkern. Im Allgemeinen besitzt jedes Element mindestens ein, wenn nicht mehr, stabile Isotope, während weitere Isotope radioaktiv und somit instabil sind und mit der Zeit zerfallen. Natürlich gibt es auch Elemente, wo alle Isotope sehr schwach sind und zerfallen. Zinn ist ein Element mit 10 Isotopen und damit hat es auch die grösste Anzahl an Isotopen. Bei 20 Elementen ( Reinelemente ) gibt es nur ein stabiles Isotop. Jedoch unterscheiden sich die Isotope nur sehr geringfügig bei ihren chemischen Reaktionen. Ein gutes Beispiel hierfür wäre die Elektrolyse von Wasser, bei der das Wasser mit 1H reagiert und in Wasser- und Sauerstoff zerlegt wird, während sich die Wassermoleküle mit schwerem Wasser im Restwasser anreichern.

Ordnungszahl

Die Ordnungszahl, auch als Atomnummer oder Kernladungszahl bezeichnet, gibt die Anzahl der Protonen in einem Atomkern an. Atome, welche die gleiche Ordungszahl haben, gehören zum selben Element. Die Ordnungszahl wird links neben dem Elementsymbol angegeben, z. B.: 1H ( Wasserstoff ). Da aber das Elementsymbol die Ordnungszahl wiedergibt, wird die Ordnungszahl selten in dieser Form ausgeführt.

Schmelzpunkt

Als Schmelzpunkt oder Schmelztemperatur bezeichnet man die Temperatur bei der ein Stoff schmilzt, d. h. vom festen in den flüssigen Aggregatzustand wechselt. Der Schmelzpunkt ist abhängig vom Stoff und vom Druck und ist gleich dem Gefrierpunkt. Kristalline Werkstoffe schmelzen während einer Haltezeit der Temperatur. Der Grund hierfür ist der Energieunterschied zwischen kristallinem und flüssigem Zustand. Da die Kristallstruktur einen niedrigeren energetischen Zustand als die Schmelze hat wird die Differenzenergie beim Erschmelzen absorbiert. Demzufolge haben amorphe Werkstoffe eine Übergangstemperatur und keinen Haltepunkt. Der Schmelzpunkt von Wasser ist 0 °C oder 273 K.

Siedepunkt

Als Siedepunkt, auch unter Siedetemperatur oder Kochpunkt bekannt, definiert man die Temperatur bei der ein Stoff siedet, d. h. vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand wechselt ( z. B. Wasser bei 100 °C bzw. 373,16 K ). Am Siedepunkt wird der Dampfdruck eines Stoffes den Umgebungsdruck erreichen. Der Siedepunkt ist abhängig von dem Stoff und von dem Druck und identisch mit dem Kondensationspunkt. Reinstoffe haben einen Siedepunkt, homogene Gemenge dagegen einen Siedebereich.

Standardpotenzial

Unter Standardpotenzial versteht man das Potenzial einer Redoxreaktion (wenn ein Ausgleich vorliegt) in Relation zu Null. Wenn das Standardpotenzial die Null überschreitet sprechen wir von einer Oxidationsreaktion. Wenn das Standardpotenzial unterhalb Null ist von einer Reduktionsreaktion. Dieses Standardpotenzial der Elektronen wird in Volt (V) mit dem Symbol V° ausgedrückt.

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