Grundlagen der Chemie: Bindungen, Atome und Periodensystem

Eigenschaften von Ionenverbindungen

• Aggregatzustand: Fest bei Raumtemperatur.
• Struktur: Sie bilden Kristallgitter und Kristalle, niemals Einzelmoleküle.
• Löslichkeit: Sie sind wasserlöslich.
• Leitfähigkeit: Sie leiten Elektrizität im geschmolzenen oder gelösten Zustand.
• Härte: Sie besitzen eine große Härte (Widerstand gegen Zerkratzen), sind jedoch spröde (fragil).
• Temperatur: Hohe Schmelz- und Siedetemperaturen.

Eigenschaften molekularer Substanzen

Moleküle entstehen durch kovalente Bindungen. Da die intermolekularen Kräfte schwach sind, sind die meisten dieser Stoffe gasförmig (wie O₂, N₂, NH₃) oder flüssig (wie H₂O). Feste molekulare Stoffe sind meist weich. Sie weisen niedrige Schmelz- und Siedetemperaturen auf, leiten keinen elektrischen Strom und sind oft nur schwer in Wasser löslich.

Eigenschaften kovalenter Kristalle

Diese Festkörper bilden Kristalle aus Atomen, die durch kovalente Bindungen in allen drei Raumrichtungen fest miteinander verbunden sind. Sie sind in allen Lösungsmitteln unlöslich. Zudem leiten sie keine Elektrizität (eine Ausnahme bildet Graphit). Sie sind sehr hart und spröde und besitzen extrem hohe Schmelz- und Siedetemperaturen (ca. 1200 bis 3600 °C).

Eigenschaften von Metallen

Metalle sind fest, da sie Metallgitter bilden (mit Ausnahme von Quecksilber, Hg, das flüssig ist). Sie besitzen einen typischen metallischen Glanz und leiten Wärme sowie Strom durch die hohe Beweglichkeit der Elektronen. Metalle sind unlöslich in H₂O, duktil (verformbar), weich bis zäh. Ihre Schmelz- und Siedepunkte liegen im mäßigen bis hohen Bereich (-39 °C bis 3400 °C) bei einer meist hohen Dichte.

Das Kernmodell des Atoms

Die Idee, dass Körper aus winzigen, unteilbaren Teilchen bestehen, stammt ursprünglich von dem Griechen Demokrit. Der englische Chemiker John Dalton griff diese Idee 1805 in seiner Atomtheorie der Materie wieder auf. Nach Dalton sind Atome unteilbar und bleiben in chemischen Prozessen unverändert.

Das Goldfolien-Experiment

Der Physiker Ernest Rutherford bombardierte eine dünne Goldfolie mit Alpha-Strahlen. Er erwartete, dass alle Teilchen die Folie ungehindert durchdringen würden. Dies war jedoch nicht der Fall: Einige Partikel prallten ab, wurden umgeleitet oder zeigten andere unerwartete Reaktionen.

Das Bohr-Modell und das Wasserstoffspektrum

Niels Bohr entwickelte ein Modell für das Wasserstoffatom, um die elektronische Struktur der Hülle und das Atomspektrum dieses Elements zu erklären. Es basierte auf drei Kriterien:

• Die Elektronen kreisen auf festen Bahnen um den Kern.
• Es existieren nur Bahnen, auf denen Elektronen bestimmte Energiewerte besitzen (Energieniveaus).
• Wenn ein Elektron von einer höheren auf eine niedrigere Ebene wechselt, wird die Energiedifferenz als Licht abgestrahlt.

Geschichte des Periodensystems

J. Berzelius führte 1813 die erste Klassifizierung ein, indem er die Elemente in Metalle und Nichtmetalle unterteilte. J. A. Newlands formulierte das Gesetz der Oktaven: Werden alle Elemente nach steigender Atommasse geordnet, ähneln die Eigenschaften jedes achten Elements denen des ersten. L. Meyer erkannte Regelmäßigkeiten im Atomvolumen. Zeitgleich präsentierte D. Mendelejew sein Periodensystem, in dem die Elemente nach steigender Atommasse angeordnet waren. In den vertikalen Spalten erschienen Elemente mit ähnlichen chemischen Eigenschaften (Familien), wobei er Lücken für noch unentdeckte Elemente ließ. H. Moseley schlug später vor, die Elemente nach der steigenden Ordnungszahl Z zu ordnen. A. Werner und F. Paneth entwickelten schließlich das heute gebräuchliche Langperiodensystem.