Grundlagen der Chemie: Elemente und Bindungen

Eigenschaften von Metallen, Nichtmetallen und Edelgasen

Leitfähigkeit: Metalle leiten Wärme und Strom hervorragend. Nichtmetalle hingegen sind schlechte Leiter für Hitze und Elektrizität.

Aggregatzustand: Metalle sind bei Raumtemperatur fest (außer Quecksilber). Nichtmetalle können fest (C, S), flüssig (Br) oder gasförmig (O, N) sein. Edelgase sind bei Raumtemperatur immer gasförmig.

Ionenbildung: Metalle bilden in der Regel positive Ionen (Kationen). Nichtmetalle bilden negative Ionen (Anionen). Edelgase gewinnen oder verlieren keine Elektronen; sie bilden keine Ionen, da sie chemisch sehr stabil sind.

Weitere Merkmale: Etwa 75 % aller Elemente sind Metalle. Sie besitzen einen metallischen Glanz und sind dehnbar. Die meisten festen Nichtmetalle sind weich. Edelgase kommen in der Natur als isolierte Atome vor.

Das Atommodell und die Struktur des Periodensystems

Das aktuelle Atommodell erklärt, dass Atome in verschiedenen Entfernungen zum Kern auf Schalen oder Energieniveaus geordnet sind, auf denen sich die Elektronen befinden.

Perioden: Alle Elemente in der gleichen Periode haben ihre äußeren Elektronen in derselben Schale.

Gruppen: Alle Elemente der gleichen Gruppe haben die gleiche Anzahl an Elektronen in der äußersten Schale, was ihnen ähnliche chemische Eigenschaften verleiht.

Elektronenkonfiguration: Die erste Schale kann maximal 2 Elektronen aufnehmen, die folgenden Schalen maximal 8 Elektronen. Ein Atom besitzt eine stabile Konfiguration, wenn es 8 Elektronen in der letzten Schale hat (oder 2, wenn es nur eine Schale besitzt). Dies erklärt, warum Elemente bestimmte Bindungen eingehen.

Bioelemente und Spurenelemente

Bioelemente: Chemische Elemente, die Bestandteil von Lebewesen sind. Die häufigsten sind C, H, O, N, Ca, P, Mg, S, Na, K und Cl. Sie machen über 99 % der Masse dieser Wesen aus.

Spurenelemente: Diese Elemente kommen in einem geringeren Prozentsatz (ca. 0,1 %) in allen Lebewesen vor, sind jedoch essenziell für das Leben. Dazu gehören Fe, Zn, Mn, F, I, Cu und Co.

Chemische Bindungen und Kristallstrukturen

Moleküle: Die Vereinigung von zwei oder mehr Atomen durch eine kovalente Bindung. Dies tritt zwischen Nichtmetallen auf.

Chemische Bindung: Die Verbindung zwischen Atomen, um einen Stoff zu bilden.

Kovalente Bindung: Zwei Atome teilen sich ein oder mehrere Elektronenpaare. Dies geschieht zwischen Nichtmetallen.

Kristalle: Eine unbestimmte Anzahl von Atomen, die eine geordnete Struktur bilden.

Ionenkristalle: Atome sind durch ionische Bindungen verbunden. Dies geschieht meist zwischen Metallen (die Elektronen abgeben und Kationen bilden) und Nichtmetallen (die Elektronen aufnehmen und Anionen bilden).

Ionische Bindung: Zusammenhalt durch elektrische Kräfte zwischen Kationen und Anionen. Sie tritt zwischen Metallen und Nichtmetallen auf.

Das Periodensystem und metallische Bindungen

Das Periodensystem: Dmitri Mendelejew ordnete die Elemente nach ihrer Atommasse und gruppierte sie nach ihren Eigenschaften. Er gilt als Erfinder des Periodensystems.

Bindungen zwischen Atomen: Diese entstehen, weil Atome dazu neigen, eine volle äußere Schale zu erreichen:

• Metalle und Nichtmetalle: Führen zu Ionenstrukturen, in denen Kationen und Anionen binden.
• Nichtmetalle und Nichtmetalle: Führen zu Molekülen oder kovalenten Netzwerken.
• Metalle untereinander: Führen zu metallischen Gittern (z. B. Cu, Na, Ag).