Grundlagen der Chemie: Stoffe, Atome, Ionen und Moleküle

Ein Material kann eine Mischung oder ein reiner Stoff sein. Reine Stoffe sind chemische Elemente oder chemische Verbindungen. Sauerstoff ist ein chemisches Element, das durch keinen chemischen Prozess zerlegt werden kann. Ein Wasser-Container ist ein Gemisch, das in Sauerstoff und Wasserstoff durch chemische Methoden zerlegt werden kann (z.B. durch einen elektrischen Strom). Ein Atom ist das kleinste Teilchen eines chemischen Elements. Materie wird durch diskontinuierliche und winzige Teilchen, Atome genannt, gebildet. Die Größe von Atomen liegt in der Größenordnung von 10^-12 Metern (= 1 Pikometer, pm, 0.000000000001 m, 1 pm = 10^-12 m).

Protonen: Tragen eine positive elektrische Ladung (+). Elementarladungen sind die kleinsten bekannten Ladungen. Jede elektrische Ladung ist ein ganzzahliges Vielfaches der Elementarladung. Die Masse eines Protons beträgt 1.67x10^-27 kg.

Neutronen: Sie haben keine elektrische Ladung und ihre Masse ist ungefähr gleich der des Protons. Protonen und Neutronen werden als Nukleonen bezeichnet.

Elektronen: Die elektrische Ladung des Elektrons ist gleich der des Protons, aber negativ. Elektronen haben eine sehr geringe Masse: das Elektron ist 1840-mal leichter als ein Proton.

Ordnungszahl (Z): Ist die Anzahl der Protonen im Atomkern.

Massenzahl (A): Ist die Anzahl der Protonen und Neutronen im Atomkern. A = Z + N.

Isotopennotation: (siehe Abbildung).

Isotope: Atome desselben Elements (gleiche Ordnungszahl Z) mit unterschiedlicher Anzahl von Neutronen N (unterschiedliche Massenzahl A).

Ionen: Atome oder Atomgruppen mit einer Netto-Ladung (entweder mehr oder weniger Elektronen).

Anionen: Ionen mit negativer Ladung (Elektronenüberschuss) (Cl^-, S^2-...).

Kationen: Ionen mit positiver Ladung (Elektronenmangel) (H⁺, He²⁺...).

Atommasse: Die Masse eines Atoms wird in amu (atomic mass units) ausgedrückt. 1 amu ist ein Zwölftel der Masse eines Kohlenstoff-12 Atoms. Die Masse eines Kohlenstoff-12 Atoms ist also 12 amu.

Molmasse: Ein Molekül ist eine definierte Anzahl von Atomen eines oder mehrerer Elemente. Die Masse eines Moleküls ist die Summe der Massen seiner atomaren Komponenten. Die durchschnittlichen Massen der Atome der einzelnen Elemente sind im Periodensystem angegeben. Bsp.: M[H₂O] = 1,0079 x 2 (m_H) + 15,9994 = 18,0152 amu.