Materialien: Klassifizierung, Eigenschaften und Anwendungen

Materialklassifizierung und Eigenschaften

Materialien können nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden:

Nach der Quelle:

• Natürliche Materialien: Aus natürlichen Quellen gewonnen (tierisch, pflanzlich, mineralisch).
• Hergestellte Materialien: Durch Veränderung oder chemische Verfahren erzeugt.

Nach den Eigenschaften:

• Metalle und Metalllegierungen: Gewonnen aus Mineralien, meist dicht, gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, verformbar.
• Polymere: Große Strukturen aus Monomeren, natürlich oder synthetisch, Duroplaste (nicht schmelzend) und Thermoplaste (schmelzend).
• Keramiken: Spröde, schwere, thermische und elektrische Isolatoren, hergestellt durch Schmelzen von Siliciumdioxid, Soda und Kalk. Ton entsteht durch Zersetzung von Mineralien.

Grundlegende Bausteine der Materie

• Atom: Kleinste unteilbare Einheit der Materie.
• Proton: Kernteilchen mit positiver Ladung (+).
• Neutron: Kernteilchen ohne Ladung.
• Elektron: Teilchen in der Atomhülle mit negativer Ladung (-).
• Isotope: Atome mit unterschiedlicher Neutronenzahl, aber gleicher Protonenzahl.
• Ionen: Atome, die Elektronen verlieren oder gewinnen.
• Anion: Negativ geladenes Ion (Elektronenüberschuss).
• Kation: Positiv geladenes Ion (Elektronenmangel).
• Ordnungszahl: Anzahl der Protonen im Kern.
• Massenzahl: Summe der Protonen und Neutronen im Kern.

Radioaktivität

Radioaktivität ist ein Phänomen, bei dem sich Atome eines Elements in Atome eines anderen Elements umwandeln. Sie wurde 1896 von Henri Becquerel entdeckt.

• Ursprung: 87% kosmische Strahlung, 13% Industrie (menschliche Aktivität), 0,1% Kernenergie.
• Radioaktiver Zerfall: Atome zerfallen allmählich. Die Halbwertszeit ist die Zeit, in der sich die Menge eines radioaktiven Elements halbiert.
• Künstliche Radioaktivität: Entsteht in der Kernenergie, ähnliche Eigenschaften wie natürliche Radioaktivität, aber Kerne werden künstlich hergestellt.

Anwendungen der Radioaktivität:

• Altersbestimmung: Basierend auf der Halbwertszeit radioaktiver Isotope.
• Radiotherapie: Effiziente Methode zur Krebsbekämpfung.

Kernenergie

Kernenergie ist sehr energiereich und kann durch Spaltung oder Fusion gewonnen werden.

Kernspaltung:

Ein Uran-235-Kern absorbiert ein Neutron und zerfällt in zwei kleinere Kerne, wobei neue Elemente und weitere Neutronen freigesetzt werden. Diese Neutronen können weitere Uran-Kerne spalten (Kettenreaktion), wodurch eine große Menge Energie freigesetzt wird.

Kernfusion:

Zwei leichtere Kerne verschmelzen zu einem schwereren Kern und setzen dabei eine große Menge Energie frei.

Reine und unreine Stoffe

• Reine Stoffe: Bestehen aus einer einzigen, homogenen Substanz.
• Elemente: Bestehen aus einer Art von Atomen.
• Verbindungen: Bestehen aus verschiedenen Arten von Atomen.
• Elektrolyse: Zersetzt eine Substanz durch elektrischen Strom.
• Nicht reine Stoffe (Gemische): Mischungen aus reinen Substanzen.
• Homogene Gemische: Komponenten nicht mit bloßem Auge unterscheidbar.
• Heterogene Gemische: Komponenten mit bloßem Auge unterscheidbar.

Physikalische und chemische Veränderungen

• Physikalische Veränderung: Verändert nicht die Natur der Substanz.
• Chemische Veränderung: Es entstehen neue Stoffe, die vorher nicht vorhanden waren.
• Reagenz: Stoffe, die an einer chemischen Reaktion teilnehmen.