Relative Atommasse, Radioaktivität, Wasser und Polymere

Relative Atommasse und Kernstrahlung

Die relative Atommasse (Ar) und die Atommasse ist die Masse eines Atoms, gemessen im Vergleich mit dem Kohlenstoff-12-Atom.

Alpha-, Beta- und Gamma-Strahlung

• Alpha-Teilchen: bestehen aus zwei Protonen und zwei Neutronen; es sind die Kerne von Helium-Atomen. Beim Aussenden eines Alpha-Teilchens verringert sich die Massenzahl A um 4 und die Ordnungszahl Z um 2.
• Beta-Teilchen: Beta-Teilchen sind schnelle Elektronen (Beta−). Sie entstehen beim Zerfall eines Neutrons zu einem Proton und einem Elektron. Bei der Aussendung ändert sich die Massenzahl A nicht, die Ordnungszahl Z erhöht sich jedoch um 1 (bei Beta−-Zerfall).
• Gamma-Strahlung: Gamma-Strahlung ist hochenergetische elektromagnetische Strahlung. Die Aussendung von Gamma-Quanten verändert weder die Ordnungszahl noch die Massenzahl, da es sich um eine Abgabe von Kernenergie handelt.

Ein Weg, ein radioaktives Isotop zu charakterisieren, ist die Halbwertszeit: die Zeit, in der die Hälfte der vorhandenen Kerne in einer Probe zerfällt.

Kernenergie und Kernspaltung

Kernenergie ist die Energie, die bei der Umwandlung oder dem Zerfall von Atomkernen freigesetzt wird (z. B. bei Kernspaltung oder Kernfusion).

Die Kernspaltung ist das Zerbrechen eines schweren Atomkerns in zwei Fragmente ähnlicher Masse. Dabei wird eine große Menge Energie freigesetzt und Neutronen werden emittiert. Neutronen werden häufig verwendet, um weitere atomare Kerne zur Spaltung anzuregen (Kettenreaktion).

Wasser: Eigenschaften und Struktur

Wasser bleibt bei vielen Temperaturen flüssig, während ähnliche Stoffe gasförmig sind.

Die Dichte des Wassers nimmt bis zu einem Maximum bei etwa 4 °C zu.

In Eis schwimmt es auf dem flüssigen Wasser.

Wasser ist ein ausgezeichneter Wärmespeicher und zeigt Widerstand gegen schnelle Temperaturänderungen (hohe Wärmekapazität).

Wasseroberflächenspannung ermöglicht es, dass Insekten auf der Oberfläche laufen können oder dass Objekte, die deutlich dichter sind, teilweise getragen werden.

Wasser kann bei sehr hohen Temperaturen in seine Elemente zerlegt werden (ungefähr bei 1500 °C unter geeigneten Bedingungen).

Es ist das beste Lösungsmittel und ein hervorragendes Transportmedium für viele Stoffe.

Im flüssigen Zustand sind einige Wassermoleküle miteinander verknüpft und bilden Cluster; andere Stellen sind mit einzelnen Molekülen besetzt.

Im festen Zustand sind die Moleküle in einem hexagonalen Gitter dicht und gebunden. Die Hohlräume des Gitters sind nicht mit einzelnen Molekülen besetzt, weshalb Eis eine geringere Dichte als flüssiges Wasser besitzt.

Kohlenwasserstoffe und Polymere

• Alkane: Beispiele: Methan. Verwendung: Heizen, Herdgas, Gas- und Dampfturbinenkraftwerke.
• Alkene: Ethen (Ethylen) wird zur Herstellung vieler organischer Polymere verwendet.
• Alkine: Ethin (Acetylen) ist ein farbloses Gas, das früher zur Beleuchtung und zur Erzeugung einer sehr heißen Flamme verwendet wurde.

Cellulose

Cellulose ist die häufigste organische Substanz auf unserem Planeten. Sie ist ein stützendes Material mit sehr langen Ketten und bildet einen wichtigen Rohstoff in vielen Branchen, einschließlich der Papierherstellung.

Naturkautschuk

Der Naturkautschuk ist ein Polymer aus dem Kohlenwasserstoff Isopren. Die Moleküle sind lang und flexibel und neigen zu wellenförmigen Anordnungen. Diese Eigenschaft wird durch das Vorhandensein von Doppelbindungen in den Makromolekülen verursacht. Durch Dehnung werden die Ketten gestreckt und nahezu parallel angeordnet; nach Entlastung neigen sie dazu, sich wieder zu kräuseln, weshalb Naturkautschuk elastisch ist.

Kunststoffe: Duroplaste

Duroplaste sind Kunststoffe, die nach dem Aushärten nicht wieder erweichen, wenn sie erwärmt werden. Ihre Moleküle bestehen aus langen Ketten, die fest und dauerhaft miteinander vernetzt sind. Diese Bindungen können beim Erwärmen nicht gelöst werden, sodass der Kunststoff seine Form behält. Beispiele: Bakelit, Melamin- und Epoxidharze.

Kunststoffe: Thermoplaste

Thermoplaste erweichen beim Erwärmen und lassen sich umformen; beim Abkühlen stabilisieren sie wieder ihre Form. Ihre Moleküle bestehen aus langen Ketten, die durch vergleichsweise schwache Wechselwirkungen (z. B. Van-der-Waals-Kräfte) zusammengehalten werden. Diese Wechselwirkungen werden beim Erwärmen gelöst, sodass der Kunststoff verformt werden kann und seine neue Form beim Abkühlen behält. Beispiele: Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol, PVC.

Elastomere

Elastomere haben hohe Elastizität und geringe plastische Härte. Ihre Moleküle bestehen aus langen Ketten, die quervernetzt und seitlich gefaltet sind. Elastomere werden auch als synthetische Kautschuke bezeichnet. Beispiele: Kautschuk (Gummi) und Neopren.