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Was ist ein Katalysator? Wieso werden Äpfel, wenn man sie anbeißt, braun? Warum wird im Winter Salz auf die Straßen gestreut? Und welche Stoffe stecken in Cremes, Shampoo und Zahnpasta? Kinder stellen Tausend Fragen. Wir Erwachsene hingegen trauen uns oft nicht mehr, genau nachzufragen. Schließlich müssten wir es ja längst wissen. Dabei gibt es gerade im Bereich der Chemie oft große Wissenslücken und vor allem jede Menge alltägliche Phänomene, die lohnen, genauer erläutert zu werden. Petra Cnyrim nimmt sich der häufigsten Fragen rund um die Chemie an und erklärt auf anschauliche Weise komplexe Zusammenhänge – sodass alle sie verstehen. Kohlenstoffdioxid oder CO2 – was ist das genau? Was bedeuten Reinigungsmittel für unsere Umwelt? Was hat Käse mit Chemie zu tun?
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Seitenzahl: 207
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Was passiert eigentlich, wenn etwas rostet?Was bedeuten die Zahlen in chemischen Formeln?Ist ein Edelgas wertvoller als andere Gase?
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Für Fragen und Anregungen
Wichtiger Hinweis
Ausschließlich zum Zweck der besseren Lesbarkeit wurde auf eine genderspezifische Schreibweise sowie eine Mehrfachbezeichnung verzichtet. Alle personenbezogenen Bezeichnungen sind somit geschlechtsneutral zu verstehen.
Originalausgabe
1. Auflage 2024
© 2024 by riva Verlag, ein Imprint der Münchner Verlagsgruppe GmbH
Türkenstraße 89
80799 München
Tel.: 089 651285-0
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Redaktion: Ulrike Reinen
Umschlaggestaltung: Isabella Dorsch
Umschlagabbildung: shutterstock.com/miniwide, bsd studio
Abbildungen im Innenteil: Adobe Stock/MicroOne, Zoya Miller
Satz: Satzwerk Huber, Germering
eBook by tool-e-byte
ISBN Print 978-3-7423-2663-8
ISBN E-Book (PDF) 978-3-7453-1943-9
ISBN E-Book (EPUB, Mobi) 978-3-7453-1944-6
Weitere Informationen zum Verlag finden Sie unter
www.rivaverlag.de
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INHALT
VORWORT
GRUNDLAGEN: 1×1 DER CHEMIE
Was machen Chemiker?
Was sind denn eigentlich Atome?
Was bedeuten die Zahlen in chemischen Formeln?
Was bezeichnet man als Kationen und Anionen?
Woraus setzt sich ein Molekül zusammen?
Was sind Elemente?
Wie entstehen chemische Verbindungen?
Warum heißen Edelgase so – sind sie wertvoller als die anderen Gase?
Wozu braucht man das Periodensystem und wer hat es erfunden?
Was bedeuten Perioden und Gruppen im PSE?
Was sind Elementkarten?
Wie sieht eine chemische Formel aus?
Was sind Salze in der Chemie?
Wie funktioniert eine Verbrennung und was ist eine exotherme Reaktion?
Was bezeichnet man als Oxidation?
Was ist ein Katalysator – befindet der sich nicht im Auto?
Was geschieht bei der Knallgasprobe im Chemieunterricht?
Wozu braucht man Katalysatoren?
Warum bezeichnet man Enzyme als Katalysatoren?
Was haben Metalle mit Chemie zu tun?
Was ist der Unterschied zwischen edlen und unedlen Metallen?
Nichtmetalle – was soll das denn sein?
Milchsäuregärung und Muskelkater: Worin besteht der Zusammenhang?
Gibt es einen Unterschied zwischen Fermentation und Gärung?
Was ist der pH-Wert?
Was ist Osmose?
Was passiert bei der Diffusion und wie unterscheidet sie sich von der Osmose?
Wie wird Wasser zu Eis und warum?
Man unterscheidet zwischen organischer und anorganischer Chemie – was bedeutet das eigentlich?
Welche Reaktionen sind typisch für die anorganische Chemie?
Um welche Stoffe geht es bei der organischen Chemie?
Was sind Ester?
Was haben Fette und Öle gemeinsam?
Wofür braucht der Körper die Fette?
Was bezeichnet ein Mol?
Wann spricht man von Isotopen?
WO UNS DIE CHEMIE IM ALLTAG BEGEGNET
Chemie in der Küche
Warum wird der Kuchen im Ofen immer größer?
Warum sollten die Ofenpommes nicht zu dunkel werden?
Welche Rolle spielt die Chemie beim Eierkochen?
Warum werden Äpfel, wenn man sie anbeißt, braun?
Kannten die Menschen von früher schon Lebensmittelchemie?
Haltbar machen durch Süßes und Saures?
Was passiert beim Salzen und Pökeln?
Welche Vorteile hat das Räuchern von Lebensmitteln?
Was geschieht beim Pasteurisieren und Sterilisieren?
Lassen sich Lebensmittel auch durch Trocknen haltbar machen?
Kann man Früchte mit Alkohol konservieren?
Warum erhöht Zucker die Wirkung von Alkohol?
Wie wird Wein hergestellt?
Was hat Käse mit Chemie zu tun?
Was hat die Anzahl der Löcher im Käse mit den Pupsen von Bakterien zu tun?
Wie können chemische Stoffe den Geschmack unserer Lebensmittel beeinflussen?
Kann man den Geschmack der Vanille, der »Königin der Gewürze«, auch chemisch erzeugen?
Was ist Bibergeil und stimmt es, dass daraus Vanillearoma hergestellt wird?
Kann Vanillin auch aus Kuhfladen gemacht werden?
Hat auch Deutschland ein eigenes Verfahren zur Herstellung von Vanillin erfunden?
Mit welchen chemischen Stoffen kann man die Beschaffenheit von Nahrungsmitteln beeinflussen?
Was hat es mit der Molekularküche auf sich?
Chemie in der Kosmetik
Wie viel Chemie steckt eigentlich in Cremes, Shampoo und Zahnpasta?
Wozu braucht man Parabene in Kosmetika?
Welche Wirkung haben Silikone auf Haut und Haare?
Was sind Silikone überhaupt?
Soll man Körperpflegeprodukte, die Silikone enthalten, lieber meiden?
Können Duftstoffe Allergien auslösen?
Was bewirken Alkohol und Aluminiumsalze im Deo?
Was sind Tenside?
Welche Arten von Tensiden gibt es?
Sind die Tenside in Hautreinigungsprodukten schädlich?
Wozu braucht man in der Kosmetik so viel Erdöl und welche Folgen hat das?
Wie schädlich ist Paraffin?
Gibt es überhaupt Kosmetik ohne Erdöl?
MOSH und MOAH – was ist das denn?
Welche Gefahren bergen Sonnenschutzmittel?
Was tun, wenn man Kosmetik mit etwas weniger Chemie kaufen möchte?
Chemie in der Luft
Kohlenstoffdioxid oder CO2 – was ist das eigentlich genau?
Was bedeutet der CO2-Kreislauf der Erde für Pflanzen, Tiere und Menschen?
Inwiefern schadet CO2 der Umwelt?
Was ist NOx?
Chemie in Wasch- und Putzmitteln
Wie sind die Wasch- und Putzmittel überhaupt entstanden?
Was bedeuten Reinigungsmittel für unsere Umwelt?
Was kannst du selbst tun, damit nicht mehr so viel Chemie in der Natur landet?
Kann man das Geschirr nicht einfach nur mit Wasser spülen?
Die Chemie in Verpackungen
Was steckt drin im Verpackungsmaterial?
Was bedeutet der Hinweis »BPA-frei« auf Verpackungen?
Sind alle Phthalate gesundheitsschädlich?
PFAS – warum nennt man sie Ewigkeitschemikalien?
Was weiß man über Oligomere?
DIE CHEMIE DES KÖRPERS
Welche Aufgaben hat der Stoffwechsel des Körpers?
Welche Stoffwechselvorgänge gibt es?
Was ist der Unterschied zwischen innerer und äußerer Atmung?
Was sind Enzyme und welche Rolle spielen sie im Körper?
Wie wirken und arbeiten Enzyme?
Was haben Proteine mit den Aminosäuren zu tun?
Wie wirken Medikamente im Körper?
DIES UND DAS
Warum ist Wasser nass?
Stimmt es, dass man den Rost vom Fahrrad mit Cola beseitigen kann?
Warum wird im Winter Salz auf die Straßen gestreut?
Warum sind keimende Kartoffeln angeblich giftig?
Woraus besteht Feuer?
Wie funktioniert die chemische Reinigung von Kleidung?
Aus was besteht die Luft, die wir atmen?
Warum muss man beim Zwiebelschälen immer weinen?
Was hat ein Tintenkiller mit Chemie zu tun?
Wie stellen Pflanzen durch Fotosynthese die Luft her, die wir zum Atmen brauchen?
Warum schmecken Tränen salzig?
Welchen Einfluss haben Antibiotika auf Bakterien?
BERÜHMTE CHEMIKER UND IHRE ENTDECKUNGEN
Welche Wissenschaftler legten die Grundsteine der Chemie?
Wer war die erste Frau, die einen Nobelpreis bekam – und dann gleich noch einen?
Welche bekannten Chemiker gab es noch?
ÜBER DIE AUTORIN
VORWORT
Das Wort »Chemie« ruft bei vielen leider oft erst einmal schlechte Gedanken hervor: Die einen erinnern sich an den Chemieunterricht in der Schule und damit an niemals enden wollende und unverständliche Abbildungen des Periodensystems. Für andere steht »Chemie« insgesamt für etwas Unheimliches und Unkontrollierbares. In dem Fall tauchen dann Bilder von Chemiefabriken, die giftige Abfälle in kleine Flüsse ableiten, vor dem inneren Auge auf. Oder man denkt an Versuche, die uns Menschen, die Tiere und die Natur gefährden. Und nicht zuletzt verunsichern uns die Berichte; wir denken an all die Chemie in unseren Lebensmitteln, Medikamenten und der Kleidung! Eine schwierige Ausgangslage also für die Chemie ...
Wenn man sich aber genauer mit ihr beschäftigt, findet man heraus, dass es dabei nicht immer um künstliche oder giftige Stoffe gehen muss, die sich in den Körper schleichen. Ganz im Gegenteil, denn ohne chemische Abläufe wäre unser Leben auf der Erde gar nicht möglich. Dazu kommen die vielen chemischen Helferlein, die uns unser Leben oft ganz schön erleichtern, ohne dass wir darüber nachdenken. Beispiele gefällig? Wenn es ums Überleben geht, wäre da schon mal ganz vorn unsere Atmung mit dabei. Denn ja, sobald wir Sauerstoff aus der Luft um uns herum filtern und danach als etwas anderes ausstoßen, hat unser Körper einen großen chemischen Prozess unternommen - er lebt, und das, ohne darüber nachdenken zu müssen und mithilfe der Chemie!
Auch im Alltag begegnet uns die Chemie immer wieder: Da wäre zum Beispiel der alte Trick, die Haushaltsgeräte, etwa einen Wasserkocher, mit etwas Essig ganz einfach vom Kalk zu befreien. Oder der Fleckenentferner, der uns dabei hilft, den Lieblingspulli zu reinigen. Und dann gibt es noch die Haarfarbe aus der Tube, die Aromen beim Kochen und überhaupt alles in unserer Welt, was sich verformt und verändert.
Chemische Vorgänge begegnen uns also jeden Tag um uns herum und sogar in uns drin! Die Chemie ist also vielleicht doch einen näheren Blick wert - und genau dafür ist dieses Buch entstanden. Es soll auf unterhaltsame und einfache Art einen kleinen Einblick in eine Wissenschaft ermöglichen, die am Ende gar nicht so schlecht ist wie von außen betrachtet manchmal vermutet.
Viel Spaß beim Lesen,
Petra Cnyrim
GRUNDLAGEN: 1 x 1 DER CHEMIE
Um zu verstehen, worum es in der Chemie geht, sollte man wissen, dass es sich dabei um eine Naturwissenschaft handelt. Das Wort »Chemie« kommt aus dem Altägyptischen und heißt so viel wie »schwarze Erde«. Denn schon damals haben sich die Menschen mit Chemie beschäftigt, indem sie geforscht haben, welche Stoffe es auf unserer Welt gibt und wie sie zusammengesetzt sind. In der Chemie geht es aber auch sehr oft um die Veränderung eines Zustands - sobald sich also ein Stoff verändert, ist das Chemie. Wenn neue Stoffe entstehen, nennt man das »Reaktionen«. Aber auch der Aufbau von Dingen hat mit Chemie zu tun. Denn alles, was auf der Erde existiert, besteht aus kleinsten Teilchen - den Molekülen.
Was machen Chemiker?
Schon zu Zeiten der alten Ägypter beschäftigten sich die Menschen mit Chemie, nur dass sie sich damals noch nicht als Chemiker, sondern als »Alchemisten« bezeichnet haben. Sie experimentierten mit verschiedenen Stoffen und versuchten zum Beispiel, auch Gold selbst herzustellen. Das hat zwar am Ende nicht funktioniert, dafür wurden dabei andere wichtige Dinge entdeckt, zum Beispiel die Herstellung von Porzellan.
Später kam eine Zeit, in der sich die Chemiker vor allem damit beschäftigt haben, was Atome und Moleküle sind und was sie damit zu tun haben, dass ein Stoff eine bestimmte Eigenschaft hat. Das waren die Grundlagen der Chemie, es wurde experimentiert und geforscht, um den Dingen im wahrsten Sinne des Wortes auf den Grund zu gehen. Danach begannen die Chemiker mit dem Wissen, das sie inzwischen hatten, selbst Stoffe herzustellen. Dabei sind Dinge entstanden, die wir heute alle ganz selbstverständlich und jeden Tag benutzen, wie zum Beispiel Plastik - ohne darüber nachzudenken, dass es sich dabei um reine Chemie handelt. Manchmal sind Stoffe entstanden, die uns zwar das Leben erleichtern, aber am Ende uns und der Umwelt schaden können. Aber auch das ist wieder ein Fall für die Chemiker, denn dann sind sie gefragt, wieder neue Stoffe zu erfinden, die das nicht tun.
In der Chemie wird also seit Jahrhunderten geforscht und es wird wohl auch immer so weitergehen. Aber Chemiker sind nicht nur dafür zuständig, ständig etwas Neues zu erfinden. Sie sind auch sehr wichtig, wenn es darum geht, Auskunft über den Zustand von etwas zu bekommen. Da wären zum Beispiel unsere Luft oder die Gewässer - wie können wir sie überprüfen? Denn es ist schließlich überlebenswichtig für uns, zu wissen, ob die Luft, die wir atmen, sauber ist oder ob unsere Gewässer noch nutzbar sind. Das alles können Chemiker mit ihren speziell dafür entwickelten Verfahren überprüfen und messen. Und in manchen Fällen können sie dann ein Gleichgewicht, das ins Wanken geraten ist, wiederherstellen.
Was sind denn eigentlich Atome?
Um zu erfahren, was ein Atom ist, muss man erst einmal wissen, dass alles, was sich auf unserer Erde befindet, in seinem kleinsten Teil aus unzähligen Atomen besteht - wir auch! Tiere, Pflanzen und sogar Wasser, Luft und Erde setzten sich aus diesen winzigen Teilchen zusammen. Sie sind so klein, dass wir sie nicht sehen können. Das geht nur mithilfe eines der modernsten und speziell dafür gebauten Mikroskope.
Bis jetzt hat man 118 verschiedene Arten von Atomen entdeckt, aber vielleicht gibt es noch mehr. Der Name »Atom« kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie »unteilbar«. Man hat es deshalb so genannt, weil man früher dachte, dass ein Atom das kleinste Teilchen von allem ist, was es gibt, und dass es eben deshalb nicht mehr geteilt werden kann. Inzwischen weiß man, dass man sogar Atome teilen kann. Denn jedes Atom hat einen Kern im Inneren, und um ihn herum schwirren winzige Teilchen, sodass es aussieht, als würden sie eine Wolke bilden. Es gibt zwei verschiedene Sorten von Teilchen, die dort herumsausen: die Protonen und die Neutronen. Beide sind elektrisch geladen, deshalb kann man mit Atomen auch Strom erzeugen. Man unterscheidet die Atome danach, wie groß ihr Kern ist. Das hängt damit zusammen, wie viele Protonen oder Neutronen um ihn herumflitzen. Auf der Hülle der Atome befinden sich die Elektronen. Normalerweise hat ein Atom genauso viele Protonen wie Elektronen. Die Protonen im Kern sind positiv geladen, die Elektronen negativ. Deshalb ist ein Atom elektrisch neutral - die beiden Ladungen heben sich gegenseitig auf. Die Elektronen auf der Außenhülle oder Schale von Atomen können abgegeben oder aufgenommen werden.
Atome sind immer die kleinsten Baustoffe eines Elements. Elemente sind Stoffe, die man nicht mehr teilen kann. Man kann auch sagen, es ist der reine Stoff, der nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden kann. Elemente bestehen aus nur einer Sorte von Atomen. Ein Beispiel für ein Element ist Sauerstoff O2. Die Sauerstoffatome haben die gleichen Eigenschaften.
Was bedeuten die Zahlen in chemischen Formeln?
Je nachdem, ob ein Atom Elektronen aufnimmt oder abgibt, ändert sich seine elektrische Ladung. Und das wird mit einem Plus oder einem Minus neben den Buchstaben (Abkürzungen der Namen) angezeigt. Ein paar Beispiele:
Natrium - die Abkürzung ist Na und daneben steht ein »+«. Warum? Weil Natrium positiv geladen ist, denn es hat ein Elektron abgegeben. Es gibt also mehr positive Ladung auf dem Atom als negative - also bekommt es ein Plus.
Kupfer - abgekürzt Cu, daneben steht ein »2+«. Das Kupferatom hat zwei Elektronen abgegeben und ist deshalb »zweifach positiv« geladen.
Umgekehrt können Atome auch Elektronen aufnehmen und bekommen dadurch eine negative Ladung. Sauerstoff (mit der Abkürzung O) hat deshalb eine 2 und ein Minus - es hat zwei Elektronen aufgenommen und ist dadurch zweifach negativ geladen.
Was bezeichnet man als Kationen und Anionen?
Wenn Atome ihre Ladung geändert haben, weil sie entweder Elektronen aufgenommen oder abgegeben haben, sind es geladene Atome. Diese geladenen Atome nennt man »Ionen«. Bei positiv geladenen Ionen spricht man auch von »Kationen«. Negativ geladene heißen »Anionen«. Damit man sich auch merken kann, welche die positiv geladenen und welche die negativen sind, gibt es eine kleine Eselsbrücke: In dem Wort Kationen kommt ein t vor. Wenn man es sich als ein etwas merkwürdiges Pluszeichen vorstellt, kann man sich leichter merken, dass die Kationen die mit dem Plus, also die positiv geladenen Atome sind.
Woraus setzt sich ein Molekül zusammen?
Jetzt weißt du schon, was Atome und Ionen sind. Ein Molekül ist die chemische Verbindung aus zwei oder mehreren Atomen. Es kann entweder aus lauter gleichen Atomen oder aus verschiedenen zusammengesetzt sein. Manche Moleküle haben eine Ladung, sie kann positiv oder negativ sein - in dem Fall sagt man: Das Molekül ist »ionisch geladen«. Es gibt aber auch Moleküle, die keine Ladung haben - sie sind »neutral«.
Nehmen wir als Beispiel Wasser: Die chemische Abkürzung ist H2O. Warum? Weil sich in diesem Fall zwei Wasserstoffatome mit der Abkürzung H und ein Sauerstoffatom O zusammentun. Heraus kommt dann ein Molekül Wasser. Ein Tropfen Wasser hat übrigens 1 Trilliarde (eine 1 mit 21 Nullen!) Moleküle!
Es gibt kleine Moleküle wie das Wassermolekül, aber auch viel größere. Sie bestehen dann aus Tausenden Atomen und man nennt sie »Makromoleküle«. Kunststoffe setzten sich zum Beispiel aus solchen Makromolekülen zusammen. Aber auch Eiweiße, und in solchen Makromolekülen aus Eiweißen ist unter anderem die ganze Erbbotschaft unseres Körpers gespeichert!
Was sind Elemente?
Ein chemisches Element ist ein Stoff, der nicht mehr mithilfe chemischer Verfahren in andere Stoffe zerlegt werden kann. Die kleinste Menge eines Elements ist ein Atom (s. Seite 11). Ohne Elemente gibt es keine chemischen Reaktionen. Die Atome eines Elements haben immer die gleiche Kernladungszahl, auch Ordnungszahl genannt. Was ist das? Die Kernladungszahl gibt an, wie viele Protonen im Atomkern sind. Und bei den Elementen haben alle Atome immer die gleiche Anzahl an Protonen im Kern. Genauso ist es mit der Elektronenhülle des Kerns, sie ist bei den Elementen auch immer gleich. Man sagt: Die Atome eines Elements verhalten sich chemisch identisch.
Es gibt aber auch bei den Elementen einen Unterschied zwischen den sogenannten »Reinelementen« und den »Mischelementen«. Die Reinelemente haben nur eine Sorte von Atomen, während die Mischelemente aus zwei oder mehreren Sorten bestehen. In dem Fall ist zwar auch die Anzahl der Protonen im Kern gleich, aber die Neutronenzahl weicht ab.
Die meisten Elemente in der Chemie sind Mischelemente. Von den 118 Elementen, die wir kennen, sind nur 22 Reinelemente. Hier einige Beispiele:
Helium (He)
Bor (B)
Sauerstoff (O)
Fluor (F)
Natrium (Na)
Schwefel (S)
Chlor (Cl)
Iod (I)
Uran (U)...
Wie entstehen chemische Verbindungen?
Die Elemente können chemische Verbindungen eingehen, und damit man einen Überblick und eine Ordnung in die ganzen 118 Elemente bekommt, hat man das Periodensystem erfunden (s. Seite 17).
Grundsätzlich unterscheidet man bei den Elementen zwischen Metall und Nichtmetall. Fast alle Elemente können untereinander Verbindungen eingehen, in dem Fall schließen sich die Atome zu Molekülen oder Ionen zusammen (s. Seite 13).
Es gibt drei verschiedene Arten, wie sich Elemente chemisch miteinander verbinden können:
Die molekulare Verbindung: Sie entsteht, wenn sich zwei Nichtmetalle miteinander verbinden.Die ionische Verbindung kann nur gelingen, wenn sich Metall und Nichtmetall miteinander verbinden und zusätzlich unterschiedliche Ladungen haben. Genauer gesagt muss eines der beiden ein Kation und das andere ein Anion sein. Also ein Ion positiv und das andere negativ geladen - sonst funktioniert es nicht.Die metallische Verbindung: Sie entsteht, wenn sich zwei oder mehrere Metalle miteinander verbinden.Warum heißen Edelgase so - sind sie wertvoller als die anderen Gase?
Edelgase bestehen nicht etwa aus einem wertvollen Stoff, vergleichbar mit Edelsteinen oder Ähnlichem. Sie haben ihren Namen deshalb, weil man annahm, dass diese Gase der Hauptgruppe der Elemente (s. Seite 17) nicht mit anderen Stoffen reagieren würden. Das liegt an ihrer voll besetzten Elektronenschale, die es - so dachte man - unmöglich macht, dass sich die Edelgase mit anderen Elementen verbinden. Inzwischen haben die Chemiker es geschafft, dass die Edelgase doch manchmal mit anderen Stoffen reagieren. Das sind dann die sogenannten »Edelgasverbindungen«. Es ist aber extrem schwer und nur mit einem sehr hohen Aufwand möglich, manche der doch sehr reaktionsunfreudigen Edelgase so weit zu bringen.
Edelgase sind aber gerade wegen ihrer Eigenschaft, sich so schwer mit anderen Stoffen zu verbinden, sehr beliebt, wenn es darum geht, genau das als Vorteil zu nutzen. Denn dadurch kann man sie zum Beispiel ganz wunderbar als Schutzgase nutzen - sie sind ungiftig und unbrennbar. Außerdem haben sie keinen Geruch und keine Farbe. Das einzige Edelgas, das für den Menschen gefährlich sein kann, ist Radon, weil es radioaktiv ist.
Edelgase kommen immer dann zum Einsatz, wenn man die Reaktion von anderen Stoffen mit der Luft, also mit Sauerstoff, verhindern möchte. Und das kommt öfter vor, als man zuerst denken mag. Denn zum Beispiel werden in allen Leuchtmitteln, wie Glühbirnen oder Neonröhren, Edelgase eingesetzt. Sie werden eingefüllt, damit sie im Fall der Glühbirnen verhindern, dass der Glühfaden der Birne zu schnell verbrennen würde, wenn sich Luft darin befände. Das eingefüllte Edelgas verhindert die Verbindung und dadurch hält auch der Glühfaden lange durch. Und Neonröhren funktionieren überhaupt nur deshalb, weil sie voller Edelgas sind. In dem Fall wird mithilfe von Strom das Edelgas selbst zum Leuchten gebracht.
Manchmal kann man sich mit den Edelgasen aber auch einen Spaß machen. Wenn man zum Beispiel einen Mund voll Helium einatmet und dann spricht, bekommt man eine Stimme, als wäre man gerade einem Comic entsprungen. Das liegt daran, dass sich Schallwellen in Helium schneller verteilen können als in normaler Luft.
Diese Elemente gehören zu den Edelgasen: Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon.
Wozu braucht man das Periodensystem und wer hat es erfunden?
Das Periodensystem der Elemente, kurz PSE genannt, ist eine Tabelle, die dir helfen soll, einen Überblick über die chemischen Elemente zu bekommen. Sie sind nach ihren Ordnungszahlen (s. Seite 14) aufgelistet und in Zeilen und Spalten eingeteilt. Die Zeilen stehen für die Perioden, die Spalten für die Gruppen. Die Ordnungszahlen befinden sich in den einzelnen Kästchen für die Elemente immer links oben in der Ecke. Generell werden die Elemente nach zwei Punkten in Gruppen und Perioden eingeteilt: nach dem Aufbau ihrer Atome und nach der chemischen Eigenschaft.
Das erste Periodensystem erfand Johann Döbereiner 1816. Ihm war aufgefallen, dass sich manche Elemente gleich verhielten. Er fasste also alle Elemente, die ähnliche Eigenschaften hatten, immer zu Dreiergruppen zusammen. Die nannte er »Triaden«. Mithilfe dieses Grundmodells fingen andere Chemiker an, das Periodensystem noch genauer zu machen. Das waren zum Beispiel die Chemiker Dmitri Mendelejew und Lothar Meyer. Sie verfeinerten den Entwurf von 1816, und 1869 war das erste neue PSE fertig. Es beschrieb immerhin schon 60 Elemente. Von diesem Zeitpunkt an wurden immer neue Elemente und ihre Eigenschaften zum PSE hinzugefügt, bis es schließlich die 118 Stück waren, die wir auch heute noch benutzen.
Was bedeuten Perioden und Gruppen im PSE?
Perioden sind im PSE, dem Periodensystem (s. Seite 17), die Zeilen, in denen diejenigen Elemente eingetragen werden, welche die gleiche Anzahl von Schalen in der Elektronenhülle haben. Sie werden im PSE von oben nach unten gezählt und es gibt sieben Stück. Nach dem Schalenmodell geht man davon aus, dass sich die Elektronen des Atoms auf sogenannten Schalen bewegen. Das kann man sich wie bei einer Zwiebel vorstellen: Die Elektronen kreisen auf verschiedenen Schichten um den Atomkern. Wie viele Schalen ein Atom besitzt, hängt davon ab, wie viele Elektronen es hat. Je mehr Elektronen es sind, umso mehr Schalen hat das Atom auch. Denn auf eine Schale passt nur eine bestimmte Anzahl an Elektronen. Wenn eine Schale voll ist, es aber immer noch Elektronen gibt, werden sie auf neue Schalen verteilt. Die neuen Schalen »wachsen« dann wie bei einer Zwiebel um die alten herum. Jede Schale hat sozusagen eine genaue Anzahl an Plätzen, die frei für die Elektronen sind.
In die erste Schale, die dem Kern am nächsten ist, passen zum Beispiel gerade zwei Elektronen, während die zweite Schale schon acht aufnehmen kann. Wie viele Schalen sich am Ende insgesamt um den Atomkern gebildet haben, kann man an der Periode ablesen. Ein Beispiel: Wenn man die erste Periode im PSE nimmt, dann findet man dort zwei Elemente: Wasserstoff (H) und Helium (He). Warum? Weil in der ersten Periode die Elemente angezeigt werden, die nur eine Schale für ihre Atome haben, und das sind diese beiden: H und He. Wenn man sich die Ordnungszahlen der beiden ansieht, stellt man fest, dass der Wasserstoff ein Elektron und das Helium zwei Elektronen hat. Das heißt, dass beim Wasserstoff nur einer von zwei Plätzen mit einem Elektron besetzt ist. Beim Helium sind es zwei, und damit ist die Schale voll, weil auf die erste Schale ja immer nur höchstens zwei Elektronen passen.
Sobald eine neue Schale »eröffnet« wird, weil die vorherige voll ist, rutscht das Element im PSE auch um eine Periode weiter. Das ist dann zum Beispiel beim Lithium (Li) der Fall. Es hat die Ordnungszahl 3 - also hat es drei Elektronen. Das heißt, dass die erste Schale mit zwei Stück besetzt ist und eine weitere eröffnet wird, damit das dritte Elektron auch noch Platz hat. Im Periodensystem sieht man das zum einen an der Ordnungszahl, Lithium hat die 3 wegen der drei Elektronen. Und zum anderen befindet es sich in der zweiten Periode, weil wegen des dritten Elektrons eine zweite Schale »gebaut« wurde.
Gruppen im PSE nennt man Atomgruppen, die in Verbindungen vorkommen und die das Verhalten und die Eigenschaften der Verbindung beeinflussen. Chemische Verbindungen, die der gleichen Gruppe angehören, haben oft sehr ähnliche Eigenschaften und werden deswegen zu »Stoffklassen« zusammengefügt.
Die Gruppen verlaufen im PSE von links nach rechts, und es gibt 18 Spalten, die für die verschiedenen Gruppen stehen. Die Spalten sind in acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen aufgeteilt. Die Nebengruppen stehen im PSE sozusagen zwischen den Hauptgruppen. Das heißt, dort stehen die ersten beiden Hauptgruppen links, dann kommen die Nebengruppen und auf der rechten Seite befinden sich dann die restlichen sechs Hauptgruppen. Zu den Hauptgruppen gehören zum Beispiel die Alkalimetalle, die Halogene und die Edelgase.
Was sind Elementkarten?
Jedes Element hat eine eigene Karte im Periodensystem (s. Seite 17). Das ist wie eine eigene Visitenkarte. Sie sehen, je nachdem, für welche Gestaltung eines PSE man sich entscheidet, immer etwas verschieden aus. Deshalb gibt es Periodensysteme mit Elementkarten, auf denen man alles über das jeweilige Element erfährt. Und andere, die etwas weniger preisgeben. Aber das, was als Grundinformation draufsteht, ist immer gleich:
Ordnungszahl: Sie ist links oben auf der Karte zu sehen. Wie du schon erfahren hast, erkennt man an der Ordnungszahl, wie viele Protonen beziehungsweise Elektronen ein Atom des jeweiligen Elements hat. Beispiel: Sauerstoff hat die Ordnungszahl 8 auf der Elementkarte stehen. Das heißt, er hat acht Protonen und genauso viele Elektronen.
