Magst du Schokoladenkekse? Die meisten von uns. So wie dein Schokoladenkeks aus verschiedenen Zutaten besteht – Mehl, Zucker, Kakao, Backpulver und Schokoladenstückchen –, besteht alles auf der Welt aus verschiedenen Zutaten. Diese Zutaten nennt man Elemente, und wir werden in dieser Lektion mehr über „Elemente“ erfahren.
Lernziele
Lass uns anfangen.
Ein Element ist eine reine Substanz, die aus einer einzigen Atomart besteht und nicht in einfachere chemische Substanzen zerlegt werden kann. Elemente sind die Bausteine für die gesamte übrige Materie auf der Welt.
Beispiele für Elemente sind Eisen, Sauerstoff, Wasserstoff, Gold und Helium.
Es gibt 118 verschiedene Elemente, von denen jedoch nur 98 natürlich auf der Erde vorkommen. Alle 118 Elemente sind in einer Standardtabelle der Elemente, dem Periodensystem der Elemente, dargestellt. Vereinfacht ausgedrückt ist das Periodensystem eine Möglichkeit, die Elemente aufzulisten. Es sieht so aus:
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Es ist auch das leichteste Element.
Helium ist das zweithäufigste Element im Universum, auf der Erde jedoch sehr selten.
Diese Gase werden in Heißluftballons verwendet, da sie leichter als Luft sind und dem Ballon Auftrieb verleihen können, sodass er aufsteigt und in der Atmosphäre schwebt.
Jedes Element wird durch einen ein- oder zweistelligen Code dargestellt, wobei der erste Buchstabe immer groß geschrieben wird. Ein zweiter Buchstabe wird klein geschrieben. Beispielsweise lautet das Symbol für Wasserstoff \(H\) und das Symbol für Kohlenstoff \(C\) . Einige Buchstabencodes leiten sich aus der lateinischen Terminologie ab, beispielsweise leitet sich das Symbol für Natrium ( \(Na\) ) vom lateinischen Wort „natrium“ ab, was Natriumcarbonat bedeutet.
Die chemischen Elemente werden in drei Gruppen unterteilt: Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle.
Metalle, die typischerweise auf der linken Seite des Periodensystems zu finden sind, sind
Aluminium, Eisen, Kupfer, Gold, Quecksilber und Blei sind Metalle.
Im Gegensatz dazu sind die Nichtmetalle auf der rechten Seite des Periodensystems:
Beispiele für elementare Nichtmetalle sind Kohlenstoff und Sauerstoff.
Halbmetalle haben einige Eigenschaften von Metallen und einige Eigenschaften von Nichtmetallen. Die sechs allgemein bekannten Halbmetalle sind Bor, Silizium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur.
Die Häufigkeit der Elemente variiert stark. Im gesamten Universum ist Wasserstoff (ca. 90 %) das häufigste Element, gefolgt von Helium (den größten Teil der restlichen 10 %). Alle anderen Elemente sind, soweit wir es feststellen können, in relativ geringeren Mengen vorhanden.
Auf dem Planeten Erde macht Sauerstoff 46,1 % der Masse der Erdkruste aus, meist in Kombination mit anderen Elementen, während Silizium 28,5 % ausmacht. Wasserstoff, das häufigste Element im Universum, macht nur 0,14 % der Erdkruste aus.
Die Massenhäufigkeit der neun häufigsten Elemente in der Erdkruste beträgt ungefähr
Andere Elemente kommen in einer Menge von weniger als 0,15 % vor
Die auf der Erde und dem Mars vorkommenden Elemente sind genau gleich.
Ungefähr 96 % des Körpergewichts bestehen aus nur vier Elementen – Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff.
Kalzium, Phosphor, Magnesium, Natrium, Kalium, Chlor und Schwefel sind Makronährstoffe oder Elemente, die der Körper in erheblichen Mengen benötigt. Die übrigen Elemente sind Spurenelemente, zum Beispiel Kobalt, Lithium, Mangan, Selen, Jod, Kupfer usw. Diese gelten als lebensnotwendig. Jede Menge von 0,01 % oder weniger gilt als Spurenelement.
Das kleinste Teilchen eines Elements ist ein Atom, und jedes einzelne Atom besteht aus kleineren Teilchen – Elektronen, Protonen und Neutronen. Die Anzahl der Protonen in jedem Atom wird als Ordnungszahl bezeichnet. Sie ist eine wichtige Zahl in einem Element. Jedes Element hat eine einzigartige Ordnungszahl. Wasserstoff ist das erste Element und hat ein Proton, daher hat es die Ordnungszahl 1. Gold hat 79 Protonen in jedem Atom und die Ordnungszahl 79. Elemente in ihrem Standardzustand haben außerdem die gleiche Anzahl an Elektronen wie Protonen.
Wenn mehr als eine Atomart vorhanden ist, ist eine Substanz kein Element. Verbindungen und Legierungen sind keine Elemente.
Eine chemische Verbindung ist eine Substanz, die aus vielen identischen Molekülen besteht, deren Atome aus mehreren Elementen bestehen und durch chemische Bindungen zusammengehalten werden. Reines Wasser beispielsweise ist eine chemische Verbindung aus zwei Elementen – Wasserstoff und Sauerstoff. Das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff in Wasser beträgt immer 2:1.
Eine Legierung ist ein Stoff, der durch das Verschmelzen zweier oder mehrerer Elemente entsteht, von denen mindestens eines metallisch ist. Beispiele für gängige Legierungen: Stahl, eine Kombination aus Eisen (Metall) und Kohlenstoff (Nichtmetall); Bronze, eine Kombination aus Kupfer (Metall) und Zinn (Metall); und Messing, eine Kombination aus Kupfer (Metall) und Zink (Metall).
Ebenso stellt eine Gruppe von Elektronen und Neutronen keine Elemente dar. Ein Teilchen muss Protonen enthalten, um als Beispiel für ein Element zu gelten.
Zu den Nichtelementen gehören Wasser, Stahl, Elektronen und Messing.
Obwohl alle Elemente aus der gleichen Art von Atomen bestehen, können sie dennoch unterschiedliche Formen annehmen. Abhängig von ihrer Temperatur können sie fest, flüssig oder gasförmig sein. Sie können auch unterschiedliche Formen annehmen, je nachdem, wie dicht die Atome aneinander gepackt sind. Diese nennt man Allotrope. Ein Beispiel hierfür ist Kohlenstoff. Je nachdem, wie Kohlenstoffatome aneinander gepackt sind, können sie Diamant, Kohle oder Graphit bilden. Manchmal haben Atome desselben Elements eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen. In diesem Fall spricht man von Isotopen. Wir werden in einer separaten Lektion mehr über Isotope lernen.
