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Grundbegriffe der Chemie – einfach erklärt

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Elemente, Atome und Moleküle

Die Chemie beschäftigt sich mit den Eigenschaften, Reaktionen und Strukturen von Elementen, Atomen und Molekülen. Diese sind die Grundbausteine der Chemie.

Ein Element ist eine chemische Substanz, die aus Atomen besteht, die alle dasselbe Kern- und Elektronenkonfiguration haben. Es gibt 118 verschiedene Elemente, die in der Periodenschreibweise aufgeführt sind. Die meisten Elemente sind Metalloiden oder Metalle. Beispiele für Metalloiden sind Arsen, Selen und Antimon. Die meisten Metalle sind leicht (z.B. Aluminium), aber es gibt auch schwere Metalle wie Blei oder Uran.

Atome sind die kleinsten chemischen Einheiten eines Elements und bestehen aus einem Kern (bestehend aus Protonen und Neutronen) sowie Elektronen, die um den Kern herum kreisen. Die Anzahl der Protonen im Kern eines Atoms bestimmt, welchem Element es angehört – bei Bohrium (Bh) zum Beispiel sind 107 Protonen im Kern enthalten.

Moleküle sind die kleinsten Teile einer chemischen Verbindung, die noch die Eigenschaften der Verbindung besitzt. Sie bestehen aus zwei oder mehr Atomen, die miteinander verbunden sind. Wasser (H2O) ist beispielsweise ein Molekül, das aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht.

Reaktionen

In der Chemie gibt es zwei Haupttypen von Reaktionen: Redoxreaktionen und nicht-Redoxreaktionen. Redoxreaktionen sind Reaktionen, bei denen Atome ihre Oxidationszahl ändern. Dies kann geschehen, indem Atome Elektronen an andere Atome abgeben oder aufnehmen. In einer nicht-Redox-Reaktion ändert sich die Oxidationszahl eines Atoms nicht. Die meisten Reaktionen sind Redoxreaktionen.

Einige Beispiele für Redoxreaktionen sind:

  • Die Verwendung von Eisenpulver, um Eisenoxide zu reduzieren
  • Die Verwendung von Natriumhydroxid, um Natriumcarbonate zu hydrolysieren
  • Die Verwendung von Chlorblei, um Bleichlorid zu reduzieren

Einige Beispiele für nicht-Redox-Reaktionen sind:

  • Die Verwendung von Kaliumchlorid, um Kaliumcarbonat zu hydrolysieren
  • Die Verwendung von Natriumnitrat, um Natriumbicarbonat zu hydrolysieren
  • Die Verwendung von Magnesiumsulfat, um Magnesiumcarbonat zu hydrolysieren

Chemische Formeln

Eine chemische Formel ist eine kurze Schreibweise für eine chemische Verbindung. Sie gibt an, welche Elemente in der Verbindung enthalten sind und wie sie miteinander verbunden sind.

Die meisten chemischen Formeln beginnen mit dem Symbol des am häufigsten vorkommenden Elements in der Verbindung, gefolgt von dem Symbol des selteneren Elements. Zum Beispiel ist das Wasserstoffperoxid H2O2, weil es zwei Wasserstoffatome (symbolisiert durch H) und zwei Sauerstoffatome (symbolisiert durch O) enthält.

Manche Verbindungen enthalten aber auch Atome anderer Elemente als Wasserstoff und Sauerstoff. Zum Beispiel ist Natriumchlorid, oder Salz, NaCl, weil es ein Natriumatom (Na) und ein Chloratom (Cl) enthält.

In der Regel wird das Symbol des selteneren Elements zuerst genannt, gefolgt vom Symbol des häufigeren Elements, aber es gibt einige Ausnahmen. Zum Beispiel ist Magnesiumoxid MgO, weil Magnesium häufiger vorkommt als Sauerstoff.

Die meisten chemischen Formeln geben auch an, wie die Atome miteinander verbunden sind. Zum Beispiel bedeutet das Pluszeichen (+), dass die Atome elektrisch geladen sind und sich anziehen. Das Minuszeichen (-) bedeutet, dass die Atome elektrisch geladen sind und sich abstoßen.

Das Gleichheitszeichen (=) bedeutet, dass die Atome nicht elektrisch geladen sind und sich nicht anziehen oder abstoßen. Einige Formeln geben auch die Anzahl der Atome an, die miteinander verbunden sind. Zum Beispiel bedeutet H2O2, dass es zwei Wasserstoffatome und zwei Sauerstoffatome gibt, die miteinander verbunden sind.

Andere Formeln geben nicht die Anzahl der Atome an, aber man kann diese Information aus der Formel ableiten. Zum Beispiel bedeutet NaCl, dass es ein Natriumatom und ein Chloratom gibt, die miteinander verbunden sind. Da jedes Atom einen positiven Ladungsträger hat, heben sich die Ladungen auf und NaCl ist elektrisch neutral.

Das Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente ist ein wichtiges Werkzeug für Chemiker. Es gibt Aufschluss darüber, welche Elemente miteinander reagieren können und welche Eigenschaften die Elemente haben. Das Periodensystem ist in verschiedene Gruppen eingeteilt, die sich nach den jeweiligen Eigenschaften der Elemente richten. Die erste Gruppe enthält die sogenannten Alkali-Metalle, die sehr reaktionsfreudig sind. Die zweite Gruppe enthält die Alkalimetalle, die etwas weniger reaktionsfreudig sind. In der dritten Gruppe befinden sich die Halbmetalle, die ebenfalls reaktionsfreudig sind, aber auch elektrisch leitend sind. Die vierte Gruppe enthält die Metalloide, die einige metallische Eigenschaften aufweisen, aber nicht leitend sind. Die fünfte und letzte Gruppe enthält die Nichtmetalle, die weder metallisch noch leitend sind.