Teilchenstruktur der Materie
Das Kugelteilchenmodell
Im Laufe der Zeit wandelte sich das Bild, wie die Materie aufgebaut ist:
Demokrit (ca. 460 - 360 v. Chr.): griech. Philosoph
Demokrit ging davon aus, dass Stoffe aus unsichtbaren kleinsten Teilchen bestehen, die nicht mehr teilbar sind, die sogenannten Atome (von griech. atomos = unteilbar).
Dalton (1766 - 1844): englischer Naturwissenschaftler
Nach Dalton galt folgendes:
- Stoffe bestehen aus submikroskopisch kleinen kugelförmigen Teilchen.
- Die kleinsten Teilchen eines Reinstoffes sind untereinander gleich (Masse, Größe).
- Kleinste Teilchen verschiedener Reinstoffe unterscheiden sich.
- Kleinste Teilchen eines Stoffes haben (oberhalb des absoluten Nullpunktes) eine Eigenbewegung (wodurch eine Diffusion entsteht)
Der absolute Nullpunkt ist dabei die tiefste Temperatur, die theoretisch erreicht werden kann. Sie beträgt 0 K (Kelvin), was – 273°C entspricht. Daraus folgt auch, dass 0°C einem Wert von 273 K entspricht.
Kugelteilchenmodell und Aggregatzustand
Die verschiedenen Aggregatszustände (fest, flüssig, gasförmig und gelöst) werden zur Vereinfachung abgekürzt.
Aggregatszustand | Abkürzung | Herkunft der Abk. |
fest | s | solid |
flüssig | l | liquid |
gasförmig | g | gaseous |
in Wasser gelöst | aq | aquatisch |
Chemische Formelsprache
Die Elementsymbole leiten sich aus den Anfangsbuchstaben der lateinischen bzw. griechischen Namen der Elemente ab.
Elementsymbol | lat./griech. Name | deutscher Name |
H | Hydrogenium | Wasserstoff |
C | Carbonium | Kohlenstoff |
O | Oxygenium | Sauerstoff |
Um Verwechslungen zu vermeiden, bekommen gleichbeginnende Elementsymbole einen zweiten Buchstaben, der klein geschrieben wird.
- C = Kohlenstoff
- Ca = Calcium
- Ce = Cer
Wertigkeit und Formel
Ein Element kann sich mit einer bestimmten Anzahl anderer Elemente verbinden. Diese Anzahl nennt man Wertigkeit (oder Bindefähigkeit/Bindigkeit) des Elements. Man gibt sie mit römischen an. So ist Wasserstoff (H) stets einwertig. Es besitzt daher die Wertigkeit I.
Die Wertigkeit der anderen Elemente ergibt sich aus der Anzahl der Wasserstoffatome, die ein Atom des betreffenden Elements in einer Verbindung zu binden oder zu ersetzen vermag. So erhält Sauerstoff die Wertigkeit II, weil es zwei Wasserstoffatome binden kann (H2O = Wasser).
Verbindung | Formel | Element | Wertigkeit |
Chlorwasserstoff | HCl | Cl | I |
Wasser | H2O | O | II |
Ammoniak | NH3 | N | III |
Methan | CH4 | C | IV |
Natriumchlorid | NaCl | Na | I |
Calciumchlorid | CaCl2 | Ca | II |
Aluminiumchlorid | AlCl3 | Al | III |
Wertigkeit und Periodensystem der Elemente (PSE):
Hauptgruppe | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII |
Wertigkeit | I | II | III | IV | III | II | I | 0 |
Aufstellen einer chemischen Reaktionsgleichung
Um die Synthese von Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff in einer Reaktionsgleichung darzustellen, geht man wie im Folgenden vor.
- Man erstellt zunächst eine unvollständige Formelgleichung.
$$ \mathrm{H_2 \: + \: O_2 \: \rightarrow \: H_2O} $$
- Danach stellt man die Gleichung durch Einfügen von Koeffizienten richtig, sodass auf jeder Seite
die gleiche Anzahl von Atomen auf beiden Seiten steht.
$$ \mathrm{{\color{Red} 2}\,H_2 \: + \: O_2 \: \rightarrow \: {\color{Red} 2}\,H_2O} $$
Es ist folgendes zu beachten: Manche Verbindungen sind immer biatomar, d.h. sie liegen nicht alleine vor: H2 (Wasserstoff), N2 (Stickstoff), O2 (Sauerstoff), F2 (Fluor), Cl2 (Chlor), Br2 (Brom), I2 (Iod).
Vorangestellte Zahlen heißen Koeffizienten und tiefgestellte Indices (Sg. Index).