Was ist ein Element

Als chemisches Element bezeichnet man alle Reinstoffe, die mit chemischen Methoden nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden können. In der Chemie sind die Elemente daher die Grundstoffe der chemischen Reaktionen und die Atome ihre kleinsten unteilbaren Einheiten. Ist ein chemisches Element? Das Element ist durch Atome mit der gleichen Kernladungszahl gekennzeichnet. Die Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen im Kern gehören zum gleichen Element.

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Eine Chemikalie ist die Bezeichnung für alle Reinsubstanzen, die durch chemische Verfahren nicht mehr in andere Substanzen zersetzbar sind. So sind die Bestandteile in der Physik die Ausgangsstoffe der Reaktion und die Moleküle ihre kleinste unteilbare Einheit. Sämtliche Moleküle eines Elementes haben die gleiche Zahl von Atomen im Kern, weisen also die gleiche Struktur der Elektronenschale auf und verhält sich daher auch so.

Bei den Atomen eines Elementes handelt es sich also um die gleichen Atomzahl. Das Element wird durch ein Elementzeichen gekennzeichnet, eine Kurzform, die sich üblicherweise aus dem römischen Elementnamen ableitet (z.B. Blei, Eisen). Diese sind im Periodenraster entsprechend der steigenden Anzahl von Kernladungen geordnet. Bis heute ( „2015“) wurden 118 Punkte identifiziert.

Von diesen kommen die Atome mit Ordnungszahlen von 1 bis 94 natürlich auf der Erdoberfläche vor, aber oft in Gestalt von Chemikalien und manchmal nur in extrem kleinen Mengen, z.B. als kurzweilige Zwischenstufen bei radioaktivem Absterben. Jahrhunderts, als man immer mehr erkannte, dass der elementare Gedanke der Alchimie für eine naturwissenschaftliche Erklärung der vielschichtigen Stoffeigenschaften und ihrer Reaktion untereinander ungeeignet war.

1 ] Ein entscheidender Fortschritt wurde von Herrn Dr. med. Etienne van Cave gemacht, der 1641 definierte, dass es sich bei den Bestandteilen um „einfache Materialien handelt, aus denen sich die Mischungen zusammensetzen und in die sie letztendlich wieder abgebaut werden können“. Als chemische Komponenten seien jene Ursubstanzen zu bezeichnen, „die nicht aus anderen Stoffen oder aus anderen Stoffen hervorgegangen sind, sondern die Bestandteil sind, aus denen Mischsubstanzen bestehen“.

Auf der einen Seite lehnten beide Wissenschaftler die vorherrschende Vier-Elemente-Doktrin der Alchimisten ab, die versuchten, alle Substanzen durch verschiedene Gemische aus Brand, Wasser, Luft und Boden zu erhellen. Auf der anderen Seite blieb sie der Alchimie verbunden, vorausgesetzt, dass diese einzelnen Bestandteile in der Realität nicht auftreten konnten, sondern dass jede einzelne Substanz eine Mixtur aus allen Elementen war.

Boyles Zweifel, dass es solche Dinge überhaupt gibt. Infolge einer Neuordnung der Blutkörperchen betrachtete er auch die in der Alchimie angestrebte Verwandlung, d.h. die Verwandlung von einem Element (z.B. Blei) in ein anderes (z.B. Gold), als möglich. Ausgehend von dieser Begriffsbestimmung eröffnete Lavoisier mit seinen äußerst genauen Betrachtungen der chemischphysikalischen Umwandlungen den Weg in die moderne Synthese.

Dabei hat er vor allem die Konservierung der gesamten Masse bei allen Stoffumsetzungen entdeckt und die exakten Masseverhältnisse bestimmt, in denen die reinen Bestandteile ineinandergreifen. Auf diese Weise wurde Johannes G. M. S. E. zu dem mehrfach proportionierten Recht gebracht, das er 1803 durch die Vermutung der unveränderlichen und unzerstörbaren kleinsten Teilchen der Materie, den Atomen, rechtfertigen konnte.

Ein Element wird nach Daltons Worten durch eine Art von einheitlichen Molekülen bestimmt, die sich nach festgelegten Kriterien mit anderen Molekülen mischen. Die unterschiedlichen Verhaltensweisen der einzelnen Bausteine erklären sich dadurch, dass sich ihre Art von Atomarten in Gewicht, Grösse und Bindungsmöglichkeit an andere Atomarten auswirkt. Unter anderem können so die relative Atommasse der einzelnen Bestandteile zueinander bestimmt werden, womit zum ersten Mal ein Atom zum Thema der Experimentalnaturwissenschaft wird.

Dalton‘ s Annäherung prüfte extrem erfolgreich in der Deutung der Chemikalienreaktionen und der Mittel. So blieben seine Begriffsbestimmungen von Element und Atomen erhalten, auch wenn die Vermutungen über die Unveränderbarkeit von Atomen (insbesondere deren Unteilbarkeit) und die Gleichwertigkeit aller Elemente des gleichen Elementes schließlich durch die 1896 gefundenen Betrachtungen zu den Radioelementen entkräftet wurden: 1902 erläuterte Ernst Schröder in seiner Theorie der Transmutation die radioaktive Zerfallsreihe als Konsequenz von Atomteilungen und weiteren Elementtransformationen.

Im Jahre 1910 fand Friedrich Zoddy heraus, dass ein und dasselbe radioaktive Element in unterschiedlichen Zerfallslinien mit unterschiedlichen Massen vorkommen kann (Isotopie). Seit 1920 wurden diese Phänomene in allen Bestandteilen wiedergefunden. Jahrhundert wurde klargestellt, dass das Reaktionsverhalten weitgehend durch die negative Elektronenschale des Atomkörpers determiniert wird, die wiederum durch die positiven Ladungen des Atomkernes determiniert wird.

Deshalb basiert das Konzept des Elementes heute auf der elektrostatischen Aufladung des Atomkernes. Er wird durch die Zahl der im Zellkern befindlichen Proteine angegeben, die daher als Atomzahl oder des Elementes genannt wird. Betrachtet man die ursprüngliche Definition des Begriffs Element von Klaus, Boyl und Lawoisier (siehe oben) und auch von Boyles Körperchen, so scheinen die besten Erkenntnisse dieser Hypothesen damals nicht durch die aktuellen Chemikalien und Atomkerne, sondern durch die atomaren Bausteine des Protons, Neutrons und Elektrons vorgegeben zu sein.

Im Altertum und bis weit ins Hochmittelalter hinein glaubte man, dass die ganze Menschheit aus den vier Teilen Boden, Licht, Wasser, Licht und Flamme besteht. Im Altertum waren nur wenige Elemente im jetzigen Sinn in ihrer reinen Form bekannt, die entweder fest erschienen oder aus Erze aufgeschmolzen werden konnten:

Kohle, Sulfur, Stahl, Bronze, Zink, Neusilber, Metall, Zinn, Metall, Messing, Gold, Hg und Mangan. In der Geschichte des Mittelalters wurden in kleinen Konzentrationen unbekannte Metallzusätze in Erze, insbesondere im Erzberg, gefunden und nach Berggeist (Kobalt, Kobalt, Kupfer, Wolfram) genannt. Im Jahre 1669 führte die Phosphorentdeckung durch die Firma Hermann Brandt zur Erforschung der meisten Bestandteile, darunter auch des Pechblende-Urans durch Herrn Dr. med. Martin H. K. Klaproth. Vor 1751 waren die folgenden Untergruppenelemente bekannt:

Die Hauptgruppenbestandteile sind: Stahl, Kobalt, Nickel, Kobalt, Bronze, Zink, Neusilber, Metall, Platin, Metall, Bronze, Gold and Wismut sowie die Hauptgruppenbestandteile Kohle, Phospor, Schwefel, Argen, Zinn und Wismut. Von 1751 bis 1800 wurden Wasserstoffatome, Titane, Chrom, Braunstein, Jttrium, Zirkonium, Melybdän, Tungsten, Uran, Nitrogen, Oxygen, Chlorgas und Teller hinzugefügt. Zwischen 1800 und 1830 wurden 22 neue Bausteine entdeckt: die Untergruppenelemente vanadium, thantal, rhodium, paladium, kadmium, osmium, ionium und die seltenen erden torium, sowie die Hauptgruppe der Bausteine lithhium, beryllium, sodium, magnesiums, kaliums, calcium, strontiums, bariums, bor, alus, silicon, selens, jod und des bromes.

Zwischen 1830 und 1869 kamen elf weitere Bauelemente dazu. Auch waren sie ein Indikator für den technisch-wissenschaftlichen Entwicklungsstand, da rar und schwierig zu findende Bestandteile gefunden und dargestellt wurden. Seltenerdmetalle wurden im 19. Jahrhundert gefunden, und nahezu alle natürlich vorkommende Bestandteile waren bekannt.

Zu dieser Zeit wurden auch viele Hypothesen aufgestellt, die später wieder abgelehnt wurden, wie z.B. der Nebel. Viele in der freien Wildbahn nicht vorhandene Bestandteile – das Transuran – wurden im zwanzigsten und zwanzigsten Jh. teilweise in Atomreaktoren, teilweise in Partikelbeschleunigern hergestellt. All diese Faktoren haben die Gemeinsamkeit, dass sie unstabil sind, d.h. dass sie sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in andere Faktoren umformen.

Es ist zu erwarten, dass weitere solche kurzlebigen Bestandteile entdeckt werden; sie werden nur in sehr kleinen Stückzahlen hergestellt. Die einzelnen Bestandteile bekamen ihren jeweiligen Nachnamen von ihrem Erfinder, was im 20. Jh. zu einer Namenskontroverse geführt hat. Noch nicht angelegte oder benannte Objekte haben einen systematischen Elementennamen. Sie sind nach ihrer Atomzahl (Ordnungszahl) und der Elektronenanordnung ihrer Moleküle im Periodenraster der Moleküle (PSE) in Gruppierungen und Zeiträume eingeteilt.

Aus der Struktur ihrer Atomkerne können viele grundlegende Merkmale der chemischen Stoffe abgeleitet werden. In den Elektronenschalen haben alle Atomkerne eines Elementes im nicht geladenen Aggregatzustand die selbe Zahl an Atomen wie die Protonenanzahl. Wenn man die einzelnen Bestandteile nach einer wachsenden Protonen- oder Atomzahl im so genannten periodischen System anordnet, werden sie auch nach zusammenhängenden oder periodischen Merkmalen sortiert (Schalenende).

Dabei werden nur die Elektroden an den äußeren Schalen der Reaktanden neu angeordnet, der Kern des Atoms wird jedoch nicht verändert. Der Endzustand der Hülle und der Ladezustand sind somit unmittelbar an die chemische Reaktivität eines Elementes gebunden. Edle Gase, d. h. Stoffe mit geschlossener Hülle im Neutralzustand, reagieren wenig, sie sind nur unter extremen Umständen miteinander verbunden. Bei Atomen geht es in erster Linie darum, die so genannte Edelgas-Konfiguration (Schalenstabilität) zu erzielen, auch wenn dies auf Kosten der Netzneutralität geht, und in zweiter Linie um die Ladungskompensation der Summenform.

Eine noch feinere Unterscheidung zur eindeutigeren Identifikation der Teilchen eines Elementes bietet das Quantenzahlquartett: Haupt-Quantenzahl, sekundäre Quantenzahl, magnetische Quantenzahl, Spin-Quantenzahl, d.h. quanten-theoretische Elementmerkmale. Aus der Berücksichtigung der Kernkonfiguration eines Element-Atoms resultieren weitere Merkmale der einzelnen Filter. Atomkerne ein und desselben Elementes können mit einer anderen Neutronenzahl ausgestattet werden. Man nennt diese je nach Neutronenzahl unterschiedliche Atomgruppen eines Elementes Isotopen, die sich aus gr.: areos-topos ergeben, also die gleiche Stelle (im Periodensystem).

Die chemischen Bestandteile werden durch Detektionsreaktionen der Analytik nachweisbar. Mit 0,945 Prozentpunkten erreichte dieser Einfluss sein Höchstmaß im Hülsenkern. Die chemischen Stoffe mit nur einem Atom in ihrem Naturzustand werden als reine Stoffe bezeichnet; wenn sie aus zwei oder mehr lsotopen zusammengesetzt sind, werden sie als Mischstoffe bezeichnet.

Bei den meisten Elementen handelt es sich um Mischungselemente. Zum Beispiel gibt es drei Wasserstoffisotope: Wasserstoffprotium (keine Neutronen), deuterisches Wasser (1 Neutron), Natrium (2 Neutronen). Ein Protonen- und Neutronenwasserstoff im Kern (Deuterium) kommt in natürlichen Wasserstoffatomen nur mit einem Gehalt von 0,0149 % vor, während ein Tritiumanteil von < 10-10 % vorliegt. Mit Ausnahme einiger seltener Gase können die chemischen Bestandteile mit chemischen Stoffen reagieren.

Mehrere der Elementaratome sind zu einem Molekülkörper oder Ionenkristall zusammengefasst. können sich mit anderen oder sogar mit sich selbst verbinden: In vielen gasförmigen Stoffen wie z. B. Chlorgas Clu oder Fluorgas N, bilden sich zwei gleiche Elementatome zu einem Molekülkörper, hier Clux 2 und F2, wobei neben der Bildung von Sauerstoffatomen auch weniger stabiles dreiatomiges Sauerstoffmolekül und die Bildung von sechs bis acht Ringatomen durch Schwefelsäure entsteht.

Gewöhnlich verwendetes Leitungswasser (Summenformel: H2O) ist eine Kombination der beiden Bestandteile Wasserstoffatome H2O ( (2 Moleküle pro Molekül) und Sauerstoffatome (1 Kohlenstoffatom pro Molekül). Prinzipiell gibt es drei Typen von Chemikalien zwischen den einzelnen Elementatomen: Die Leuchtelemente Wasserstoffatome (ca. 75 %) und Hexenium ( „Helium“) sowie geringe Anteile an Li und Beeren wurden bereits im Urgestein gebildet.

Deshalb beginnt die Kosmologie mit einem Wasserstoffatom mit einer relative atomaren Masse von etwa 1,0 u (ein Proton). Schwere Bestandteile werden im Kosmos durch nukleare Reaktionen in den Gestirnen gebildet. Die Verschmelzung (Atome mit niedrigerer Protonenanzahl gehen in den meisten Gestirnen über bis zur Kohlenstoffbildung, in hoher Masse bis zur Eisenbildung, dem dichtest verpackten Kerne.

Das geschieht immer mit der Freisetzung von Wärme, wodurch der Energieertrag mit steigender Atomzahl der geformten Teile bis hin zu Gusseisen abnimmt. Schwere Bestandteile als die des Eisens werden daher nicht durch Kernverschmelzung gebildet, sondern durch Einfangen von Neutronen aus vorhandenen Atomen, die in Bestandteile einer höheren Atomzahl überführt werden. Das Ergebnis sind Linsen, die in das intertellare Milieu eindringen ( „kontinuierlich“ durch Sonnenwinde oder explosionsartig in einer Supernova) und für die Entstehung der neuen Sternengeneration oder anderer astronomischer Objekte zur Verfügung gestellt werden.

Die jüngeren Sternsysteme beinhalten daher von Beginn an kleine Anteile an schwereren Bestandteilen, die wie in unserem Solarsystem zur Bildung von Planten führen können. Unter den 118 bisher bekannt gewordenen Bestandteilen (Stand 2015) sind 80 intakt. Sämtliche stabile Bestandteile kommen auf der Erdoberfläche natürlich vor, ebenso wie 14 weitere Radioelemente (siehe Elementfrequenz). Andere Radioaktivitätselemente wurden kuenstlich produziert und ihre Anzahl wird voraussichtlich weiter anwachsen.

Diese können nach unterschiedlichen Gesichtspunkten eingeteilt werden. Die gebräuchlichsten sind die metallbildenden Bestandteile, die den größten Teil der Bestandteile darstellen, sowie die nichtmetallischen und die zwischengeschalteten Teilmetalle. Nur 17 aller Bestandteile zählen zur Nichtmetallgruppe, diese formen unter Normalbedingungen keine Metall. Die sechs edlen Gase sind monatomar, weil ihre Atomkerne keine MolekÃ?le ausbilden, d.h. nicht untereinander reaktionsfÃ?hig sind.

Andere kombinieren sich mit Atomkernen des selben Elementes zu Moleküle. Darunter fallen die anderen fünf unter normalen Bedingungen gasförmig arbeitenden Elemente: Hydrogen (H2), Stickstoffatome (N2), Sauerstoffatome (O2), Fluore (F2) und Chlore (Cl2) sowie flüssiges Brot (Br2). Je nach Betrachtungsgebiet ist die Frequenz der einzelnen Chemikalien unterschiedlich. Das mit Abstand gebräuchlichste Element ist hierbei natürlich das Element des Wasserstoffs, dem das einfachste Schmelzprodukt ist, nämlich die Heliumverbindung, die beide kurz nach dem Big Bang gebildet wurden.

Als nächstes kommen Kohle und Luftsauerstoff hinzu. Durch Kernverschmelzung in Gestirnen oder durch andere physikalische Prozesse entstehen sowohl Gas, Kohle und Stickstoff als auch alle anderen Arten von Atomen. Bei Atomen mit einer geraden Protonenanzahl wie z. B. Luftsauerstoff, Leuchtstoff, Eisen bzw. Schwefelsäure kommt es häufig vor, während bei Elementen mit einer ungeraden Protonenanzahl eine Seltenheit ist. Besonders verhältnismäßig kleine Anteile von Wasserstoffatomen und Gasen sind auf der Erdoberfläche zu finden, da diese vom Gravitationsfeld der Erdoberfläche nicht erfasst werden können; im Solarsystem liegen sie hauptsächlich auf Gas-Planeten wie z. B. dem Planeten Jove und Nepot.

Bei Gesteins-Planeten wie der Erdkugel dominieren die schweren Bestandteile, vor allem für die Bereiche Oxygen, Silizium, Alu und Iron. Lebewesen sind vor allem Wasserstoffatome, Sauerstoffatome, Kohlenstoff und Nitrogen. Die im Betrachtungsgebiet sehr häufigen Bestandteile werden als Bulk-Elemente, sehr selten als Spurengase betrachtet. Theodor Grau: Die Einzelelemente. Eine Reise durch die chemische Elementewelt.

Fischertaschenbuch Verlagshaus, Frankfurt/Main 2009, IBN Nr. 978-3-596-18590-0, L. F. Trueb: Die chemische Zusammensetzung – Ein Ausflug durch das Zeitraster. St. Michael S. H. R. Hirzel Verlagshaus, St uttgart 2005, S. H. R. Binder, Deutschland, S. H. S. H. A. S. H. S. H. S. H. S. H. Binder, ISBN 3-7776-1356-8: Lexikon der chemischen Elemente – The Periodic Table in Facts, Figures and Data. Gehirzel, Stgt. 1999, lSBN 3 7776-0736-3 Die chemische Zusammensetzung.

Element nuclear weight 2009 (IUPAC Tech Report).