:: wikimiki.org ::

Americium

Americium

Americium ist ein chemisches Element des Periodensystems der Elemente. Es besitzt das Symbol Am. Die Ordnungszahl lautet 95. Es gehört zu Gruppe der Actiniden (7. Periode, f-Block). Neben Europium ist Americium das einzige nach einem Erdteil benannte Element.

Eigenschaften

Americium ist ein künstliches, radioaktives Element. Frisch hergestelltes Americium ist ein silberweißes Metall, welches jedoch bei Raumtemperatur langsam trüb wird. Es ist leicht verformbar.

Reaktionen

Americium ist ein sehr reaktionsfähiges Element, das schon mit Luftsauerstoff reagiert und sich gut in Säuren löst. Gegenüber Alkalien ist es stabil. Je nach Oxidationszahl variiert die Farbe von Americium in wässriger Lösung ebenso wie in festen Verbindungen: blassrot (+3, +4), goldbraun (+5, +6). Die Oxidationsstufe +3 ist die stabilste. Im Gegensatz zum homologen Europium - Americium hat eine zu Europium analoge Elektronenkonfiguration - kann Am³⁺ nicht zu Am²⁺ reduziert werden. Verbindungen mit Americium ab Oxidationszahl +4 aufwärts sind starke Oxidationsmittel, vergleichbar dem Permanganat-Ion MnO₄^- in saurer Lösung. Da Americium radioaktiv ist, sollten entsprechende Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden.

Isotope

Von Americium sind Isotope mit Halbwertszeiten zwischen 20 Minuten und 7400 Jahren bekannt. Es gibt zwei langlebige Isotope mit der Massenzahl 241 und 243, die beide α-Strahler sind.

Vorkommen und Herstellung

Herstellung

Americium wird durch Neutronen-Einfang aus ²³⁹Pu gebildet:
- ²³⁹₉₄Pu + 2n → ²⁴¹₉₄Pu + γ → ²⁴¹₉₅Am + β^-
Die Halbwertszeit für den zweiten Schritt beträgt 14,4 Jahre.
- ²³⁹₉₄Pu + 4n → ²⁴³₉₄Pu + γ → ²⁴³₉₅Am + β^-
Die Halbwertszeit für den zweiten Schritt beträgt 4,956 Stunden.

Verwendung

Americium wird als Quelle für ionisierende Strahlung eingesetzt. Anwendungsgebiete sind die Fluoreszenzspektroskopie und Ionisationsrauchmelder.

Geschichte

Americium wurde 1944 von Glenn T. Seaborg, Ralph A. James, Stanley G. Thompson und Albert Ghiorso entdeckt. Sie isolierten es am metallurgischen Laboratorium der Universität von Chicago aus einer Plutonium-Probe, die im Reaktor mit Neutronen bestrahlt wurde (siehe Herstellung), ein bis dahin noch unbekanntes, α-Strahlen aussendendes langlebiges Nuklid.

Siehe auch

- Chemikalienliste
- WikiProjekt Elemente

Weblinks

- http://www.chemie-master.de/pse/pse.php?modul=Am
- [http://periodic.lanl.gov/elements/95.html Los Alamos National Laboratory - Americium] (engl.)
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Am/key.html WebElements.com - Americium] (engl.)
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/Am.html EnvironmentalChemistry.com - Americium] (engl.) Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Actinoid Kategorie:Periode-7-Element ja:アメリシウム th:อะเมริเซียม

Chemisches Element

Stoffe, die ausschließlich aus Atomen mit gleicher Anzahl an Protonen im Kern (Kernladungszahl) bestehen, bezeichnet man als chemische Elemente. Sie treten im Universum mit einer bestimmten Elementhäufigkeit auf. Im Gegensatz zu den Elementen stehen die Verbindungen und die Stoffgemische. Früher war die Definition dieses Begriffs intuitiver, aber unpräziser: Robert Boyle definierte ein chemisches Element als einen Reinstoff, der mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegt werden kann. Diese Definition hat den Nachteil, dass man nie sicher sein kann, ob man die chemischen Methoden völlig ausgeschöpft hat. Hätte man es z. B. im Labor nicht geschafft, Wasser zu zerlegen, so hätte man es als Element einordnen müssen. Der heutige Element-Begriff, der für die Stoffe eine Einteilung nach ihren Bestandteilen, den Atomen, vornimmt, ist abstrakter, dafür aber präzise. Seine praktische Bedeutung liegt darin, dass er Atome mit gleichem chemischen Verhalten (dem Verhalten bei chemischen Reaktionen) zusammenfasst. Das physikalische Verhalten von Atomen ein und desselben Elements kann dabei durchaus unterschiedlich sein, z. B. können die Atome eines Elements sich in der Masse unterscheiden (Isotope) und bei nuklearen Reaktionen unterschiedlich verhalten. Nach der Kernladungszahl (auch Ordnungszahl) ihrer Atome ordnet man die Elemente im Periodensystem der Elemente (PSE) an. Dieses System wurde vom russischen Gelehrten Dmitri Iwanowitsch Mendelejew zeitgleich mit dem deutschen Lothar Meyer 1869 begründet.

Kernladungszahl und Masse

Die Erklärungen dafür, dass die Massezahl nicht genau dem Vielfachen der Masse des Wasserstoffatoms entspricht, sind:
- Protonen und Neutronen, die den Hauptanteil der Masse bilden, sind fast, jedoch nicht genau, gleich schwer.
- Natürliche Elemente bestehen aus einer Mischung von Atomen mit unterschiedlicher Neutronenzahl. Eine Atomart überwiegt meist bei weitem, diese bestimmt dann die Massenzahl (Ausnahme Chlor Cl mit der 35,5-fachen Masse)
- Das natürliche Mischverhältnis ist bei einem Element meist gleich (Ausnahme ist Blei, das unterschiedliche durchschnittliche Atommassen zeigt, wenn man es aus verschiedenen Lagerstätten gewinnt)
- Bei sehr genauen Messungen zeigt sich die Bindungsenergie als Massendefekt, so dass die Kernmasse stets minimal kleiner ist als die Summe der Massen der Protonen und Neutronen.

Rein- und Mischelemente

Der Kern des Wasserstoffs besteht fast immer aus nur einem Proton. Wasserstoff mit einem Proton und einem Neutron im Kern (Deuterium) tritt in natürlichem Wasserstoff mit einem Anteil von 0,015 % auf. Der Heliumkern besteht aus zwei Protonen und zwei Neutronen. Es existieren aber auch Helium-Atome, die zwei Protonen, aber nur ein Neutron, enthalten. Diese treten in natürlichem Helium jedoch nur mit einem Anteil von 0,000137 % auf. Chlor (17 Protonen) besteht aus einer Mischung aus Atomen mit 18 Neutronen (75,8 %) und 20 Neutronen (24,2 %). Chemische Elemente, die nur aus einer Atomart bestehen, heißen Reinelemente, wenn sie dagegen aus zwei oder mehr Atomarten bestehen, heißen sie Mischelemente. Atome des gleichen Elements mit unterschiedlicher Neutronenzahl nennt man Isotope.

Chemische Verbindungen

Chemische Elemente können, bis auf wenige Ausnahmen, chemische Verbindungen eingehen. Dabei sind mehrere der elementaren Atome zu Molekülen zusammengeschlossen. Natürliche oder künstliche Stoffe sind entweder Elemente oder Verbindungen. Gewöhnliches Wasser H₂O ist eine Verbindung aus den Elementen Wasserstoff H (2 Atome pro Molekül) und Sauerstoff (1 Atom pro Molekül). Metalle wie Eisen Fe oder Kupfer Cu sind dagegen stets Elemente. Elemente können auch eine Verbindung mit sich selbst eingehen. Bei vielen Gasen wie Chlor Cl oder Fluor F verbinden sich zwei Atome desselben Elements zu einem Molekül, also Cl₂ bzw. F₂.

Die Entstehung von Elementen

Bereits beim Urknall entstanden die leichten Elemente Wasserstoff (ca. 75%) und Helium (ca. 25%), zusammen mit geringen Mengen Lithium und Beryllium. Schwerere Elemente entstehen im Universum durch Kernreaktionen in den Sternen (meist durch Kernfusion). Am Anfang steht der Wasserstoff mit einem Atomgewicht von ca. 1,0 (ein Proton). In Hauptreihen-Sternen, wie auch unserer Sonne, verschmilzt unter hoher Temperatur (mehrere Millionen C°) und hohem Druck Wasserstoff zu Helium. (Atomgewicht ca. 4,0) Dabei verschmelzen 4 Wasserstoffatomkerne über mehrere Zwischenstufen zu einem Heliumatomkern. Dieser ist ein wenig leichter als die vier Protonen zusammen, die Massendifferenz wird als Energie in Form von (Gamma-)Strahlung frei. Die Fusion geht auf diese Art (Atome mit geringerer Protonenzahl und Atomgewicht verschmelzen zu höheren unter Abgabe von Energie) in den meisten Sternen bis zum Kohlenstoff, in massereichen bis zum Eisen weiter. Die Energieausbeute wird dabei immer geringer. Eisen ist der am dichtesten gepackte Atomkern, bei Fusionsreaktionen darüber hinaus wird Energie verbraucht anstatt freigesetzt. Sterne sind auf Energiegewinnung aus Kernfusion angewiesen, um ihren Gravitationskollaps aufzuhalten, daher können derartige Reaktionen nicht in nennenswertem Umfang stattfinden. Elemente schwerer als Eisen entstehen in Sternen am Ende ihrer Lebensdauer. Dabei fangen Atomkerne Neutronen ein und werden so in Elemente höherer Ordnungszahl umgewandelt. Dies geschieht im sogenannten s-Prozess (bei massearmen Sternen) oder im r-Prozess (bei massereichen Sternen während einer Supernova). Ein Stern verliert am Ende seiner Lebensdauer große Mengen Material (kontinuierlich durch Sonnenwind oder explosiv in einer Supernova), dadurch gelangen die entstandenen Elemente zurück in das interstellare Medium. Jüngere Sternensysteme enthalten daher bereits von Anfang an auch geringe Mengen schwererer Elemente, die z.B. Planeten wie in unserem Sonnensystem bilden können.

Liste chemischer Elemente

A Actinium - Aluminium - Americium - Antimon - Argon - Arsen - Astat B Barium - Berkelium - Beryllium - Bismut - Blei - Bohrium - Bor - Brom C Cadmium - Cäsium - Calcium - Californium - Cer - Chlor - Chrom - Curium D Darmstadtium - Dubnium - Dysprosium E Einsteinium - Eisen - Erbium - Europium F Fermium - Fluor - Francium G Gadolinium - Gallium - Germanium - Gold H Hafnium - Hassium - Helium - Holmium I Indium - Iod - Iridium J Jod siehe Iod K Kalium - Kobalt - Kohlenstoff - Krypton - Kupfer L Lanthan - Lawrencium - Lithium - Lutetium M Magnesium - Mangan - Meitnerium - Mendelevium - Molybdän N Natrium - Neodym - Neon - Neptunium - Nickel - Niob - Nobelium O Osmium P Palladium - Phosphor - Platin - Plutonium - Polonium - Praseodym - Promethium - Protactinium Q Quecksilber R Radium - Radon - Rhenium - Rhodium - Roentgenium - Rubidium - Ruthenium - Rutherfordium S Samarium - Sauerstoff - Scandium - Schwefel - Seaborgium - Selen - Silber - Silizium - Stickstoff - Strontium T Tantal - Technetium - Tellur - Terbium - Thallium - Thorium - Thulium - Titan U Unnilpentium (
- ) - Unnilquadium (
- ) - Ununoctium - Ununhexium - Ununquadium - Ununbium - Ununtrium - Ununpentium - Ununseptium - Ununnilium (
- ) - Uran V Vanadium W Wasserstoff - Wolfram X Xenon Y Ytterbium - Yttrium Z Zink - Zinn - Zirkonium
- veralteter Name

weitere Darstellungsformen

- Sortierung nach Symbol
- Liste der chemischen Elemente nach der Ordnungszahl
- Periodensystem
- Periodensystem mit Elektronenkonfiguration

Literatur

- Lucien F. Trueb: Die chemischen Elemente. Ein Streifzug durch das Periodensystem. S. Hirzel Verlag, Stuttgart 2005, ISBN 3-7776-1356-8

Weblinks

- [http://www.chemieseite.de/ www.chemieseite.de] enthält ausführliche Beschreibungen der Hauptelemente.
- [http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/lyrics.html] Lied der chemischen Elemente Kategorie:Chemie

Siehe auch

- Elektronegativitäten der Elemente,
- Elementnamensgebungskontroverse,
- Systematische Elementnamen,
- Verdampfungswärme der chemischen Elemente
- Nebulium
- Kalzium ist ein Computerprogramm für das Betriebssystem Linux, das sehr viele Informationen zum Periodensystem und den Elementen bietet.
- Phlogiston
- Nukleosynthese ja:元素 ko:화학 원소 ms:Unsur kimia simple:Element th:ธาตุเคมี

Periodensystem

Das Periodensystem der Elemente, kurz Periodensystem oder PSE, bietet eine Übersicht der verschiedenen chemischen Elemente. Die Elemente werden mit steigender Kernladung (Ordnungszahl) entsprechend ihrer chemischen Eigenschaften in Perioden sowie Haupt- und Nebengruppen eingeteilt. Nachfolgend ist das Periodensystem der Elemente in seiner heute bekanntesten Form dargestellt. Die Elemente sind mit ihrer Ordnungszahl und ihrem Symbol aufgeführt. (Ein über die Ordnungszahl 118 erweitertes Periodensystem befindet sich unter Erweitertes Periodensystem).

Geschichte

Erweitertes Periodensystem Die Datierung der Entdeckung solcher Elemente, die bereits seit der Frühzeit oder Antike bekannt sind, ist nur ungenau und kann je nach Literaturquelle um mehrere Jahrhunderte schwanken. Sicherere Datierungen sind erst ab dem 18. Jahrhundert möglich. Bis dahin waren erst 15 Elemente als solche bekannt und beschrieben (Metalle wie Eisen, Kupfer, Blei, Bismut, Arsen, Zink, Zinn, Antimon, Platin, Silber, Quecksilber und Gold oder Nichtmetalle wie Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor). Die meisten Elemente wurden im 19. Jahrhundert entdeckt und wissenschaftlich beschrieben. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts waren nur noch zehn der natürlichen Elemente unbekannt. Seither wurden vor allem schwer zugängliche, oftmals radioaktive Elemente dargestellt. Viele dieser Elemente kommen nicht in der Natur vor und sind das Produkt von künstlichen Kernverschmelzungsprozessen. Erst im Dezember 1994 wurden die beiden künstlichen Elemente Darmstadtium (Eka-Platin) und Roentgenium (Eka-Gold) hergestellt. (siehe auch: [http://www.seilnacht.com/Lexikon/psframe.htm www.seilnacht.com]) Anfang des 19. Jahrhunderts stellte Johann Wolfgang Döbereiner erstmals einen Zusammenhang zwischen der Atommasse und den chemischen Eigenschaften einzelner Elemente fest. 1863 stellte Newlands eine nach Atommassen geordnete Tabelle der Elemente in Achtergruppen (Gesetz der Oktaven) auf. Das Periodensystem selbst wurde 1869 nahezu gleichzeitig und unabhängig voneinander von Dmitri Mendelejew (1834-1907) und Lothar Meyer (1830-1895) aufgestellt. Dabei ordneten sie ebenfalls die chemischen Elemente nach steigenden Atommassen, wobei sie Elemente mit ähnlichen Eigenschaften (Anzahl der Valenzelektronen) untereinander anordneten. Im 20. Jahrhundert wurde der Aufbau der Atome entdeckt, die Periodizität wurde durch den Aufbau der Elektronenhülle erklärt. (siehe auch Entwicklung des Periodensystems der Elemente)

Aufbau

Die chemischen Eigenschaften eines Elements werden nur durch die Eigenschaften der Elektronenhülle bestimmt, die Eigenschaften des Atomkerns spielen bis auf die Kernladung, die die Anzahl der Hüllenelektronen festlegt, keine Rolle. Das Periodensystem ist damit vollständig durch die Elektronenkonfiguration der Atome erklärbar. Die Elemente in einer Periode (Zeile des PSE) haben die gleiche Anzahl von Elektronenschalen, die Elemente einer Gruppe (Spalte des PSE) gleichen sich im Aufbau der äußeren Elektronenschale. Die Unterscheidung in Haupt- und Nebengruppen ergibt sich dadurch, dass bei letzteren nicht die äußerste, sondern die zweitäußerste Schale mit Elektronen aufgefüllt wird, bei den Lanthaniden/Lanthanoiden und Actiniden/Actinoiden die drittäußerste. Im Wesentlichen bestimmt die Anzahl der Elektronen auf der äußeren Elektronenschale das chemische Verhalten eines Atoms, deshalb haben die Elemente der einzelnen Gruppen, da sie die gleiche Anzahl an Elektronen auf der äußeren Bahn haben, vergleichbare chemische Eigenschaften.. Das Element 84 (Po Polonium) und alle nachfolgenden sind radioaktiv und somit instabil. Auch innerhalb der Elemente 1 bis 83 sind 2 Stoffe enthalten, die radioaktiv, also instabil sind: Nr. 43 Tc Technetium und Nr. 61 Pm Promethium (Name nach Prometheus). So bleiben tatsächlich nur 81 stabile Elemente übrig, die in der Natur vorkommen - alle anderen sind radioaktive Stoffe. Von den radioaktiven Elementen sind nur Thorium und Uran in größeren Mengen in der Natur vorhanden, da diese Elemente Halbwertszeiten in der Größenordnung des Alters der Erde haben. Alle anderen radioaktiven Elemente sind entweder intermediäre Zerfallsprodukte des Urans und Thoriums, wie das Radium oder entstehen bei seltenen natürlichen Kernreaktionen oder durch Spontanspaltung von Uran und Thorium. Letztere können in wägbaren Mengen nur künstlich hergestellt werden. Dies gilt grundsätzlich für alle Elemente mit Ordnungszahlen über 94, von denen bis heute noch keine Spuren in der Natur gefunden wurden, obwohl sie ebenfalls bei der Elementsynthese in einer Supernova entstehen.

Tendenzen

Im PSE kann man feststellen, dass einige Eigenschaften der Elemente sich in bestimmten Positionen im PSE finden lassen.
So erscheint es logisch, dass die Anzahl der Protonen von links nach rechts in einer Zeile und von oben nach unten in einer Spalte zunimmt. So gibt es weitere Eigenschaften, die sich im Periodensystem darstellen lassen:
- Masse
- nimmt von oben nach unten und von links nach rechts zu (Ausnahmen: Ar vor K, Te vor I, Co vor Ni, Th vor Pa).
- Atomradius
- nimmt von oben nach unten zu, von links nach rechts ab (bei Hauptgruppenelementen)
- Elektronegativität
- Nimmt von oben nach unten ab, von links nach rechts zu (Ausnahme: Edelgase)
- Ionisierungsenergie
- nimmt von oben nach unten ab, von links nach rechts zu.
- Metallcharakter
- nimmt von oben nach unten zu und von links nach rechts ab.
- Basizität der Oxide
- nimmt von oben nach unten zu, von links nach rechts ab.
- Schrägbeziehung:
- Ähnlichkeiten zwischen:
- Lithium - Magnesium
- Beryllium - Aluminium
- Bor - Silizium
- Grimmscher Hydridverschiebungssatz
- Lanthanoidenkontraktion

Siehe auch

- Elektronenkonfiguration im Periodensystem.
- Liste der chemischen Elemente nach
- Namen
- Ordnungszahl
- Symbol
- Seltenheit

Das Lied der chemischen Elemente

1959 hat der Amerikaner Tom Lehrer ein Lied geschrieben, in dem die Namen aller bis dato bekannten 102 Elemente vorkommen. Dieses Lied heißt „The Elements“ (Lied der chemischen Elemente).
- http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/lyrics.html
- http://www.privatehand.com/flash/elements.html

Weblinks

Deutsche Seiten

- [http://www.seilnacht.com/Lexikon/psframe.htm Bebildertes Periodensystem]
- [http://mypse.sourceforge.net/ Interaktives Periodensystem - deutsch (GPL)]
- [http://www.pse-online.de/html/allgemein/pdf.htm/ Periodensystem als PDF]

Englische Seiten

- [http://www.webelements.com Informationen zu den Elementen]
- [http://www.iupac.org/reports/periodic_table/index.html offizielles Periodensystem der Elemente der] IUPAC Kategorie:Werkzeug der Chemie !Periodensystem als:Periodensystem ja:周期表 ko:주기율표 ms:Jadual berkala simple:Periodic table th:ตารางธาตุ

Ordnungszahl

Die Ordnungszahl, auch Atomnummer oder Kernladungszahl, gibt die Anzahl der Protonen in einem Atomkern an. Ihr Formelzeichen ist Z. Atome mit gleicher Ordnungszahl gehören zum selben Element und haben somit das gleiche Verhalten bei chemischen Reaktionen. Sie wird links unten neben dem Elementsymbol angegeben, Beispiele: :₁H (Wasserstoff) oder ₈O (Sauerstoff) Da aber das Elementsymbol eindeutig die Ordnungszahl bestimmt, wird die Ordnungszahl selten – meist nur in tabellarischen Übersichten – in dieser Form angegeben. Siehe auch: Massenzahl, Isotop, Periodensystem Kategorie:Atomphysik Kategorie:Kernphysik als:Ordnungszahl ja:原子番号 ko:원자 번호 th:เลขอะตอม

Actinide

Die 14 radioaktiven Elemente, die im Periodensystem auf Actinium folgen werden als Actinoide bezeichnet. Das sind: das Thorium (Ordnungszahl 90), das Protactinium (Element 91), das Uran (92) und die Transurane Neptunium (93), Plutonium (94), Americium (95), Curium (96), Berkelium (97), Californium (98), Einsteinium (99), Fermium (100), Mendelevium (101), Nobelium (102) und Lawrencium (103). Die frühere Bezeichnung Actinide entspricht nicht dem Vorschlag der Nomenklaturkomission, da nach diesem die Endung -id für binäre Verbindungen wie z.B. Chloride reserviert ist. Alle Actinoide bilden dreifach geladene Ionen, sie werden wie das Actinium auch zur III. Nebengruppe des Periodensystems gerechnet. Die Actinoide gehören wie die Lanthanoide zu den inneren Übergangselementen oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Unterschalen mit Elektronen gefüllt werden. Alle Actinoide sind radioaktiv. Kategorie:Stoffgruppe ja:アクチノイド ko:악티늄 계열 th:แอกทิไนด์

F-Block

Als Block im Periodensystem werden chemische Elemente nach den energiereichsten Orbitalen ihrer Elektronenhülle zusammengefasst. Ein Block fasst mehrere Gruppen des Periodensystems zusammen. Man unterscheidet folgende Blöcke:
- s-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem s-Orbital hinzu. Zu diesem Block gehören Wasserstoff, Helium sowie die Elemente der 1. und 2. Hauptgruppe (Alkalimetalle und Erdalkalimetalle).
- p-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem p-Orbital hinzu. Zu diesem Block gehören alle anderen Hauptgruppenelemente, also die Erdmetalle, Kohlenstoffgruppe, Stickstoffgruppe, Chalkogene, Halogene und Edelgase.
- d-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem d-Orbital hinzu. Diese Elektronen befinden sich nicht in der äußersten Schale, sondern eine Schale darunter. Da diese Elemente jeweils nur ein oder (meist) zwei Außenelektronen besitzen, zeigen sie ein ähnliches chemisches Verhalten. Zu diesem Block gehören alle Nebengruppenelemente.
- f-Block: gegenüber dem vorhergehenden Element kommt ein Elektron in einem f-Orbital hinzu. Auch diese Elektronen befinden sich nicht in der äußersten Schale, sondern in der drittäußersten. Die chemische Ähnlichkeit in diesem Block ist daher noch stärker ausgeprägt als im d-Block. Zum f-Block gehören die Lanthanoide und Actinoide. Kategorie:Chemie ja:元素のブロック th:บล็อกในตารางธาตุ

Erdteil

Der Begriff Kontinent (von lat.: (terra) continens) bedeutet "zusammenhängendes Land", das von den Inseln unterschiedene Festland. Die Kontinente der Erde machen insgesamt nur 29 Prozent der Erdoberfläche aus, den Rest nehmen die Ozeane und Meere ein.

Definitionen

Meer Geografisch besteht ein Kontinent aus einer großen zusammenhängenden Landmasse, die durch das Meer von anderen Kontinenten abgegrenzt wird. So bildet der Panamakanal die Grenze zwischen Nord- und Südamerika und der Sueskanal die Grenze zwischen Afrika und Asien. Eine Ausnahme stellt die Trennlinie zwischen Asien und Europa dar: Sie verläuft über den Ural. Aus dieser Definition ergeben sich 7 Kontinente: Afrika, Antarktika, Asien, Australien/Ozeanien, Europa, Nordamerika und Südamerika. Südamerika Geologisch gesehen umfasst ein Kontinent das zugehörige Schelfgebiet, welches auch Kontinentalplatte genannt wird. Man zählt auf unserem Planeten 14 solche Kontinentalplatten. Neben diesen beiden gibt es auch historisch-politische Definitionen von Kontinenten. So muss die Aufteilung Eurasiens in Asien und Europa aus der historisch-politischen Perspektive des Kolonialismus verstanden werden. Zur historisch-politischen Kategorie gehören auch die Versuche, ein Mittelamerika oder den Nahen Osten als eigene Kontinente abzutrennen. Die Abgrenzung Europas als Kontinent greift auf eine Vorstellung zurück, wonach man glaubte, Europa und Asien seinen zwei unterschiedliche Kontinente. Heute wissen wir aber, das es nur eine Eurasische Platte gibt. Europa und Asien sind im Sinne der Plattentektonik ein Kontinent, Eurasien. Von Irland über Russland bis nach Malaysia liegt alles auf einer einzigen Platte, eine physische Grenze zwischen Asien und Europa existiert dementsprechend nicht.

Geschichtliches

Kolonialismus] Herodot teilte die Welt in 3 Kontinente: Europa, Asien und Libyen. Seine Dreiteilung wurde im Altertum als verbindlich angesehen. Hekataios zog im 6. Jahrhundert v. Chr. die Grenze zwischen Asien und Europa vom Ägäischen Meer über das Marmarameer und das Schwarze Meer bis hin zum Don. Heute zählt man 7 geografische Kontinente.

Zum Begriff "Kontinent"

Das lateinische continens bedeutet im eigentlichen Sinne das "Zusammenhaltende" oder "Umfassende". Die Vorstellung hinter dieser Begriffsverwendung für einen Kontinent im heutigen Sinne ist eigentlich irreführend: Sie beruht auf der Annahme, dass die Landteile der Erde die Wasserteile umfassen. Da jedoch die Wasserflächen der Erde um ein Vielfaches größer sind als die kontinentalen Flächen, müsste man letztere eigentlich als das "Umfasste", das contentum bezeichnen. Die Begriffsbildung beruht somit auf einer falschen Vorstellung der Erde.

Namensgebung

Die Namen der Kontinente sind in der ursprünglichen lateinischen Form alle weiblich und enden entsprechend einheitlich mit a. Afrika galt im Altertum nur als Name für das heutige Tunesien, welches von den Römern nach dem Stamm der Afri um Karthago so benannt wurde. Amerika wurde auf Vorschlag Martin Waldseemüllers nach Amerigo Vespucci benannt, der kurz nach Christoph Kolumbus die Ostküste Südamerikas befuhr. Zu dieser Zeit konnte noch nicht überblickt werden, dass es sich genau genommen um zwei Kontinente handelt, die nur durch eine relativ schmale Landbrücke miteinander verbunden sind. Antarktika wurde nach seiner Lage inmitten der Antarktis benannt. Asien (eigtl. Asia) kommt aus dem Assyrischen von Assu = Sonnenaufgang bzw. Osten. Australien (eigtl. Australia) kommt von lat. Terra Australis = südliches Land. Europa hat seine Bezeichnung möglicherweise vom griech. Erebos = Abendland, die Herkunft ist jedoch umstritten.

Siehe auch

- Superkontinent
- Subkontinent
- Landhemisphäre
- Plattentektonik

Weblinks

[http://userpage.fu-berlin.de/~tmuehle/europa/europa/europa_mount-elbrus.htm Die Grenzen Europas] Kategorie:Geowissenschaft Kategorie:Physische Geographie ! ja:大陸 ko:대륙 ms:Benua simple:Continent th:ทวีป zh-min-nan:Tāi-lio̍k

Sauerstoff

Sauerstoff (auch Oxygenium; von griech. oxýs „scharf, spitz, sauer“ und genese „erzeugen“) ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol O und der Ordnungszahl 8. Atomarer Sauerstoff, das heißt Sauerstoff in Form freier, einzelner Sauerstoffatome, kommt in der Natur nicht vor. Elementar tritt Sauerstoff überwiegend in Form eines kovalenten Homodimers, einer chemischen Verbindung aus zwei Sauerstoff-Atomen, auf (molekularer Sauerstoff, auch Dioxygen, Disauerstoff, Summenformel O₂). Die wenig stabile allotrope Form aus drei Sauerstoffatomen (O₃) wird Ozon genannt. Flüssiger Sauerstoff wird in der Raketentechnik als Oxidationsmittel verwendet und mit LOX (liquid oxigen) abgekürzt.

Geschichte

Sauerstoff wurde 1774 unabhängig voneinander durch Joseph Priestley und Carl Wilhelm Scheele entdeckt. Von der Urzeit bis über das Mittelalter hinaus war das Feuer für den Menschen eine unerklärliche Erscheinung. Lange Zeit wurde es von den Menschen als Gabe des Himmels hingenommen. Die Chemiker des Mittelalters, die sog. Alchimisten, fingen an, sich über das Wesen des Feuers Gedanken zu machen. Sie kamen dabei zu der Ansicht, das Feuer sei ein Grundstoff. Gegen Ende des 17. Jahrhunderts suchte man eine Erklärung für die Verbrennung. Die Forscher vermuteten einen „leichten geheimnisvollen Stoff“, der aus dem brennenden Stoff entweicht. Bei dieser Annahme blieb man auch dann noch, als der schwedische Apotheker Carl Wilhelm Scheele 1772 den Sauerstoff entdeckte. Er nannte ihn lange Zeit Feuerluft. Neben dem Sauerstoff erforschte der Deutsch-Schwede mit einfachsten Hilfsmitteln aus seiner Apotheke Ammoniak, Stickstoff und andere chemische Stoffe. Er konnte sich aber nicht erklären, wie Verbrennung mit Sauerstoff zusammenhängt. Völlig unabhängig von Scheeles Entdeckungen kam der Engländer Joseph Priestley zu gleichen Forschungsergebnissen, allerdings 2 Jahre später.
Obwohl Scheele zeitlich früher als Priestley den Sauerstoff entdeckte, kamen seine Ergebnisse später an die Öffentlichkeit. Die Ursache dafür war die schleppende Veröffentlichung durch die Presse. Der Sauerstoff war erforscht, doch seine Bedeutung bei der Verbrennung noch nicht geklärt. Dafür sorgte der Franzose Antoine Lavoisier. Beim Experimentieren kam er zu dem Ergebnis, dass sich bei der Verbrennung ein Stoff mit Sauerstoff verbindet. Er konnte mit einer Waage nachweisen, dass ein Stoff beim Brennen nicht leichter, sondern schwerer wird. Der Grund dafür ist das Gewicht des Sauerstoffs, der während der Verbrennung aufgenommen wird. Die Erklärung der Verbrennung, die uns heute selbstverständlich, notwendig und unabkömmlich erscheint, ist also das Ergebnis langen Forschens.

Etymologie

Früher machte man den Sauerstoff für die Bildung von Säuren verantwortlich. Tatsächlich entstehen die meisten anorganischen Säuren bei der Lösung von Nichtmetalloxiden in Wasser, welches aus Wasserstoff und Sauerstoff besteht. Dass aber nicht der Sauerstoff, sondern der Wasserstoff für den Säurecharakter verantwortlich war, erkannte man erst später; ein Beweis ist die Salzsäure, sie ist auch als Gas eine Säure und besteht aus der Verbindung von Chlor mit Wasserstoff und enthält keinen Sauerstoff. So müsste eigentlich der Sauerstoff Wasserstoff und der Wasserstoff Sauerstoff heißen. Der Begriff Sauerstoff (Oxygenium) wurde 1779 von Lavoisier vorgeschlagen.

Vorkommen

Das Element Sauerstoff stellt in der Erdhülle mit 49,4 Masse-% das häufigste, im Weltall das dritthäufigste Element dar. Eine bedeutende Form des Sauerstoffs ist O₂, unter Normalbedingungen ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas. Es ist ein Bestandteil der Luft (etwa 21 Volumenprozent) und in Gewässern gelöst. In der Luft hält sich der relativ reaktionsfreudige Sauerstoff auf Dauer nur wegen der Tatsache, dass die Erde Lebewesen beherbergt, die Sauerstoff produzieren - ansonsten würde er nur in Verbindungen vorkommen. Die Entwicklung der Sauerstoffkonzentrationen in der Erdatmosphäre wird im Artikel Entwicklung der Erdatmosphäre beschrieben. Häufig kommt Sauerstoff in Verbindungen mit anderen Elementen als Oxid vor. (z.B.: als SiO₂ - Sand oder H₂O - Wasser)

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Molekülorbital-Verfahren

Oxid Das Sauerstoff-Atom hat 6 Valenzelektronen auf dem 2. Hauptenergieniveau. Die 12 Valenzelektronen eines Sauerstoffmoleküls werden auf vier bindende (s_s, s_x, p_y, und p_z) aber nur drei antibindende Molekülorbitale (s_s^-, p_y^-, p_z^-) verteilt. Die bindenden x-, y- und z-Molekülorbitale ergeben eine Dreifachbindung. Dieses Modell entspricht eher dem Bindungsabstand von 121 pm und der Bindungsenergie von 626 kJ/mol als das Doppelbindungsmodell. Außerdem erklärt dieses Modell den Paramagnetismus und den radikalischen Charakter des Sauerstoffs, der durch die beiden ungepaarten Elektronen der antibindendem p-Molekülorbitale hervorgerufen wird.

Singulett- und Triplet-Sauerstoff

Gegenüber der langläufigen Meinung handelt es sich beim Sauerstoff-Molekül um zwei ungepaarte Elektronen. Die Sauerstoffatome sind durch eine Einfachbindung verbunden, jedes Sauerstoffatom besitzt zwei Elektronenpaare sowie ein ungepaartes Elektron, deren Spin entweder gleich (Triplett-Sauerstoff) oder entgegengesetzt (Singulett-Sauerstoff) gerichtet ist. Dabei ist der Triplett-Zustand energieärmer. Die Änderung des elektronischen Zustands kann nur über photochemischen Weg oder durch Kollision erfolgen.

Sauerstoff-Ionen

Von Sauerstoff sind folgende Radikalionen bekannt: Dioxygenyl O₂⁺, Hyperoxid (veraltet: Superoxid) O₂^- und Ozonid O₃^-. Closed-shell-Ionen sind das Oxid O^2- sowie das Peroxid O₂^2-.

Chemische Eigenschaften

Die bekannteste chemische Reaktion ist die Oxidation.

Isotope

Das häufigste stabile Sauerstoffisotop ist ¹⁶O, daneben kommt natürlich noch ¹⁸O vor. Ihr Anteilsverhältnis in Eisbohrkernen kann zur Schätzung der Durchschnittstemperatur früherer Zeiten dienen, da Wassermoleküle mit dem leichteren ¹⁶O schneller verdunsten. Eisschichten mit einem höheren relativen Anteil an ¹⁸O stammen demnach aus wärmeren Zeiten. Umgekehrt regnen Wassermoleküle mit dem schwereren Isotop schneller ab, so dass Regenwasser einen höheren ¹⁸O-Gehalt aufweist als z.B. See- oder Meerwasser. Auch gibt es regionale Unterschiede in der ¹⁸O-Anreicherung in Organismen nach Art ihrer Trinkwasserquelle. Siehe auch: Klimaerwärmung, Ötzi

Verbindungen

Einige bekannte Verbindungen, in denen Sauerstoff vorkommt:
- Oxide
- Wasser
- Kohlendioxid, Kohlenmonoxid
- Siliziumdioxid
- Hämatit
- Peroxide
- schweflige Säure
- Schwefelsäure
- Zucker
- Zirkon
- Silikate

Gewinnung/Darstellung von O₂

Sauerstoff als O₂ wird heutzutage durch die fraktionierte Destillation von flüssiger Luft (Linde-Verfahren nach Carl von Linde) hergestellt. Dieses beruht auf dem Joule-Thomson-Effekt. Das Linde-Verfahren wird seit 1905 technisch eingesetzt. Davor war die Thermolyse von Bariumperoxid die einzige Möglichkeit, Sauerstoff großtechnisch aus Luft herzustellen:

2\,\mathrm_2 \rightarrow 2\,\mathrm + \mathrm_2

(bei 700°C) BaO₂ selbst kann man durch Einwirken von O₂ auf BaO bei 500°C erzeugen. Reinsten Sauerstoff erhält man durch die Elektrolyse von Kalilauge: Kathodenreaktion:

2\,\mathrm^++2\,e^-\rightarrow 2\,\mathrm

Kathodenreaktion 2:

2\,\mathrm+2\,\mathrm_2\mathrm\rightarrow 2\,\mathrm+\mathrm_2

Anodenreaktion 1:

2\,\mathrm^- \rightarrow 2\,\mathrm + 2\,e^-

Anodenreaktion 2:

2\,\mathrm \rightarrow \mathrm_2\mathrm + 1/2\;\mathrm_2

O₂ wird ebenfalls bei der Spaltung von Oxiden frei. Am leichtesten (mit geringster Temperatur) erreicht man dies durch Spaltung von Edelmetalloxiden. Z. B.:

2\,\mathrm_2\mathrm \rightarrow 4\,\mathrm + \mathrm_2

(bei T > 160°C)

Biologische Bedeutung

Sauerstoff wird von Cyanobakterien, Algen und Pflanzen bei der oxygenen Photosynthese aus Wasser freigesetzt. Die Cyanobakterien (veraltet auch als Blaualgen bezeichnet) waren dabei die ersten Organismen, die molekularen Sauerstoff als ihr Abfallprodukt in der Atmosphäre anreicherten.
Eukaryotische Organsimen - also auch der Mensch - benötigen heute diesen Sauerstoff in Form von O₂ für ihren Stoffwechsel. Er fungiert dabei wie in einer normalen Redoxreaktion als Elektronenakzeptor, wobei er sich wieder mit Wasserstoff zu Wasser verbindet. Dies entspricht einer kontrollierten Knallgasreaktion. Sie läuft im Rahmen der Atmungskette bei den Eukaryoten in den Mitochondrien ab.
Bei den Prokaryonten gibt es aerobe und anaerobe Mikroorganismen. Anaerobe nutzen einen anderen Elektronenakzeptor, der aber zum Teil auch eine Sauerstoffverbidnung wie Nitrat oder Sulfat sein kann. Die starke Reaktivität der Sauerstoffionen, die auch im Stoffwechsel von Lebewesen entstehen, können Zellstrukturen zerstören und machen Schutzenzyme notwendig. Daher ist Sauerstoff für einige Mikroorganismen toxisch und wird nicht zuletzt für bestimmte Alterungseffekte beim Menschen verantwortlich gemacht.

Weitere Probleme:
- Atmung bei Hochdruck
- Tauchen/siehe auch Apollo 1)

Nachweis und Konzentrationsmessung

Sauerstoff kann dadurch nachgewiesen werden, dass er Verbrennungen unterhält. Am einfachsten ist die sogenannte Glimmspanprobe, bei der ein leicht glühender Holzspan in das zu untersuchende Gasgemisch gehalten wird, ein Aufleuchten weist auf hohe Sauerstoffkonzentrationen hin. Zur genaueren Bestimmung der Sauerstoffkonzentration eines Gases finden unterschiedliche Meßverfahren Anwendung, die von dem jeweils zu erfassenden Konzentrationsbereich sowie den begleitenden Substanzen abhängen. Man kann physikalische und chemische Meßverfahren unterscheiden. Zu den physikalischen Meßverfahren zählt das paramagnetische Verfahren. Es geht von der Tatsache aus, daß die Sauerstoffmoleküle auf Grund ihres permanenten magnetischen Dipolmoments paramagnetisch sind, alle anderen Gase mit geringen Ausnahmen diamagnetisch sind. Bei der meßtechnischen Realisierung in sog. thermomagnetischen Geräten wird das Meßgas der Wirkung eines Magnetfeldes und anschließend in einem Teilstrom einem Temperaturfeld ausgesetzt. Es entsteht in der Meßzelle eine Gasströmung, der sog. "magnetische Wind". Die Geräte können auch für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ausgebildet werden. Ein weit verbreitetes elektrochemisches Meßverfahren nutzt die Sauerstoffleitfähigkeit von Zirkondioxid aus. Leitet man das sauerstoffhaltige Meßgas beispielsweise durch ein auf über 700 °C erhitztes Zirkondioxid-Röhrchen, das innen und außen Elektroden trägt und außen der Umgebungsluft ausgesetzt ist, dann entsteht an den Elektroden eine elektrische Spannung, die nach dem Nernstschen Gesetz von der absoluten Elektrodentemperatur und dem Verhältnis der Sauerstoffpartialdrücke an den beiden Elektroden abhängt. Der Sauerstoffpartialdruck der Luft dient hierbei als bekannte und konstante Vergleichsgröße. Bevorzugte Anwendungen sind Rauchgasmeßsonden und die in den Kraftfahrzeugen verwendeten Lambda-Sonden. Mit Hilfe von Zirkondioxid-Sensoren können ohne Probleme einerseits Sauerstoffpartialdrücke im ppm-Bereich (parts per million) und andererseits bei hohen Temperaturen (ca. 1.500 °C) gemessen werden.

Siehe auch

- Knallgasreaktion
- Carbogen
- Oxidation
- Phlogiston
- Hydroxid
- Rost (Korrosion)
- Ozon

Weblinks

- [http://www.hcrs.at/LIQUIDO2.HTM flüssiger Sauerstoff]
- [http://www.chemieseite.de/hauptelemente/node26.php Sauerstoff: Darstellung, Sigulett Triplett, Ozon]
- [http://www2.uni-jena.de/chemie/institute/oc/weiss/arbeitsvorschrift.htm Reaktion mit Singulett Sauerstoff] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Chalkogen Kategorie:Periode-2-Element Kategorie:Gas Kategorie:Nichtmetall als:Sauerstoff ja:酸素 ko:산소 ms:Oksigen simple:Oxygen th:ออกซิเจน

Sure

Der Begriff Sure (arabisch سورة) bezeichnet einen Abschnitt des Korans, der heiligen Schrift des Islam. Die 114 Suren, die im Verlauf von über zwei Jahrzehnten nach der islamischen Glaubensvorstellung dem Religionsstifter Muhammad von Allah offenbart wurden, sind nicht inhaltlich oder chronologisch, sondern grob ihrer Länge nach absteigend geordnet. Eine Ausnahme bildet al-fatiha (الفاتحة), die Eröffnungssure, die, obwohl relativ kurz, am Anfang des Korans steht. Jede Sure trägt im Arabischen einen eigenen Namen, der auch beim Zitieren als Quellenangabe benutzt wird; die Zitierweise nach Surennummern ist nur im Westen üblich. Üblicherweise werden die Suren nach dem Ort und der Zeit der Offenbarung in mekkanisch und medinensisch unterteilt, dies ist in den üblichen Druckausgaben im Titel mit angegeben. Im Koran selbst kommt das Wort sura zehn mal vor, z.B. in Sure 24, Vers 1: »[Dies ist] eine Sure, die wir hinabgesandt und für verbindlich erklärt, und in der wir klare Zeichen (oder: Verse) hinabgesandt haben.« (Paret). Am Anfang jeder Sure, mit Ausnahme der neunten, die als Mahnung herabgesandt wurde, steht die Basmala. Die Suren gliedern sich wiederum in einzelne, in Reim prosa (sadsch`سجع) verfasste Verse, so genannte Ayat. Die Zahl der Verse wird im Surentitel mit angegeben. Die Herkunft dieses arabischen Wortes ist bis heute im Wesentlichen ungeklärt, ebenso eine eventuelle vorislamische Wortbedeutung. Im heutigen Arabisch wird das Wort nur im hier beschriebenen Sinne benutzt. Siehe auch: Liste islamischer Begriffe auf Arabisch, Portal:Religion, Liste der Koransuren Kategorie:Literarischer Begriff Kategorie:Islam

Alkali

Alkali bezeichnet:
- Alkalimetalle, eine Gruppe von chemischen Elementen.
- Chemische Basen bzw. Laugen. Der Begriff stammt von dem arabischen Wort al-qaly für "Pottasche" und "Aschensalz". simple:Alkali

Lösung (Chemie)

Eine Lösung ist in der Chemie ein homogenes Gemisch, das aus einem oder mehreren gelösten Stoffen und einem Lösungsmittel (das selbst eine Lösung sein kann) besteht. Lösungen sind rein äußerlich nicht als solche erkennbar, da sie per Definition nur eine Phase besitzen und die gelösten Stoffe daher gleichmäßig im Lösungsmittel verteilt sind.

Komponenten von Lösungen

Die Lösungsmittel sind üblicherweise Flüssigkeiten. Die gelösten Stoffe können sein:
- gasförmig (z.B. Luftgase wie Sauerstoff und Stickstoff in Wasser, Chlorwasserstoff oder Ammoniak in Wasser, Kohlenstoffdioxid in Sekt oder Mineralwasser),
- flüssig (z.B. Alkohol in Wasser)
- fest (z.B. Kochsalz oder Calciumcarbonat in Wasser)

Löslichkeit

Ob und in welchem Ausmaß ein Stoff in einem bestimmten Lösungsmittel löslich ist, hängt von seiner Löslichkeit ab. Ist in einer Lösung so viel wie möglich des Stoffes gelöst, nennt man diese Lösung gesättigt. Ist zu viel eines Stoffes enthalten, so bildet sich ein Bodensatz oder der Überschuss bleibt als Übersättigung erhalten. Nicht alle Lösungen haben eine Grenze der Löslichkeit (Näheres siehe dort) Bei Lösungen von Gasen in Flüssigkeiten gilt eine Lösung als gesättigt, wenn ein Diffusionsgleichgewicht zwischen in Lösung gehenden und die Lösung verlassenden Gasmolekülen herrscht. Aus übersättigten Gaslösungen treten aber nur dann Gasblasen aus (wie in Mineralwasser oder Sekt), wenn die Summe der Lösungspartialdrucke aller gelösten Gase größer ist als der mechanische Druck am Ort der Blasenbildung. Eine definitive Grenze des Aufnahmevermögens einer Flüssigkeit für ein Gas gibt es nicht. Die "Löslichkeit" ist hier vielmehr der Koeffizient, der die gelöste Menge mit dem aufgewendeten Gasdruck in Relation setzt.

Trennen von Lösungen

Beim Lösen von Stoffen ist der gelöste Stoff meist wieder leicht extrahierbar, da bei einer Lösung vordergründig keine chemische Reaktion statt zu finden scheint. Tatsächlich wird beim Lösen von Salzen sehr wohl die Ionenbindungen des Kristalls gelöst als auch Hydrathüllen von Wassermolekülen um die Ionen gebildet (Hydratation). Viele Metallionen bilden mit dem Wasser sogar regelrechte Komplexverbindungen (z.B. Hexaquo-EisenIII). Die genannten Bindungen müssen vollkommen reversibel sein, wenn ein Substanzgemisch als Lösung gelten soll. Auch beim Lösen von gasförmigen Säure- oder Baseanhydriden kommt es zu einer Reaktion. Chlorwasserstoff löst sich und dissoziert sofort fast vollständig in Chloridionen und Waserstoffionen, die sich ihrerseits sofort mit Wasser zu Hydronium verbinden. Kohlenstoffdioxid bleibt dagegen zum überwiegenden Teil als Gas gelöst. Ein geringer Teil bildet aber mit dem Wasser Kohlensäure, die ihrerseits zu Hydrogencarbonat, Carbonat und Hydronium dissoziiert. Auch diese Reaktionen sind vollkommen reversibel, d.h. die Lösungen sind ohne zusätzliche Reagenzien wieder trennbar.

Trennen von festen Stoffen in Flüssigkeiten

Verdampfen des flüssigen Reinstoffes bewirkt, dass die Lösung nach und nach übersättigt wird und der Feststoff auskristallisiert, soweit es sich um die Lösung eines begrenzt löslichen Stoffes handelt. Bei vollständigem Verdampfen bleibt der Feststoff am Ende als Bodensatz erhalten. Es gibt Lösungen von "Feststoffen" wie z.B. Calciumhydrogencarbonat, die beim Eindicken der Lösung zerfallen und deshalb als Trockensubstanz gar nicht existieren. In diesen Beispiel entsteht ein Rückstand aus Calciumcarbonat, während Kohlenstoffdioxid zusammen mit dem Wasser verdunstet. Eine technisch zunehmend genutzte Möglichkeit ist die Umkehrosmose. Hierbei wird die Lösung durch eine semipermeable Membran gepresst, die Ionen und größere Moleküle nicht passieren lässt. Diese Technik wir vor allem zur Wasseraufbereitung und insbesondere zur Meerwasserentsalzung verwendet.

Trennen von Flüssigkeitsgemischen

Flüssigkeiten lassen sich (nie vollständig) durch fraktionierte Destillation trennen. Man nutzt dabei die unterschiedlichen Siedepunkte der beteiligten Substanzen. Da aber ein geringerer Dampfdruck der höher siedenden Flüssigkeit auch schon beim Sieden der flüchtigeren Substanz herrscht, geht immer ein geringer Anteil von ihr mit über. So lässt sich durch Destillation Alkohol nur bis ca. 96% Reinheit gewinnen.

Trennen von Gas und Flüssigkeiten

Erhitzen der Lösung führt zum Entweichen des Gases, da seine Löslichkeit mit steigender Temperatur abnimmt. Vollständig aus der Lösung vertreiben lässt sich ein gelöstes Gas aber nur durch das Sieden der Flüssigkeit, weil dann der Dampfdruck dem Mechanischen Druck übersteigt und Blasen bildet, mit denen das Gas ausgetrieben wird. Gase können einander auch aus der Lösung verdrängen. Dazu muss man die Lösung des Gases A in intensiven Kontakt mit Gas B bringen, z.B. durch sprudeln.

Legierungen

Auch Metallschmelzen stellen meistens Lösungen dar und werden als Legierungen bezeichnet. Dabei sind mehrere Metalle oder Nichtmetalle in einer Hauptkomponente gelöst; beispielsweise bestehen manche Stahlschmelzen aus einer Lösung von Chrom, Vanadium, Kohlenstoff in Eisen.

Glas

Gläser können, da es sich bei ihnen um unterkühlte Flüssigkeits-Gemische handelt, auch als Lösungen aufgefasst werden.

Grenzfälle

Die Auflösung eines Metalls in einer Säure ist kein Lösungsvorgang im eigentlichen Sinne, da hierbei eine chemische Reaktion auftritt. Es gibt aber auch Grenzfälle, in denen eine reversible chemische Reaktion und gleichzeitig ein Lösungsvorgang stattfindet. Beispiele sind
- die Auflösung von Natrium in flüssigem Ammoniak.
- die Lösung von Kohlenstoffdioxid in Wasser, wobei sich ein Gleichgewicht mit der Bildung von Kohlensäure und deren Dissoziation ausbildet, das wieder verschwindet, wenn das Kohlenstoffdioxid die Lösung verlässt (z.B. durch Ausblasen mit einem anderen Gas).

Chemische Lösung in der Geologie

In der Geologie unterscheidet man zudem die Verwitterungsprozesse der kongruenten und inkongruenten Lösung. Von einer kongruenten Lösung spricht man bei einer gleichmäßigen und damit vollständigen Lösung des Gesteins, beispielsweise bei der Lösungsverwitterung von Halit oder Kalkstein, wobei letztere mit der Einstellung eines reversiblen Dissoziationssystems der Kohlensäure einher geht (siehe oben). Von einer inkongruenten Lösung spricht man hingegen bei einer selektiven Lösung einzelner Minerale oder Ionen aus dem Gesteinsverband, beispielsweise im Zuge der Silikatverwitterung.

Siehe auch:

- Löslichkeit
- Lösungsenthalpie
- Legierung
- Stahl Kategorie:Chemie ja:溶液

Chemische Verbindung

In der Chemie bezeichnet man mit Verbindung eine Substanz, die aus zwei oder mehr verschiedenen chemischen Elementen besteht, welche in einem festen Massenverhältnis zueinander stehen. Das Charakteristische ist die chemische Formel, mit der man unter Verwendung des Molgewichts z.B. die Menge an Produkten einer chemischen Reaktion errechnen kann. Somit zählen Legierungen (z.B. Messing) oder andere Stoffgemische (etwa Schokolade) nicht zu den chemischen Verbindungen. Allerdings ist es bei Legierungen und Intermetallischen Verbindungen nicht immer einfach festzustellen, ob eine Verbindungsbildung stattfindet oder nicht.

Elektronenverteilung

Eine Verbindung ist in jedem Falle elektronenarm, wenn es sich hierum um ein Kation handelt, da solche Verbindungen weniger Elektronen als Protonen enthalten. Als elektronenreich wird eine chemische Verbindung bezeichnet, wenn es sich hierbei um ein Anion handelt, da solche Verbindungen mehr Elektronen als Protonen enthalten. Alle neutralen Verbindungen sind in sich zunächst elektroneutral. Innerhalb einer Verbindung kann allerdings die Elektronenverteilung sehr ungleichmäßig sein, so dass man hier von elektronenreichen und elektronenarmen Bereichen spricht. Elektronenreiche Bereiche sind potentiell nucleophil - elektronenarme Bereiche sind dagegen potentiell electrophil.

Siehe auch:

Organische Verbindung, Chemikalienliste, R- und S-Sätze, Gefahrstoff, Global harmonisiertes System zur Einstufung und Kennzeichnung von Chemikalien, Dendrimer

Weblinks

- [http://www.chem.ox.ac.uk/inorganicchemistry3/index.html Einige chemische Verbindungen nach ihren Hauptelementen] Kategorie:Chemie ja:化合物 ko:화합물 simple:Chemical compound th:สารประกอบเคมี

Homologie

Homologie, Adjektiv homolog (altgriechisch für "gleichlautend", "entsprechend"), hat in verschiedenen Wissenschaftszweigen unterschiedliche Bedeutung. Homologe Dinge werden teilweise auch als Homologe zusammengefasst, in manchen Bereichen beschränkt man sich aber auf die Verwendung des Adjektivs.
- in der Biologie: Homologe Strukturen sind herkunfts-, aber nicht notwendigerweise funktionsgleich. Siehe: Evolutionstheorie - Homologie (Biologie) - Phylogenese
- in der Philosophie: Homologie (Philosophie)
- in der Mathematik: Homologietheorie
- in der Chemie: homologe Reihe (Elemente hiervon als niedere und höhere Homologen zueinander) Siehe auch: Analogie

Elektronenkonfiguration

Die Elektronenkonfiguration gibt die Verteilung der Valenzelektronen eines Atoms auf verschiedene Energiezustände bzw. Aufenthaltsräume (Orbitale) an.

Die Quantenzahlen

Die Hauptquantenzahl n bestimmt die Hauptenergiestufe, die so genannte Schale, und die relative Größe des Orbitals. Die äußerste von Elektronen besetzte Schale bestimmt die Periode des Elements im Periodensystem. Die Schalen werden von 1 beginnend durchnummeriert oder mit den Buchstaben K, L, M, N ... bezeichnet. Die maximale Anzahl der Elektronen in den einzelnen Schalen ergibt sich aus der Formel 2·n². Theoretisch ergeben sich somit für die einzelnen Schalen: K-Schale (n=1) = 2 Elektronen L-Schale (n=2) = 8 Elektronen M-Schale (n=3) = 18 Elektronen N-Schale (n=4) = 32 Elektronen O-Schale (n=5) = 50 Elektronen Die Bahndrehimpulsquantenzahl l, der Drehimpuls, unterteilt die Schale in Unterschalen verschiedener Energieniveaus. Die Schale n besitzt genau n Unterschalen, nummeriert von 0 bis (n-1) oder mit den Buchstaben s, p, d, f, g, h ... bezeichnet. Ebenfalls wird die Gestalt der einzelnen Orbitale durch l bestimmt. Wie der Name schon sagt ergibt sich aus l der Bahndrehimpuls des jeweiligen Orbitals Die magnetische Bahndrehimpulsquantenzahl m gibt die Orientierung des Orbitals im Raum an. Außerdem macht m eine Aussage über das Verhalten des jeweiligen Orbitals in einem Magnetfeld und unterteilt jede Unterschale in 2l + 1 Orbitale, nummeriert von -l bis +l. Somit ergibt sich z.B. für das p-Orbital 3 Unterteilungen: px, py und pz. Jedes dieser kann von 2 Elektronen antiparallelen Spins besetzt werden (Siehe Pauli-Prinzip und Hundsche Regel) Durch diese 3 Quantenzahlen wird ein Orbital charakterisiert. n,l,m zeigen uns auf, welches Orbital von dem Elektron besetzt wird, z.B. n=2, l=1 zeigen, dass das Elektron in der 2.Schale aufgenommen wird und zwar in einem p-Orbital ( l=0 --> s / l=1 --> p / l=2 --> d, usw.)m charakterisiert nun noch, ob das px, py oder pz-Orbital vom Elektron besetzt wird. Das Elektron selbst wird durch 4 Quantenzahlen eindeutig charakterisiert. Man muss hierzu berücksichtigen, dass Elektronen um ihre eigene Achse rotieren können, mit oder gegen den Uhrzeigersinn. Die Eigenrotation der Elektronen wird beschrieben durch die Spinquantenzahl s. s = +½ (↑, Spin-Up) oder s = -½ (↓, Spin-Down). Orbital

Notation

Die Elektronenkonfiguration eines Atoms wird durch Angeben der besetzten Unterschalen beschrieben. Der Nummer der Schale folgt dabei der Buchstabe für die Unterschale und hochgestellt die Anzahl der Elektronen in der Schale. So ergibt sich für die mit 5 Elektronen besetzte 2. Unterschale der 2. Schale die Schreibweise 2p⁵. Bei mehreren Unterschalen wird die gemeinsame Schale weggelassen. Aus 2s² 2p³ wird 2s² p³. Eine weitere verkürzte Schreibweise erhält man, wenn man das Kürzel für das vorausgegangene Edelgas in eckige Klammern setzt und dann die Unterschalen angibt, die noch zum gewünschten Element fehlen. Diese wird wegen ihrer Kürze im Periodensystem verwendet: Beispiel: Chlor: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ -> [Ne] 3s² 3p⁵ Daneben ist noch die anschauliche grafische Darstellung die Zellenschreibweise (Kästchenschema) üblich.

Regeln

Bei der Verteilung der Elektronen in der Atomhülle müssen verschiedene Regeln beachtet werden: Energieprinzip: Orbitale mit niedrigerem Energieniveau müssen zuerst aufgefüllt werden. Hundsche Regel: Orbitale gleichen Energieniveaus werden zuerst alle einfach besetzt, bevor sie doppelt besetzt werden. Pauli-Prinzip (auch Pauli-Verbot): Es darf keine zwei Elektronen mit übereinstimmenden Quantenzahlen geben. D.h. Wenn 2 Elektronen schon in n, l, und m übereinstimmen und somit ein und das selbe Orbital besetzten, müssen sie in der vierten Quantenzahl s ( Spinquantenzahl ) unterschiedliche Werte aufweisen. Somit ergeben sich besetzte Orbitale mit antiparallelem (Elektronen-)Spin. Die Unterschalen werden in folgender Reihenfolge besetzt (zeilenweise geordnet): 1s (1. Periode) 2s 2p (2. Periode) 3s 3p (3. Periode) 4s 3d 4p (4. Periode) 5s 4d 5p (5. Periode) 6s 4f 5d 6p (6. Periode) 7s 5f 6d ... (7. Periode) Von den oben genannten Regeln gibt es mehrere Ausnahmen, u.a.:
- Bei Lanthan besetzt zuerst ein Elektron ein Orbital der 5d-Unterschale bevor 4f aufgefüllt wird, bei Actinium besetzt entsprechend ein Elektron 6d bevor 5f aufgefüllt wird. Die Elektronen besetzen zuerst leere Orbitale innerhalb einer Unterschale.
- Bei Kupfer und Chrom wechselt ein Elektron des 4s Orbitals in das 3d Orbital, sodass das 4s Orbital trotz seines niedrigeren Energieniveaus nur einfach besetzt ist.
- Weitere Ausnahmen sind: Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Rd, Ag, Ir, Pt, Au, Gd und einige Actinoide: Ac bis Np und Cm.

Zusammenhang mit dem Periodensystem

Im Periodensystem entspricht die Besetzung des s-Orbitals einer neuen Schale, den Sprung in eine neue Periode (siehe Reihenfolge der Elektronenbesetzung). Innerhalb einer Periode werden zuerst die s-Orbitale (2 Elektronen - 1. und 2. Hauptgruppe) und als letzte die p-Orbitale (6 Elektronen - 3. bis 8. Hauptgruppe) besetzt. Die Nebengruppen entprechen dem Besetzen der d-Orbitale (10 Elektronen - 10 Nebengruppen). Die Lanthanoide und Actinoide entsprechen der Besetzung der f-Orbitale (14 Elektronen). ok

Siehe auch

Bohr-Sommerfeldsches Atommodell [http://wwwex.physik.uni-ulm.de/Lehre/gk4-2005/node56.html Auflistung der Elektronenkonfiguration]

Quellen

- Erwin Riedel, Anorganische Chemie, 2. Auflage, 1990 (für die Ausnahmen der Regel für die Besetzung der Atomorbitale) Kategorie:Physikalische Chemie ja:電子配置

Reduktion

Das Wort Reduktion (Verb reduzieren) ist aus dem latein. reducere (= zurückführen) abgeleitet und bedeutet in der gehobenen Alltagssprache eine Verringerung des Ausmaßes einer Eigenschaft. Dies kann sich sowohl auf messbare Größen (zum Beispiel Anzahl, Umfang, Gewicht) als auch auf abstrakte Größen beziehen:
- „Man einigte sich auf eine Reduktion der Gehälter im Ausmaß von [...]“
- „Der Abgeordnete XY wurde auf seine normale Bedeutung reduziert.“
- „Der Transitverkehr reduziert die Lebensqualität der Anwohner merklich.“ In einigen Wissenschaften hat das Wort Reduktion vielfach eine spezielle Bedeutung, deren Gemeinsamkeit in der Rückführung auf eine tiefere oder günstigere Stufe oder auf zugrundeliegende Tatsachen besteht („vom Besonderen zum Allgemeinen“) (Siehe: Reduktionismus): # In der Mathematik die Verringerung des Grades von Gleichungen, von Polynomen usw. Siehe: Differenzialgleichungen # in den messenden Naturwissenschaften die Bereinigung der Messwerte von modellierbaren Störeinflüssen, manchmal auch allgemein die Auswertung von Messungen, wenn die gesuchten Größen nicht unmittelbar selbst gemessen wurden: ## die topographische Reduktion bei Schwereanomalien ## Neigungsreduktion bei astronomischen oder geodätischen Messungen, siehe Libelle oder Reduktion auf Horizont oder Geoid ## bei Vermessungsarbeiten die Korrektur physikalischer Signallaufzeiten wegen der Refraktion usw. ## in der Meteorologie das Umrechnen des auf Standorthöhe gemessenen Luftdrucks auf Meereshöhe ## in der Astronomie die Bestimmung von Sternkoordinaten beispielsweise aus Durchgangszeiten an einem Meridiankreis und ähnliches # in der Chemie das Maß der Fähigkeit chemischer Verbindungen zur Abgabe von Sauerstoffmolekülen in einer bestimmten Versuchsanordnung. Siehe: Reduktion (Chemie), Metallreduktion, Reduktionsmittel # in der Komplexitätstheorie (einem Teilgebiet der theoretischen Informatik) das Ausdrücken eines Problems als Instanz eines anderen Problems. Siehe: Reduktion (Theoretische Informatik) # in den Geisteswissenschaften ganz allgemein die Erklärung eines Phänomens durch seine zugrundeliegenden Aspekte # in der Philosophie die Befreiung der Erfahrung von der natürlichen „Offensichtlichkeit“ – nach Edmund Husserl als transzendentale Reduktion bezeichnet. Siehe: Reduktionismus #in der Wissenschaftstheorie eine neopositivistische Lehre (der Reduktionimus). Siehe: Reduktionismus # in der Pädagogik und Anthropologie der Weg vom Beobachten von Details zum Ganzen und das dadurch vertiefte Verstehen (anthropologische Reduktion) # in der Malerei eine Reduzierung auf wesentliche Elemente und Ausdrücke. Siehe: Romantische Reduktion Das Wort Reduktionen bezeichnet die in Südamerika von Jesuiten im 17. und 18. Jahrhundert eingerichteten Schutzgebiete, um indigene Völker vor der Ausbeutung zu schützen. Siehe: Jesuitenreduktionen

Permanganat

Permanganate ist die Bezeichnung für Salze der allgemeinen Formel

\mathrm

Struktur

Permanganate leiten sich von der nicht existenten Permangansäure mit der Summenformel

\mathrm

ab. Von der Säure existiert lediglich das Anhydrid mit der Summenformel

\mathrm

Verwendung

Die Permanganate sind wasserlöslich und bilden violette Lösungen, am bekanntesten dürfte das Kaliumpermanganat sein. Es sind starke Oxidationsmittel, mit denen Alkene über die entsprechenden Glycole in Carbonsäuren überführt werden. Permanganate werden auch zur Reinigung von organischen Flüssigkeiten sowie der Abluft und der Abwässer in der pharmazeutischen und chemischen Industrie verwendet. Kategorie:Chemikalie

Isotop

Isotope sind Nuklide mit gleicher Ordnungszahl aber unterschiedlicher Massenzahl. Isotope stehen am gleichen Ort (griech. ισο [iso] – gleich, τόπος [topos] – Ort) im Periodensystem, aber an unterschiedlichem Ort in der Nuklidkarte. Ein Isotop umfasst also Atome eines Elements, die sich nur durch die unterschiedliche Anzahl von Neutronen im Atomkern unterscheiden. In der Regel besitzt jedes natürlich vorkommende Element ein oder wenige stabile Isotope, während die anderen Isotope radioaktiv (das heißt instabil) sind und früher oder später zerfallen. Es gibt jedoch auch Elemente, bei denen alle Isotope instabil sind und zerfallen.

Stabile Isotope

Mit 10 stabilen Isotopen hat Zinn die meisten natürlich vorkommenden Isotope. Bei 20 sogenannten Reinelementen gibt es nur ein stabiles Isotop. Diese Elemente sind: Beryllium, Fluor, Natrium, Aluminium, Phosphor, Scandium, Mangan, Kobalt, Arsen, Yttrium, Niob, Rhodium, Iod, Cäsium, Praseodym, Terbium, Holmium, Thulium, Gold, Bismut. Thorium besitzt zwar nur ein natürliches Isotop, dieses ist aber nicht stabil. Die Halbwertszeit ist mit 1,4 · 10¹⁰ Jahren sehr lang. In einigen Lehrbüchern wird es als 21. Reinelement aufgeführt. Nach neueren Untersuchungen ist das bisher für stabil gehaltene Isotop des Bismuts ein Alpha-Strahler mit extrem langer Halbwertszeit (1,9 · 10¹⁹ Jahre). Streng genommen gibt es somit nur noch 19 Reinelemente mit stabilem Isotop.

Bekannteste Isotope

Ein bekanntes Isotop ist ¹⁴C, das zur Altersbestimmung von organischen Materialien (Archäologie) benutzt wird (Radiokarbonmethode). Kohlenstoff (C) liegt hauptsächlich als stabiles Isotop ¹²C vor. Das Isotop ²³⁵U wird aus dem Natururan angereichert und als Brennstoff in Kernkraftwerken oder stärker angereichert in Atombomben verwendet.

Chemische Reaktionen bei Isotopen

In ihren chemischen Reaktionen unterscheiden sich Isotope geringfügig. Ein Beispiel ist die Elektrolyse von Wasser, bei der vorzugsweise Wasser mit dem normalen ¹H reagiert und in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt wird, während sich Wassermoleküle mit ²H (Schwerer Wasserstoff) im Restwasser anreichern. Grund hierfür sind die verschiedenen Nullpunktenergien der Isotope.

Isotope in der Analytik

Auch an ihren Spektrallinien können bei hoher Auflösung verschiedene Isotope eines Elements unterschieden werden (Isotopieverschiebung). Die Isotopenzusammensetzung in einer Probe wird in der Regel mit einem Massenspektrometer bestimmt. Isotope spielen ferner eine Rolle in der NMR-Spektroskopie. So werden beispielsweise in der NMR-Spektroskopie organischer Verbindungen ¹³C Isotope spektroskopiert, da sie im Gegensatz zum ¹²C einen detektierbaren Kernspin haben. Isotope werden auch in der Aufklärung von Reaktionsmechanismen oder Metabolismen mit Hilfe der sog. Isotopenmarkierung verwendet. Die Isotopenzusammensetzung des Wassers ist an verschiedenen Orten der Welt verschieden und charakteristisch. Diese Unterschiede erlauben es etwa bei Lebensmitteln wie Wein oder Käse, die Deklaration des Ursprungsortes zu überprüfen.

Benannte Isotope

Es gibt nur wenige Isotope, für die eigene Namen oder eigene Kürzel gebräuchlich sind:
- Das ²H-Isotop wird gewöhnlich als Deuterium (D) bezeichnet
- Das ³H-Isotop wird gewöhnlich als Tritium (T) bezeichnet

Siehe auch

- Isotopenuntersuchung
- Radioaktivität
- Halbwertszeit
- Radionuklid Kategorie:Kernphysik Kategorie:Kernenergie Kategorie:Chemie ja:同位体 ko:동위원소 simple:Isotope th:ไอโซโทป

Halbwertszeit

Viele Phänomene lassen sich mit einer Halbwertszeit (Abk.: HWZ) beschreiben, wenn eine exponentielle Abnahme (prozentual konstante Abnahme) über der Zeit vorliegt. Das bekannteste Beispiel hierfür ist der Zerfall radioaktiver Isotope. Bei exponentiellem Wachstum spricht man statt der Halbwertszeit von einer Verdoppelungsrate, die der Halbwertszeit mit umgekehrtem Vorzeichen entspricht. Fälschlicherweise wird gelegentlich (laienhaft) angenommen, dass nach zwei Halbwertszeiten, z.B. bei radioaktiven Isotopen, die Substanz vollständig zerfallen ist; es ist jedoch so, dass die nach einer Halbwertszeit verbliebene Hälfte im Lauf der nächsten Halbwertszeit wiederum halbiert wird, d.h. es verbleibt ¹/₄; nach 3 Halbwertszeiten ¹/₈ usw. (¹/₁₆, ¹/₃₂, ¹/₆₄, ...) bis letztlich nur noch ein einzelner Kern übrig ist. Der Zerfall dieses einen (wie auch jedes anderen einzelnen) Kerns ist allerdings nicht vorhersagbar, da lediglich eine Wahrscheinlichkeit für dessen Zerfall innerhalb einer gegebenen Zeit angegeben werden kann. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein betrachteter Kern innerhalb der ersten Halbwertszeit zerfällt, beträgt 50%, dass er innerhalb von 2 Halbwertszeiten zerfällt 50% + 25% = 75%, bei 3 Halbwertszeiten beträgt der Wert 50% + 25% + 12,5% = 87,5%, u.s.w.

Zerfallsgesetz

Es sei ein radioaktives Präparat mit N₀ Kernen; zum Zeitpunkt t=0 ist noch keiner der Kerne zerfallen. Mit der Aktivität gilt die Differentialgleichung

N\cdot\lambda =-\frac

-\lambda \cdot \mathrm d t=\frac

\int -\lambda \cdot \mathrm d t=\int\frac

-\lambda t + C_1=\ln(N)+C_2

Für t=0 sind nach Voraussetzung noch N₀ Kerne vorhanden. Damit gilt für

C_1

C_1=\ln \left(N_0 \right)+C_2

-\lambda t + \ln \left(N_0 \right) + C_2= \ln(N) + C_2

-\lambda t + \ln \left(N_0 \right) = \ln(N)

-\lambda t = \ln(N)-\ln\left(N_0\right) = \ln\left(\frac\right)

e^ = \frac

N(t)= N_0 \cdot e^

Hierbei ist die Geschwindigkeit der Abnahme durch die Zerfallskonstante λ bestimmt. Sie ist das Reziproke der Lebensdauer

\tau = 1/\lambda

. Beim radioaktiven Zerfall sind also nach der Zeit t von N₀ Ausgangskernen noch N übrig. Für die Zeit t bei N übrigen Kernen gilt hingegen

\frac= t

mit

0 \ne N < N_0

. Für

N > N_0

ist

t<0

. Hieraus ergibt sich sofort die Zeitspanne für eine Verkleinerung der Ausgangsmenge um den Faktor 1/n als

T_=\frac = \frac

Nach der Zeitspanne für

n = N_0

hat sich die Ausgangsmenge auf einen einzelnen Kern reduziert. Die Zeitspanne für

n=2

heißt Halbwertszeit und stellt diejenige Zeit dar, nach deren Ablauf die Hälfte der ursprünglichen N₀ Kerne zerfallen sind.

Radioaktive Halbwertszeit

Die physikalische Halbwertszeit ist in der Kernphysik diejenige Zeitspanne, die statistisch gesehen verstreicht, bis die Menge eines bestimmten radioaktiven Nuklids auf die Hälfte gesunken ist, das heißt sich in andere Atome umgewandelt hat. Für jedes Nuklid ist die Halbwertszeit eine Konstante. Die Anzahl der verbleibenden Kerne zu einer bestimmten Zeit ist durch das Zerfallsgesetz gegeben. Halbwertszeiten einiger radioaktive Nuklide:
- Bismut (²⁰⁹Bi): ca. 1,9×10¹⁹ Jahre
- Uran (²³⁸U): 4,5. Mrd. Jahre
- Plutonium (²³⁹Pu): 24000 Jahre
- Kohlenstoff (¹⁴C): 5730 Jahre
- Tritium (³H): 12,36 Jahre
- Caesium (¹³⁷Cs): 30 Jahre
- Radium (²³⁶Ra): 1622 Jahre
- Radon (²²²Rn): 3,8 Tage
- Francium (²²³Fr): 22 Minuten
- Thorium (²²³Th): 0,9 Sekunden
- Polonium (⁸⁴Po): 0,3 • 10^-6 Sekunden Mathematisch betrachtet verschwindet die radioaktive Strahlung also nie, physikalisch ist natürlich mit der Umwandlung des letzten Atoms eine Grenze gesetzt. Oft nutzt man als Abschätzung die Zeitdauer, nach der die Aktivität auf den Faktor 2^-10 = 1/1024 gefallen ist, was nach der 10fachen Halbwertszeit der Fall ist. Siehe auch: Lebensdauer (Physik)

Anwendung: Die Radiocarbonmethode

Das radioaktive Kohlenstoffnuklid ¹⁴C ist in einem festen Verhältnis im Kohlenstoffdioxid unserer Atmosphäre enthalten. Durch den anteiligen Einbau des Nuklids bei der Photosynthese in die Biomasse der Pflanzen und weiter über die Nahrungskette kommt es auch im Körper aller Lebewesen zu einem festen Verhältnis zwischen normalem ¹²C und radioaktivem ¹⁴C. Wenn ein Lebewesen stirbt, dann hört es auf mit der Photosynthese bzw. mit der Nahrungsaufnahme. Das hat zur Folge, dass der Anteil an ¹⁴C ab genau diesem Zeitpunkt entsprechend dem radioaktiven Zerfall exponentiell mit einer Halbwertszeit von 5730 Jahren abnimmt. Anhand der radioaktiven Reststrahlung, die von einem toten Lebewesen ausgeht, kann man durch diese Radiokarbonmethode bestimmen, wie viel Prozent des ursprünglichen ¹⁴C Anteils noch vorhanden sind und in der Folge den Zeitpunkt des Todes des Lebewesens und damit das Alter des Fundes bestimmen.

Beispiel

Der Balken eines historischen Gebäudes habe noch 90% des ursprünglichen Gleichgewichtsanteils an ¹⁴C in frischer Pflanzenmasse. Dann gilt für die verstrichene Zerfallszeit: :

\mathrm = \mathrm_ \cdot \mathrm_2(09) = 5730a \cdot \mathrm_2\left(09\right) = -870,98a

Das bedeutet, dass der Baum, aus dem der Balken gemacht wurde, vor etwa 871 Jahren geschlagen worden ist. Die Datierung ist nicht auf das Jahr genau. Die mögliche Genauigkeit hängt von der Menge verfügbaren Probematerials und der aufgewendeten Zähldauer ab und wird auch mit zunehmendem Alter der Probe immer geringer.

Biologische Halbwertszeit

Die biologische Halbwertszeit bezeichnet im speziellen die Zeitspanne t_1/2, in welcher in einem biologischen Organismus (Mensch, Tier, Pflanze, Einzeller) der Gehalt einer inkorporierten radioaktiven, toxischen oder pharmazeutischen Substanz durch biologische oder physikalische Prozesse (Stoffwechsel, Ausscheidung, radioaktiver Zerfall, etc.) auf die Hälfte abgesunken ist. In der Pharmakokinetik bezeichnet man als Halbwertszeit die Zeit, in der die Hälfte des aufgenommenen Arzneimittels verstoffwechselt und/oder ausgeschieden ist. Da sich die biologische Halbwertzeit aus verschiedenen Prozessen zusammensetz, die teilweise unterschiedliche Konzentrationsabhängigkeiten besitzen, ist sie nicht immer unabhängig von der Ausgangskonzentration des untersuchten Stoffes.

Bibliometrische Halbwertszeiten

In der Bibliometrie lassen sich bei der Untersuchung von Publikationen verschiedene Halbwertszeiten feststellen. Brooks untersuchte als einer der ersten Halbwertszeiten auf diesem Gebiet. Die Halbwertszeit von Literatur beträgt etwa 5 Jahre. Dies gilt sowohl für die Lektüre als auch die Anzahl der Zitationen. Das heißt, dass ein Werk durchschnittlich jedes Jahr um etwa 14% weniger oft aus einer Bibliothek entliehen oder zitiert wird als im vorangegangenen (abgesehen von Klassikern und den neuesten Werken). Die Halbwertszeit von Hyperlinks beträgt etwa 51 Monate. Das heißt, dass nach einem Jahr etwa 15% aller Hyperlinks nicht mehr gültig sind.

Fluoreszenzspektroskopie

Die Fluoreszenzspektroskopie beruht auf der spektralen Erfassung der von einer Probe oder einem photochemischen Fluoreszenzmarker emittierten Lumineszenz-Strahlung. Das Prinzip ist die Erfassung von Lichtquanten die unterhalb der Glühtemperatur eines Stoffes beim Zurückfallen von Elektronen von einer höheren Orbitalbahn auf eine niedrigere abgestrahlt werden. Die Anregung der Lumineszenz kann dabei durch Photonen, chemische oder biologische Substanzen erfolgen. Durch Messung von Eigenschaften wie der spektralen Photonenausbeute, des zeitlichen Verlaufs der Photonenemission, der Anisotropie der emittierten Photonen usw. können vielfältige Eigenschaften der zu untersuchenden Moleküle bestimmt werden. Verschiedene Moleküle weisen unterschiedliche Fluoreszenzspektren auf, die teils sogar von ihrer chemischen Umgebung beeinflusst werden können. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Verwendung von Fluoreszenzmarkern, die eine hohe Fluoreszenzausbeute aufweisen und die sich an bestimmte chemische Gruppen binden können.

Weblinks

- [http://www.infochembio.ethz.ch/links/spectrosc_fluorescence.html Links zur Fluoreszenzspektroskopie] Kategorie:Physikalisches Analyseverfahren Kategorie:Spektroskopie

Ionisationsrauchmelder

Ionisationsrauchmelder oder Ionisationsmelder sind Brandmelder, die mit einem radioaktiven Strahler, meist ²⁴¹Am, arbeiten. Sie waren lange Zeit Rauchmelder der ersten Wahl. Wegen der radioaktiven Quellen werden sie aber nach und nach von optischen Rauchmeldern und Wärmemeldern abgelöst.

Funktionsprinzip

Ein kleines Luftvolumen wird mit einem Alpha-Strahler bestrahlt und dadurch ionisiert. Die Leitfähigkeit der Luft wird mit zwei Elektroden gemessen. Befindet sich Rauch in der Luft, so treffen häufig Ionen auf Rauchpartikel und lagern sich dort an. Die Leitfähigkeit der Luft verringert sich. Anhand der Leitfähigkeitsabnahme kann auf die Rauchkonzentration geschlossen werden. Bei Verringerung des Stromflusses schlägt der Ionisationsmelder Alarm. Häufig wird mit zwei Messvolumen/Kammern gearbeitet. Die Referenzkammer ist geschlossen und es kann nur langsam Luft und damit Rauch eindringen. Die Messkammer ist geöffnet (eine Elektrode ist als Gitter ausgeführt) und Rauch kann eindringen. Der Strom der beiden Kammern wird verglichen (Spannungsteiler mit beiden Kammern). Verschiedene Störgrössen wie z.B. Luftdruckänderungen, Feuchte usw. sind langsam und wirken auf beide Kammern gleich und werden daher nicht gemessen.

Vor- und Nachteile

Ionisationsmelder reagieren besonders empfindlich auf kleine Rauch-Partikel, wie sie vorzugsweise bei flammenden Bränden, aber auch in Dieselruß, auftreten. Im Gegensatz dazu sind optische Brandmelder besser zum frühzeitigen Erkennen von Schwelbränden mit relativ großen und hellen Rauchpartikeln geeignet. Das Detektionsverhalten beider Meldertypen ist daher eher als einander ergänzend zu betrachten. Ein eindeutiger Vorteil bezüglich Sicherheit vor Fehlalarmen (durch Wasserdampf, Küchendämpfe, Zigarettenrauch, etc.) kann für keinen dieser Meldertypen ausgemacht werden.

Verwendete Alpha-Strahler

- Radium Die ersten Ionisationsrauchmelder verwendeten Radium als Alpha-Strahler. Radium strahlt auch einen großen Anteil an Gamma-Strahlung. Es konnten nur relativ große Ströme gemessen werden. Entsprechend stark musste der Strahler sein. Früher wurde das Radium von Hand mit Pinseln auf eine kleine Fläche im Rauchmelder aufgebracht; mit entsprechender Strahlenbelastung der Arbeiter. Später wurde der radiaktive Stoff als Oxyidmatrix unter einer sehr dünnen, aber hermetisch dichten Edelmetallabdeckung aufgewalzt. Die Scheiben oder Folien wurden als sogenannte "Umschlossene radioaktive Stoffe" in den Melder eingebaut. Eine Bauartzulassung, und damit die allgemeine Verwendbarkeit,bei vorliegender Umgangsgenehmigung des Einbauers, war deswegen möglich.
- Americium 241 Das Radium wurde später durch Americium 241 abgelöst. Es weist einen wesentlich geringeren Gamma-Anteil aus. Dafür muss aber die Aktivität gegenüber Radium ca. das Fünffache betragen.

Verstärker

Die Ionisations-Ströme sind sehr klein. Zu beginn wurden Elektronenröhren eingesetzt. Sie konnten Ströme im Berich einiger nA messen. Später wurden diese durch Mos-FET abgelöst. Mit ihnen war es möglich Ströme im Bereich einiger 10 pA zu Messen. Die Radioaktivität konnte entsprechend verringert werden.

Isolation

Beim Messen kleiner Ströme ist die Isolation von großer Bedeutung. Wasser auf der Oberfläche, Staub, Feuchte führen zu Leckströmen. Die Isolationsstrecken mussten daher groß und auch aus geeigneten Materialien hergestel

Americium

Eigenschaften

Reaktionen

Isotope

Vorkommen und Herstellung

Herstellung

Verwendung

Geschichte

Siehe auch

Weblinks

Chemisches Element

Kernladungszahl und Masse

Rein- und Mischelemente

Chemische Verbindungen

Die Entstehung von Elementen

Liste chemischer Elemente

weitere Darstellungsformen

Literatur

Weblinks

Siehe auch

Periodensystem

Geschichte

Aufbau

Tendenzen

Siehe auch

Das Lied der chemischen Elemente

Weblinks

Deutsche Seiten

Englische Seiten

Ordnungszahl

Actinide

F-Block

Erdteil

Definitionen

Geschichtliches

Zum Begriff "Kontinent"

Namensgebung

Siehe auch

Weblinks

Sauerstoff

Geschichte

Etymologie

Vorkommen

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Molekülorbital-Verfahren

Singulett- und Triplet-Sauerstoff

Sauerstoff-Ionen

Chemische Eigenschaften

Isotope

Verbindungen

Gewinnung/Darstellung von O2

Biologische Bedeutung

Nachweis und Konzentrationsmessung

Siehe auch

Weblinks

Sure

Alkali

Lösung (Chemie)

Komponenten von Lösungen

Löslichkeit

Trennen von Lösungen

Trennen von festen Stoffen in Flüssigkeiten

Trennen von Flüssigkeitsgemischen

Trennen von Gas und Flüssigkeiten

Legierungen

Glas

Grenzfälle

Chemische Lösung in der Geologie

Siehe auch:

Chemische Verbindung

Elektronenverteilung

Siehe auch:

Weblinks

Homologie

Elektronenkonfiguration

Die Quantenzahlen

Notation

Regeln

Zusammenhang mit dem Periodensystem

Gewinnung/Darstellung von O₂