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Schwefel

Schwefel

Schwefel (chemisch nach dem Lateinischen Sulphur oder Sulfur genannt, im Deutschen eventuell vom Indogermanischen
- suel- „schwelen" abgeleitet) ist ein chemisches Element.

Modifikationen

chemisches Element Schwefel tritt in verschiedenen Modifikationen auf: Fester Schwefel
- Die bei Raumtemperatur thermodynamisch stabilste Modifikation des Schwefels ist α-Schwefel, rhombisch kristallisierend (rhombischer Schwefel). Er hat die typische schwefelgelbe Farbe.
- Bei 95,6 °C liegt der Umwandlungspunkt zu β-Schwefel. Diese Schwefelmodifikation ist fast farblos und kristallisiert monoklin (monokliner Schwefel). Seltener ist der ebenfalls monoklin kristallisierende γ-Schwefel (Rosickyit). Flüssiger Schwefel
- λ-Schwefel: S₈-Ringe (gelb)
- π-Schwefel: S_n (n=6-7, 9->25) niedermolekulare und größere Ringe
- μ-Schwefel: S_n (n=10³-10⁶) hochmolekulare Ketten Fester Schwefel besteht normalerweise aus S₈-Molekülen, bei denen acht Schwefel-Atome in einem Ring zick-zack-förmig gebunden sind. Beim Erhitzen schmilzt der β-Schwefel, wobei auch andere Ringe (v. a. S₆, S₇, S₁₂) in temperaturabhängigen Anteilen auftreten. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur brechen die Ringe durch thermische Anregung auf und bilden zunächst lange Ketten (Polymerisation, sog.

\lambda

-Übergang bei ca. 159°C), diese verkürzen sich dann bei steigender Temperatur wieder. Neben diesen Schwefelketten liegen aber immer auch S-Ringe vor, i. w. jedoch S₈. Am

\lambda

-Übergang ändern sich eine Reihe physikalischer Eigenschaften (z. B. Viskosität, optische Absorption und damit auch die Farbe). Gasförmiger Schwefeldampf ist dunkelrot und besteht anfangs aus S₈-Ringen, die bei höheren Temperaturen dann weiter aufbrechen, so dass die Moleküle immer kleiner werden. Ab etwa 1800 °C hat man dann Schwefelatome.

Schwefel als Mineral

Polymerisation Schwefel tritt gediegen, also in elementarer Form, als Schwefelblüte in der Natur auf. Er kristallisiert unterhalb etwa 95 °C im orthorhombischen Kristallsystem (α-Schwefel), hat eine Dichte von 2,0 bis 2,1, eine Härte von 1,5 bis 2,5 und eine hell- bis dunkelgelbe Farbe, sowie eine weiße Strichfarbe. Meist zeigt er hellgelbe prismen- oder pyramidenförmige Kristalle, die sich auf Gesteinsflächen aus schwefelreichen Gasen durch unvollständige Oxidation von Schwefelwasserstoff (H₂S) oder Reduktion von Schwefeldioxid (SO₂) bilden. Oberhalb etwa 95 °C kristallisiert Schwefel monoklin (β-Schwefel). Schwefeldioxid Diese Form wandelt sich unterhalb 95 °C rasch in die orthorhombische α-Form um. Reiner Schwefel ist relativ selten, wird allerdings in großen Mengen bei Vulkanausbrüchen freigesetzt. Er findet sich in Vulkanschloten oder an anderen Postvulkanischen Erscheinungen. Schwefel kommt aber auch in derber Form, das heißt, ohne mit bloßem Auge erkennbare Kristalle vor, insbesondere in Sedimenten oder Sedimentgesteinen. Häufig findet er sich in Evaporiten (Salzgesteinen), wo er meistens durch Reduktion von Sulfaten entsteht. Charakteristisch für das Mineral sind neben der geringen Härte die Farbe Mineralund der niedrige Schmelzpunkt 112,8 °C (α-S) beziehungsweise 119,2 °C (β-S).

Gewinnung

Mineral Früher bildete das gediegene Mineral eine wichtige Quelle für Schwefel: 3,5 Millionen Tonnen wurden jährlich mit Hilfe des von Hermann Frasch entwickelten Frasch-Verfahrens abgebaut, hauptsächlich in den USA und in Polen. Den größten Anteil machte jedoch aus Sulfiderzen gewonnener Schwefel aus: Aus dieser Quelle stammten etwa 50 Millionen Tonnen pro Jahr. Heute fällt der Schwefel in großen Mengen als Abfallprodukt bei der Entschwefelung von Erdgas mit Hilfe des Claus-Verfahrens an.

Verwendung

Schwefel wird sowohl in der chemischen als auch in der pharmazeutischen Industrie genutzt, unter anderem zur Produktion von Schwefelsäure, Farbstoffen, Insektiziden und Kunstdüngern. Schwefel findet auch bei der Herstellung von Schwarzpulver oder bei anderen Sprengstoffen Verwendung. Der pharmazeutische Nutzen von Schwefel war bereits im Altertum bekannt. Innerlich wurde Schwefel als Laxans (Abführmittel) eingesetzt. Er reizt die Darmschleimhaut. Der dabei durch Bakterien erzeugte Schwefelwasserstoff regt die Peristaltik an. Äußerlich kamen Schwefelrezepturen bei Hauterkrankungen wie Akne, Ekzemen, Krätze, Mykosen u.a. zum Einsatz. Heute findet Schwefel in der Dermatologie nur noch selten Verwendung, ist aber noch nicht vollständig aus der pharmazeutischen Literatur verschwunden. Nach wie vor gibt es pharmazeutische Zubereitungen, die als Wirk- bzw. Hilfsstoff Schwefel enthalten.

Wichtige Schwefelverbindungen

Wichtige anorganische chemische Verbindungen, in denen Schwefel vorkommt, sind:
- Schwefeloxide, wie Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid,
- Schwefelwasserstoff
- Schweflige Säure
- Schwefelsäure
- Sulfide, wie Zinnober (HgS)
- Sulfite, wie Natriumsulfit,
- Sulfate, wie Natriumsulfat, Ammoniumsulfat, Calciumsulfat (Gips)
- Thioschwefelsäure
- Thiosulfate
- Natriumdithionit (Na₂S₂O₄), ein Bleichmittel
- Schwefelnitride:S₄N₄, S₂N₂ und (SN)_x Auch in verschiedenen organischen Stoffklassen kommt Schwefel gebunden vor (Organoschwefelverbindung), zum Beispiel:
- Thiole oder Mercaptane
- Thioether
- Dithiane
- Sulfoxide wie Dimethylsulfoxid als Lösungsmittel
- Sulfone
- Sulfonsäuren, deren Salze, die Sulfonate, zum Beispiel als Detergentien dienen

Trivia

- Bei den mittelalterlichen Alchemisten symbolisierte der Löwe den Schwefel.

Siehe auch

- Liste von Mineralen

Literatur

- R. Steudel (Hrsg.): Elemental Sulfur and Sulfur-Rich Compounds (part I & II), Topics in Current Chemistry Vol. 230 & 231, Springer, Berlin 2003.

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/phpwiki/index.php/Schwefel Schwefel als Mineral]
- [http://www.biologie.uni-hamburg.de/b-online/d54/13.htm Schwefelkreislauf]
- [http://www.chemieseite.de/hauptelemente/node27.php Schwefel]
- [http://www.uncp.edu/home/mcclurem/ptable/sulfur/s.htm Sulfur (engl.)] Kategorie:Chemisches Element Kategorie:Nichtmetall Kategorie:Mineral Kategorie:Chalkogen Kategorie:Periode-3-Element ja:硫黄 ko:황 simple:Sulfur th:กำมะถัน

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

Modifikation

Modifikation (v. lat.: modus = Maß, Art, Weise; facere = machen, tun) bedeutet
- im allgemeinen eine Veränderung oder eine Herbeiführung einer Änderung
- in der Chemie verschiedene Kristallstrukturen einer Substanz, siehe Modifikation (Chemie)
- in der Molekularbiologie die Methylierung der zellulären DNA zum Schutz vor Verdauung durch Restriktionsenzyme
- in der Entwicklungs- und Evolutionsbiologie eine Veränderung des Phänotyps durch Umwelteinflüsse (siehe Modifikation (Biologie)).
- die Veränderung eines Computerspiels z.B. durch Einbindung neuer Graphiken, Veränderung der Spielregeln usw., siehe Modifikation (Computerspiel) (gebräuchliche Abkürzung: Mod)

Polymerisation

Die Polymerisation ist eine chemische Reaktion, bei der Monomere, meist ungesättigte organische Verbindungen, unter Einfluss von Katalysatoren und bei Auflösung der Mehrfachbindung zu Polymeren (Moleküle mit langen Ketten, bestehend aus miteinander verbundenen Monomeren) reagieren. Dabei unterscheidet man zwischen Homo-Polymerisation, bei der nur eine Monomerart umgesetzt wird, und Co-Polymerisation, bei der zwei oder mehr verschiedene Monomere zur Reaktion gebracht werden. Die Produkte der Polymerisation nennt man Polymerisate.

Historische Informationen

1872 gelang dem Chemiker Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer (1835 – 1917) erstmals die Polykondensation von Phenol und Formaldehyd zum so genannten Bakelit. Damit legte er die Grundlage für die heutige Polymerchemie. Hermann Staudinger, der sich hauptsächlich mit der Polymerchemie befasste, erklärte in Thesen die Polymerisation schließlich als Kettenreaktion bei der Makromoleküle entstehen..

Mechanismen

Bei den Polyreaktionen werden zwei Klassen unterschieden: Stufenwachstumsreaktionen und Kettenwachstumsreaktionen. Während im ersten Fall auch bereits vorhandene Kettensegmente zu einer größeren Kette zusammenwachsen können (z. B. bei der Polyaddition und Polykondensation), lagert sich im zweiten Fall immer ein Molekül nach dem anderen an das sogenannte reaktive Kettenende an. Zu den Kettenwachstumsreaktionen gehören die radikalische Polymerisation, ionische Polymerisation und Koordinationspolymerisation (s. u.), die unter Verwendung von Ziegler-Nattta-Katalysatoren durchgeführt wird.

Thermische Polymerisation

Die thermische Polymerisation ist eine spezielle Form der radikalischen Polymerisation, die sich auf den Reaktionsstart bezieht. Bei ihr wird bis zur Bildung von Radikalen Wärme zugeführt, die so die Polymerisation starten(s.u.).

Radikalische Polymerisation

Die radikalische Polymerisation umfasst im Wesentlichen drei Teilschritte: 1. Startreaktion, bei der das aktive Zentrum gebildet wird. 2. Wachstumsreaktion, bei der die makromolekulare Kette in einer Kettenreaktion wächst (wiederholte Anlagerung der Monomere) und 3. Abbruchreaktion, bei der das Wachstum der Kette durch Disproportionierungsreaktionen oder Kombinierung irreversibel beendet wird.

Reaktionen

Zum Kettenstart bricht ein Radikal die Mehrfachbindung (beispielsweise eine C=C-Doppelbindung, Vinylbindung) auf und erzeugt ein wachstumsfähiges Primärradikal, an das sich nun in einer Wachstumsreaktion mit geringer Aktivierungsenergie ständig Monomere anlagern. Durch das Zusammentreffen zweier Radikale oder durch Übertragungsreaktion (Disproportionierung) wird ein Kettenabbruch hervorgerufen. Um die Reaktion gezielt zu stoppen, können spezielle Reagenzien, so genannte Radikalfänger, zugegeben werden. Daneben kann eine gewisse Kontrolle über das Molekulargewicht erreicht werden, in dem man sog. Kettenüberträger der Polymerisation hinzufügt. bild:Radikalische-polymerisation.png

Kinetik der radikalischen Polymerisation

Für jede der Teilreaktionen der radikalischen Polymerisation lassen sich Gleichungen für die Reaktionsgeschwindigkeiten formulieren. Die Kenntnis dieser Zusammenhänge ermöglicht es, den mittleren Polymerisationsgrad eines entstehenden Polymers zu steuern, sowie einige bei der Polymerisation auftretende Effekte zu deuten. 1. Initiation Die Geschwindigkeit

v_

der Initiation hängt von der Konzentration des Initiators

[I]

und von dem entsprechenden Geschwindigkeitskoeffizienten

k_

ab: ::

v_= - \frac   = k_ \cdot [I]

Der Initiator-Zerfall liefert aber nicht vollständig wirksame Radikale R
- , da manche davon nicht einen Kettenstart verursachen, sondern anderweitig abreagieren oder rekombinieren. Dementsprechend wird ein Faktor

f < 1

eingeführt, der die Wirksamkeit des Initiatorzerfalls für den Kettenstart wiedergibt: ::

\frac   = 2f \cdot k_ \cdot [I]

2. Kettenwachstum Die Geschwindigkeit

v_

des Kettenwachstums, also des Monomerverbrauchs, ist abhängig von der Monomerkonzentration

[M]

, der Konzentration der Polymerradikale

[P - ]

und dem entsprechenden Geschwindigkeitskoeffizienten

k_

: ::

v_= - \frac   = k_ \cdot [I] \cdot [P - ]

3. Rekombination Die Geschwindigkeit

v_

der Rekombination, also des Verbrauchs an Polymerradikalen P
- , hängt quadratisch von deren Konzentration

[P - ]

ab und natürlich vom Koeffizienten

k_

: ::

v_= - \frac   = k_ \cdot [P - ]^

4. Übertragung Die Geschwindigkeit der Übertragung

v_

, hängt von der Konzentration des Überträgers

[Trans]

, der Konzentration der Polymerradikale

[P - ]

und dem Koeffizienten

k_

ab: ::

v_= k_ \cdot [P - ] \cdot [Trans]

5. Wurzel-I-Gesetz Aus den gegebenen Geschwindigkeitsgesetzen kann man eine Formel für die Wachstumsgeschwindigkeit herleiten. Diese gilt nur bei mittleren Umsätzen, gibt aber dann im Grunde die Bruttoreaktionsgeschwindigkeit an: ::

v_= k_ \cdot \sqrt  \cdot [M] \cdot \sqrt

6. Mayo-Gleichung Ebenso kann man das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades

\overline _n

bestimmen. Es ergibt sich aus dem Verhältnis der Wachstumsgeschwindigkeit zu den Geschwindigkeiten aller Reaktionen, bei denen das Wachstum abbricht: ::

\overline _n = \frac

Mayo hat daraus eine Formel abgeleitet, mit der man entweder die Übertragungskonstante

C = k_ / k_

für ein Gemisch von Monomer und Überträger berechnen kann, oder den mittleren Polymerisationsgrad des entstehenden Polymers wenn man konkrete Mengen Monomer und Überträger mischt: ::

\frac   = \frac   + \frac   \cdot \frac   = \frac   + C \cdot \frac

Darin ist

\overline _

das Zahlenmittel des Polymerisationsgrades bei Abwesenheit eines Überträgers.

Polymerisationsverlauf

Der Reaktionsablauf der radikalischen Polymerisation sieht wie folgt aus:
- Umsatz < 0,01%: Initiation - Nicht Stationärer Verlauf Es entstehen zunehmend Initiator-Radikale, Primärradikale und wenige oligomere Radikale. Die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit steigt rasant, der durchschnittliche Polymerisationsgrad ist gering.
- Umsatz 0,01 bis 5%: Ideal Stationärer Reaktionsverlauf Bei so geringem Umsatz kann die Monomerkonzentration als konstant betrachtet werden, ebenso die Anzahl vorhandener Radikale, die Gesamtreaktionsgeschwindigkeit bleibt konstant, während der Polymerisationsgrad steigt. Es entstehen erste Makroradikale. Die Polymerisationsgradverteilung ist relativ eng.
- Umsatz 5 bis 20%: Ende des Stationären Reaktionsverlaufes Die Monomerkonzentration nimmt durch den Verbrauch stark ab, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit abnimmt. Es sind nun viele Makroradikale vorhanden und Abbruch-Reaktionen finden statt.
- Umsatz 20 bis 60%: Gel-Effekt oder Norrish-Trommsdorff-Effekt Die Polymerisation unterliegt einer Selbstbeschleunigung. Es liegen nun sehr große Polymerradikale vor, die wegen ihrer Größe diffusionsgehindert sind. Das hat zur Folge, dass immer weniger Abbruchreaktionen statt finden, während der Initiator weiterhin zerfällt und neue Radikale bildet. In dieser Phase nimmt der Polymerisationsgrad stark zu und die Polymerisationsgradverteilung wird sehr breit.
- Umsatz 60% bis max. : Glas-Effekt Die Reaktionsgeschwindigkeit fällt zunehmend bis zum Minimum ab. Die Polymermoleküle und Polymerradikale sind mittlerweile so groß und unbeweglich, dass das Reaktionsgemisch langsam erstarrt (deswegen "Glas"). Es wird nie der thermodynamisch mögliche maximale Umsatz erreicht, da viele Monomere im erstarrten Reaktionsgemisch gefangen bleiben, ohne zu reagieren.

Aktuelle Trends

Seit wenigen Jahren ist es möglich, über die radikalische Polymerisation Kontrolle zu erlangen. Mit den Techniken der Controlled Free Radical Polymerization (LFRP) gelingt es, Polymere mit enger Molekulargewichtsverteilung durch Zusatz eines 'Kontrollreagenz' zu synthetisieren. Je nach Verwendung des Kontrollreagenzes unterscheidet man bisher zwischen Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP), Nitroxide Mediated Polymerization (NMP) und Kettentransfermethoden wie dem Reversible Addition-Fragmentation Chain Transfer-Prozesses (RAFT).

Kationische und Anionische Polymerisation

Hier greift, im Unterschied zur radikalischen Polymerisation, ein Kation bzw. Anion die Mehrfachbindung an, um den Kettenstart hervor zu rufen. Hier erfolgt der Kettenabbruch durch Zusammentreffen von Kation und Anion. bild:Kationische-polymerisation.png

Koordinationspolymerisation

Die Katalysatoren sind Übergangsmetallverbindungen, deren Struktur so zu charakterisieren ist, dass ein Zentralatom (das Metall-Ion) derart von Liganden umgeben ist, dass ein Monomer und die Polymerkette daran anlagern (koordinieren) können. Das Prinzip beruht auf einer Aktivierung der Monomere aufgrund der Wechselwirkung des Monomers mit dem Metall. Die Doppelbindung im Monomer wird hierdurch geschwächt und die Anlagerung eines zweiten Monomers initiiert. Zur Stabilisierung der so entstandenen Komplexverbindung schiebt sich das Monomer in die bereits vorhandene Polymerkette ein und ein weiteres Monomer wird angelagert usw. Die Polymerisationsreaktion wird so in die Wege geleitet. Das Verfahren wird auch Insertionspolymerisation genannt. Der Vorteil der Koordinationspolymerisation liegt darin, dass je nach Wahl von Katalysator und Monomeren die Taktizität des entstehenden Polymers gesteuert werden kann, die wesentlichen Einfluss auf die Polymereigenschaft haben kann. Es gibt verschiedene Arten von Koordinationspolymerisationen mit unterschiedlichen Mechanismen. Die wichtigste ist die nach ihren Entdeckern benannte Ziegler-Natta-Polymerisation, die es erlaubt, bei niedrigen Temperaturen und niedrigen Drücken zum Beispiel Ethen zu linearem Polyethylen hoher Dichte (PE-HD) umzusetzen. Von großer Bedeutung ist zudem die Polymerisation mit Metallocen-Katalysatoren. Speziellere Arten der Koordinationspolymerisation wie die oben erwähnte ringöffnende Metathesepolymerisation (Ring-Opening Metathesis Polymerization, ROMP) finden ihre Anwendung bei der Herstellung von Spezialpolymeren, die mittels Ringöffnung und Verknüpfung cyclischer Monomere durch Übergangsmetallkatalysatoren produziert werden.

Technische Verfahren

Polymerisation

Emulsionspolymerisation, Massepolymerisation, Lösungspolymerisation, Suspensionspolymerisation, Fällungspolymerisation

Polykondensation

Lösungspolykondensation, Schmelzpolykondensation, Grenzflächenpolykondensation

Literatur

- J.M.G. Cowie Chemie und Physik der synthetischen Polymeren, Vieweg, 2 Ed., 1991.
- K. Matyjaszewski, T.P. Davis Handbook of Radical Polymerization, Wiley, 2002.
- B.Tieke, Makromolekulare Chemie, Wiley-VCH, 2002.
- H.G. Elias, Makromoleküle, Wiley-VCH, 2002. Kategorie:Chemische Reaktion ja:重合反応

Gediegenes Element

Gediegene Elemente sind Mineralien, meist Metalle, die in der Natur in Reinform, also nicht in Verbindung mit anderen Elementen vorkommen. Es handelt sich um etwa 20 Elemente, von denen 10 geologisch relevant sind. Beispiele sind:
- Kupfer
- Silber
- Gold
- Platin
- Schwefel
- Kohlenstoff (als Diamant und Graphit)
- Osmium
- Antimon
- Blei
- Wismut (Bismut)
- Selen
- Tellur
- Eisen (nur in Meteoriten) Auch Edelgase kommen nur elementar vor, bei diesen ist jedoch der Ausdruck „gediegen“ ungebräuchlich. Als Gase zählen sie auch nicht zu den Mineralen. Gediegene Metalle, die einen niedrigen Schmelzpunkt haben, wie zum Beispiel Kupfer, standen am Anfang des Metallgebrauchs durch den Menschen. Kategorie:Mineralogie

Kristallsystem

Kristallsysteme bieten ein symmetriebezogenes Klassifizierungsschema für kristalline Festkörper. In der Kristallographie werden die zu beschreibenden Kristalle mit Hilfe des Kristallsystems dreidimensional klassifiziert. Es gibt 7 verschiedene Kristallsysteme: triklin, monoklin, orthorhombisch, tetragonal, trigonal, hexagonal und kubisch. Kristallsysteme finden hauptsächlich Anwendung in der Mineralogie, Festkörperchemie und Festkörperphysik.

Definition

Die höchstsymmetrische Punktgruppe eines Kristallsystems ist die so genannte Holoedrie. Wenn die Punktgruppe eines Kristalls die gleichen Anforderungen an das Gitter stellt, wie eine Holoedrie, dann gehört die Kristallstruktur zum betreffenden Kristallsystem. In der Regel ist die Symmetrie der Kristallstruktur niedriger als die Symmetrie des Gitters, und es kann sogar vorkommen, dass der Kristall zu einem niedrigersymmetrischen Kristallsystem gehört, als sein Gitter. Zum Beispiel ein Kristall mit Punktgruppe

4\

hat gezwungenermaßen ein Gitter, das mindestens Punktgruppe

4/m\ m\ m

hat, und deshalb wird er dem tetragonalen Kristallsystem zugeordnet. Diese Zuordnung würde auch zutreffen, wenn der Kristall ein kubisches Gitter hätte.

Zuordnung der kristallographischen Punktgruppen zu den Kristallsystemen

Koordinatensysteme

Sinnvollerweise wird bei der Beschreibung von Kristallen und Kristallstrukturen meistens kein kartesisches Koordinatensystem, sondern ein an das Kristallsystem angepasstes Koordinatensystem verwendet. Dadurch werden zum Beispiel alle Rotationsmatrizen der Symmetrieoperationen integrale Matrizen. Diese Koordinatensysteme erfüllen gewisse Bedingungen:
- Triklines Kristallsystem: Es werden die drei kleinstmöglichen primitiven Basisvektoren verwendet. Es gibt keine Bedingungen bezüglich Winkel und Längen der Basisvektoren.
- Monoklines Kristallsystem: Ein Basisvektor (üblicherweise die y-Achse) wird in die zweizählige Drehachse gelegt. Daraus ergeben sich zwei 90°-Winkel aber keine Beschränkung bezüglich der Achsenlängen.
- Orthorhombisches Kristallsystem: Die Basisvektoren werden in die 2-zähligen Drehachsen gelegt. Daraus ergeben sich drei 90°-Winkel (daher ortho) aber keine Beschränkung bezüglich der Achsenlängen.
- Hexagonales Kristallsystem: Eine Basisvektor (üblicherweise die z-Achse) wird in die 6-zählige Drehachse gelegt, die zwei anderen in die dazu senkrechten 2-zähligen Drehachsen. Man erhält zwei gleichlange Achsen in einer Ebene mit 120°-Winkel, die dritte Achse senkrecht dazu.
- Tetragonales Kristallsystem: Ein Basisvektor (üblicherweise die z-Achse) wird in die 4-zählige Drehachse gelegt, die zwei anderen in die dazu senkrechten 2-zähligen Drehachsen. Man erhält zwei gleichlange Achsen und drei 90°-Winkel.
- Trigonales Kristallsystem: Für dieses Kristallsystem sind zwei Koordinatenaufstellungen gebräuchlich: entweder drei gleichlange Basisvektoren und drei gleiche Winkel (rhomboedrisches Koordinatensystem), oder Aufstellung wie im hexagonalen Kristallsystem, aber mit rhomboedrischer Zentrierung.
- Kubisches Kristallsystem: Die Basivektoren werden in die 4-zähligen Achsen gelegt. Man erhält drei gleichlange Achsen und drei 90°-Winkel Die gegebenen Bedingungen sind notwendig, aber nicht hinreichend: es ist durchaus möglich, dass die Achsen eines triklinen Kristalls gleichlang sind und jeweils 90° einschließen. Daraus folgt nicht, dass der Kristall kubisch ist! Zu beachten ist, dass man durch diese symmetriebezogene Koordinatenaufstellung unter Umständen keine primitive Basis mehr erhält. Es ist daher nötig zusätzlich zum Kristallsystem noch die Zentrierung anzugeben, wodurch die 14 Bravais-Gitter erhalten werden.

Andere Einteilungen

Die oben angegebene Einteilung entspricht derjenigen aus den International Tables for Crystallography. In der Literatur finden sich noch andere: In der amerikanischen und der russischen werden das trigonale und das hexagonale Kristallsystem zu einem zusammengefasst. Der Hintergedanke dabei ist, dass man ein trigonales Gitter als ein hexagonales Gitter mit rhomboedrischer Zentrierung ansehen kann. In der französischen Literatur, und teilweise auch in der deutschen, gibt es mit dem rhomboedrischen ein achtes Kristallsystem. Diesem werden die trigonalen Raumgruppen mit rhomboedrischer Zentrierung zugeordnet. Die Einteilung der International Tables for Crystallography ist aber am konsistentesten und setzt sich daher immer mehr durch.

Siehe auch

Kristallstruktur, Bravais-Gitter, Lauegruppe

Weblinks

- [http://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Kristallsystem Mineralienatlas - Kristallsystem]
- [http://gastein-im-bild.info/stein/s_krisys.html Kristallsysteme] Kategorie:Kristallographie Kategorie:Mineralogie ja:結晶構造

Härte

Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Körper dem Eindringen eines anderen, härteren Körpers entgegensetzt. Die Härte eines Körpers lässt Rückschlüsse auf vielerlei Eigenschaften zu, wobei sich diese nach der Art des Körpers richten. Ein Beispiel ist das Verschleißverhalten. Harte Brillengläser verkratzen weniger, harte Zahnräder nutzen langsamer ab. Bei der Auswahl von Werkzeugschneiden wie Fräskopf oder Drehmeißel ist die Härte von besonderer Bedeutung, denn harte Schneiden bleiben länger scharf. Eine Anwendung und je nach fachlichem Schwerpunkt andere Akzentsetzung findet der Begriff der Härte in der Festkörperphysik, der Materialwissenschaft bei der Analyse von Werkstoffen und in den Geowissenschaften bei der Charakterisierung von Gesteinen und Mineralen. Beide überschneiden sich diesbezüglich jedoch auch mit den Ingenieurswissenschaften, wobei die Härte vor allem in der Ingenieurgeologie eine größere Rolle spielt.

Härte und Festigkeit

Die Härte eines Werkstoffs ist eine Oberflächeneigenschaft und hat daher nur bedingt etwas mit der Festigkeit des Werkstoffs zu tun, auch wenn diese die Prüfverfahren zur Härtemessung, die auf der Eindringtiefe verschiedener Prüfkörper beruhen, beeinflusst. Der Einfluss der Festigkeit kann durch die Messung auf dünnen Filmen zwar reduziert, aber nicht völlig vermieden werden. In bestimmten Fällen steht die Härte eines Werkstoffs allerdings in einem umwertbaren Zusammenhang zur Werkstoff-Festigkeit. Dann kann durch die verhältnismäßig preiswerte Härteprüfung eine meist viel aufwendigere Zugprüfung ersetzt werden. Von praktischer Bedeutung ist die Möglichkeit, eine Umwertung der Brinell- oder Vickershärte auf die Zugfestigkeit von Baustählen vorzunehmen. Bei Prüfungen an Stahlkonstruktionen ermöglicht es dies, eventuelle Materialverwechslungen nachzuweisen.

Härteprüfung und Härteskalen

Die Härte lässt sich nur durch den Vergleich von mehreren Werkstoffen oder Werkstoffzuständen ermitteln.

Härteprüfung nach Mohs

Harte Werkstoffe ritzen weiche. Diese Einsicht ist Grundlage der Härteprüfung nach Friedrich Mohs. Mohs, ein Geologe, ritzte verschiedene Minerale gegeneinander und ordnete sie so nach ihrer Härte an. Durch das exemplarische Zuordnen von Zahlenwerten für ausgewählte Minerale entstand eine relative Härteskala, die Mohs-Skala, die in der Mineralogie in weitem Gebrauch ist. Angaben zur Härte von Mineralen beziehen sich immer auf die Mohs-Skala, falls nichts anderes angegeben ist. Zum Vergleich aufgeführt ist die auch als absolute Härte bezeichnete Schleifhärte nach Rosiwal, die den Schleifaufwand des jeweiligen Stoffes charakterisiert und einen besseren Eindruck von den tatsächlichen Härteverhältnissen gibt. Beide Härteskalen sind einheitslos. Außerdem ist in der Tabelle die Härte nach dem Vickersverfahren angegeben. Sie gibt den besten Bezug auf die heute gängigen Härtemessverfahren wieder. In der Werkstoffkunde werden vor allem Prüfverfahren eingesetzt, welche die Eindringhärte messen. Dabei werden jeweils genormte Prüfkörper unter festgelegten Bedingungen in das Werkstück gedrückt. Im Anschluss wird die Oberfläche oder Tiefe des bleibenden Eindruckes gemessen.

Härteprüfung nach Brinell

Die vom schwedischen Ingenieur Johan August Brinell im Jahre 1900 entwickelte Härteprüfung kommt bei weichen bis mittelharten Metallen (DIN EN ISO 6506) wie zum Beispiel unlegiertem Baustahl oder Aluminiumlegierungen, bei Holz (ISO 3350) und bei Werkstoffen mit ungleichmäßigem Gefüge wie etwa Gusseisen zur Anwendung. Dabei wird eine Stahlkugel oder eine Hartmetallkugel mit einer festgelegten Prüfkraft in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes gedrückt. Nach dem letzten Stand der Normung ist eine Stahlkugel allerdings nicht mehr zulässig. Nach einer Belastungszeit von mindestens 10 Sekunden wird der Durchmesser des bleibenden Eindrucks im Werkstück gemessen und daraus die Oberfläche des Eindrucks bestimmt. Das Verhältnis von Prüfkraft zur Eindruckoberfläche multipliziert mit dem Zahlenwert 0,102 bezeichnet man als die Brinellhärte. Bei Einsatz einer Hartmetallkugel wird der Härtewert mit HBW, bei einer Stahlkugel wurde er mit HBS gekennzeichnet. Eine Abwandlung der klassischen Brinellprüfung ist die Prüfung mit dem Poldihammer. Hierbei wird der Eindruck der Kugel durch einen undefinierten Hammerschlag von Hand erzeugt, wobei die Kugel rückseitig auch in einen Metallstab mit definierter Härte eindringt. Aus dem Verhältnis der beiden Eindruckdurchmesser wird dann die Härte des Prüflings ausgerechnet. Diese Methode hat den Vorteil, dass mit ihr beliebig gelagerte Prüflinge und verbaute Bauteile vor Ort geprüft werden können. Die auf diese Weise ermittelten Härtewerte stimmen zwar nicht exakt mit den statisch ermittelten Härtewerten überein, für die in der Industrie gestellten Ansprüche sind sie jedoch in den meisten Fällen ausreichend. Die Bezeichnung „Poldi“ stammt vom gleichnamigen Stahlwerk im tschechischen Kladno, wo diese Prüfmethode entwickelt wurde. Bei un- und niedriglegierten Stählen kann aus der Brinellhärte mit gewisser Toleranz die Zugfestigkeit des Werkstoffes abgeleitet werden.

Härteprüfung nach Vickers

Der Brinellprüfung sehr ähnlich ist die im Jahr 1925 von Smith und Sandland entwickelte und nach der britischen Flugzeugbaufirma Vickers benannte Härteprüfung, die zur Prüfung harter und gleichmäßig aufgebauter Werkstoffe dient, aber auch zur Härteprüfung an dünnwandigen oder oberflächengehärteten Werkstücken und Randzonen eingesetzt wird. Sie ist in der Norm nach DIN EN ISO 6507 geregelt. Im Gegensatz zur Rockwellprüfung wird eine gleichseitige Diamantpyramide mit einem Öffnungswinkel von 136° unter einer festgelegten Prüfkraft in das Werkstück eingedrückt. Aus der mittels eines Messmikroskops festgestellten Länge der Diagonalen des bleibenden Eindrucks wird die Eindruckoberfläche errechnet. Das Verhältnis von Prüfkraft in der Einheit Newton zur Eindruckoberfläche ergibt mit dem Faktor 0,1891 multipliziert die Vickershärte (HV). Die Festigkeitsklassen 14H, 22H, 33H und 45H erhält man durch Division durch 10, sie entsprechen also Vickershärten HV (min.) von 140, 220, 330 und 450. Für Prüfungen vor Ort sind tragbare Geräte erhältlich, die magnetisch oder mechanisch auf dem Prüfstück befestigt werden. Anwendung findet die Vickershärte beispielsweise in der Angabe „45H“ bei Gewindestiften mit Innensechskant oder „14H“ und „22H“ bei Gewindestiften mit Schlitz.

Härteprüfung nach Knoop

Eine Sonderform der Vickers-Härteprüfung ist die nach dem amerikanischen Physiker und Ingenieur Frederick Knoop benannte Härteprüfung (DIN EN ISO 4545 - Metallische Werkstoffe - Härteprüfung nach Knoop). Die in der Vickers-Prüfung gleichseitige Diamantspitze hat in der Knoop-Prüfung eine rhombische Form. Die Spitzenwinkel betragen 172,5° für die lange und 130° für die kurze Seite. Es wird nur die lange Diagonale des Eindrucks ausgemessen. Die Knoop-Prüfung findet häufig Anwendung bei spröden Materialien wie zum Beispiel Keramik oder Sinterwerkstoffen, bei der Härtemessung an Schichtsystemen stellt sie die genaueste Messmethode dar.

Härteprüfung nach Rockwell

Es existieren mehrere von dem amerikanischen Ingenieur und Firmengründer Stanley Rockwell im Jahre 1920 entwickelte Härteprüfverfahren, die für bestimmte Einsatzbereiche spezialisiert sind. Die unterschiedlichen Verfahren werden mit HR und einer anschließenden Kennung gekennzeichnet; Beispiele für eine Rockwellbezeichnung sind HRA, HRB, HRC oder HR15N. Die Rockwellhärte HRC eines Werkstoffes ergibt sich etwa nach der Norm DIN EN ISO 6508 aus der Eindringtiefe eines kegelförmigen Prüfkörpers aus Diamant. Mit einer festgelegten Prüfkraft wird dieser Kegel mit 120° Spitzenwinkel in die Oberfläche des zu prüfenden Werkstückes vorbelastet. Die eingedrungene Tiefe des Eindringkörpers dient als Bezugsebene. Danach wird der Eindringkörper mit der Hauptlast belastet und diese maximal sechs Sekunden gehalten. Anschließend wird die Hauptlast wieder entfernt, so dass nur noch die Vorlast wirksam ist. Die Differenz der Tiefen vor und nach Auflegen der Hauptlast ist das Maß für die Rockwellhärte des Werkstoffes. Die Eindringtiefe des Diamantkegels wird direkt mit einer Messuhr, die mit dem Prüfspitze verbunden ist, festgestellt. Auf der Skala der Uhr kann man die Härtewerte in Rockwelleinheiten (HRC) unmittelbar ablesen. Dieses Prüfverfahren kommt vor allem bei sehr harten Werkstoffen zum Einsatz. Als weitere Rockwelleindringköper werden Hartmetallkugeln mit einem Durchmesser von 1,5875 Millimetern (HRB, HRF, HRG) oder 3,175 Millimetern (HRE, HRH und HRK) verwendet. Die Rockwellprüfung ist sehr schnell, stellt aber hohe Ansprüche auf die Einspannung des Prüflings im Prüfgerät. Sie ist ungeeignet für Prüflinge, die im Prüfgerät elastisch nachgeben, zum Beispiel Rohre.

Härteprüfung nach Shore

Die Shore-Härte, benannt nach Albret Shore, ist ein Werkstoffkennwert für Elastomere und Kunststoffe und ist in den Normen DIN 53505 und DIN 7868 festgelegt. Der Shore-Härte-Prüfer für Gummi und ähnliche Werkstoffe besteht aus einem federbelasteten Stift, dessen Elastizität beim Eindringen in die Probe ein Maß für die entsprechende Shore-Härte des Materials ist, die auf einer Skala von 0 Shore (2,5 Millimeter Eindringtiefe) bis 100 Shore (0 Millimeter Eindringtiefe) gemessen wird. Eine hohe Zahl bedeutet eine große Härte. Bei einem Shore-Härteprüfgerät ist eine Zusatzeinrichtung notwendig, die die zu messende Probe mit einer Kraft von 12,5 Newton bei Shore-A bzw 50 Newton bei Shore-D auf den Messtisch andrückt. Bei der Bestimmung der Shore-Härte spielt die Temperatur eine höhere Rolle als bei der Härtebestimmung metallischer Werkstoffe. Deshalb wird hier die Solltemperatur von 23 °C auf das Temperaturintervall von ± 2 °C beschränkt. Die Materialdicke sollte im Bereich von 0 bis 50 Shore mindestens 9 Millimeter, bei härteren Substanzen mindestens 6 Millimeter betragen.
- Shore-A wird angegeben bei Weichelastomeren nach Messung mit einer Nadel mit abgestumpfter Spitze. Die Stirnfläche des Kegelstumpf hat einen Durchmesser von 0,79 Millimetern, der Öffnungswinkel beträgt 35°.
- Shore-D wird angegeben bei Zähelastomeren nach Messung mit einer Nadel, die mit einem 30° Winkel zuläuft und nicht abgestumpft ist. Siehe auch: Kohäsion

Die Martens-Härte

Das Martens-Härteverfahren ist nach dem deutschen Physiker Adolf Martens benannt worden und wird auch instrumentierter Eindringversuch genannt. Im Jahre 2003 wurde die Universalhärte in Martenshärte umbenannt. Das Verfahren ist in der DIN EN ISO 14577 (Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter) genormt. Bei diesem Verfahren wird während der Belastung- und Entlastungsphase kontinuierlich die Kraft und die Eindringtiefe gemessen. Die Martenshärte (HM) wird definiert als das Verhältnis der Maximalkraft zu der dazugehörigen Kontaktfläche und wird in der Einheit Newton pro Quadratmillimeter angegeben. Anders als bei den Vickers- oder dem Brinellverfahren wird nicht nur das plastische Verhalten des Werkstoffes bestimmt, sondern es können aus der gewonnenen Messkurve auch weitere Werkstoffparameter wie zum Beispiel der Eindringmodul, das Eindringkriechen sowie plastische und elastische Verformungsarbeiten bestimmt werden. Als Eindringkörper sind folgende Formen am gebräuchlichsten: die Vickerspyramide (siehe Vickersverfahren), eine Hartmetallkugel, ein kugeliger Diamant-Eindringkörper und der Berkovich-Eindringkörper. Der Berkovich-Eindringkörper ist eine Diamantpyramide mit einer gleichseitigen dreieckigen Grundfläche. Der Öffnungswinkel der Pyramide beträgt 65°. Die Umrechnung der Eindringtiefe zur Kontaktoberfläche muss für jede Eindringkörperform bestimmt werden. Die Kontaktfläche wird für die Vickers- und Berkovich-Pyramide durch das Produkt aus dem Quadrat der Eindringtiefe und der Konstanten 26,43 errechnet.

Spezielle Härteprüfverfahren

Daneben sind einige spezielle Härteprüfverfahren üblich:
- die Universalhärteprüfung ist im Jahre 2003 in Martenshärte umbenannt worden und in der Norm DIN EN ISO 14577 (Metallische Werkstoffe - Instrumentierte Eindringprüfung zur Bestimmung der Härte und anderer Werkstoffparameter) genormt
- der Kugeleindruckversuch für Kunststoffe

Maßeinheiten

Die Mohssche Härte und die absolute Härte sind einheitenlose Größen. Die Härtewerte der Verfahren nach Vickers, Knoop und Brinell werden dagegen in Einheiten des Drucks angegeben; sie beziehen sich eigentlich auf die Einheit kp/mm². Mit Rücksicht auf Staaten, denen die Umstellung auf das Dezimalsystem und die Verwendung metrischer Einheiten wie N/mm² schwer fällt, behielt man nach der Streichung der Einheit Kilopond (kp) die Formeln für die Härtewerte in kp/mm², ließ jedoch fortan die Einheit weg, um weltweit vergleichbare Zahlenwerte zu erhalten.

Härten

Die Härte von Stählen kann während der Fertigung beeinflusst werden - siehe auch Härten. Oberhalb einer Härte von ungefähr 55 (Rockwellhärte HRC) entsprechend 600 (Vickershärte HV) enden in aller Regel die Möglichkeiten zur spanenden Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide von Oberflächen, also durch Drehen, Bohren oder Fräsen. Härtere Oberflächen müssen geschliffen werden, man spricht daher von Spanen mit geometrisch unbestimmter Schneide.

Weblinks

- [http://www.hegewald-peschke.de/06_info/leitfaden.htm Vollständiger Leitfaden zur Härteprüfung (Rockwell, Vickers, Brinell, Shore und Knoop)]
- [http://archiv.christoph-hoffmann.de/Uni/WK/Haertepruefung.pdf Zusammenfassung zu den wichtigsten Härteprüfverfahren]
- [http://www.rz.fh-ulm.de/labore/wplabor/Ausstattung/Poldihammer/poldihammer.htm Poldihammer] Kategorie:Werkstoffeigenschaft Kategorie:Mineralogie ja:硬さ

Strichfarbe

Die Strichfarbe (kurz Strich) bezeichnet in der Mineralogie die Farbe des Mineralpulvers. Diese Eigenschaft kann zur Unterscheidung von äußerlich ähnlich erscheinenden Mineralen verwendet werden. Das Mineral wird an eine rauhe weiße Porzellanfläche gedrückt und dann daran entlang gerieben. Der Abrieb erscheint dann in einer charakteristischen Farbe, die sehr verschieden von der Farbe des Minerals sein kann. So ist beispielsweise der Strich des metallisch golden glänzenden „Katzengoldes“ (Pyrit) schwarz, ebenso wie der der meisten Erze. Bei idiochromatischen Mineralien ist die Strichfarbe häufig ähnlich zur Mineralfarbe. Bei allochromatischen Mineralien dagegen ist die Strichfarbe meistens weiß. Kategorie:Mineralogie

Gestein

Als Gestein bezeichnet man eine feste, natürlich auftretende, in der Regel mikroskopisch heterogene Vereinigung von Mineralen, Gesteinsbruchstücken, Gläsern oder Rückständen von Organismen mit weitgehend konstantem Mischungsverhältnis dieser Bestandteile zueinander. Der geologische Gesteinsbegriff ist weiter gefasst als der umgangssprachliche und bezieht auch natürlich auftretende Metall-Legierungen, vulkanisches Glas, Eis oder Kohle ein. Die Lehre von den Gesteinen, die Petrologie, ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften. Beispiele für verschiedene Gesteinsarten sind in der Liste der Gesteine zu finden. Die Erde und die inneren Planeten des Sonnensystems bauen sich aus Gesteinen auf, die oft sehr große räumlich zusammenhängende Massen bilden. Insbesondere bauen sich aus ihnen die an der Oberfläche der Erdkruste sichtbaren Gesteinsformationen, die Gebirge, auf, die durch die tektonischen Vorgänge der Gebirgsbildung entstehen. Gesteine bilden sich hauptsächlich
- durch Erkalten flüssigen Magmas (Magmatite),
- durch Ablagerung von Feststoffen (Sedimentite), zum Beispiel von Sanden, Tonen oder Rückständen abgestorbener Lebewesen, sowie durch Abscheidung aus Lösungen (Salzgesteine),
- durch Umwandlung (Metamorphose) aus anderen Gesteinen, verursacht durch erhöhten Druck und/oder erhöhte Temperatur (Metamorphite). Eine kleine Anzahl irdischer Gesteine geht auf Meteoriten zurück.

Zusammensetzung und Gefüge

Gesteine bestehen in erster Linie aus Mineralen, von denen aber nur etwa dreißig einen bedeutenden Anteil an der Gesteinsbildung haben. Vor allem sind dies die Silikate wie Olivine, Glimmer, Amphibole, Feldspäte oder Quarz, aber auch Karbonate wie Dolomit oder Kalzit sind wichtige Bestandteile von Gesteinen. Neben diesen Hauptgemengteilen enthalten die meisten Gesteine noch so genannte Nebengemengteile oder Akzessorien. Als Gefüge eines Gesteins bezeichnet man seine Struktur, die sich aus den Eigenschaften und dem Verhältnis der gesteinsbildenden Minerale zueinander ergibt. Insbesondere die Größe und Form der enthaltenen Kristalle, sowie ihre räumliche Lage und Verteilung im Gestein, machen das Gefüge aus.

Klassifikation

Gesteine können auf verschiedene Weise klassifiziert werden; sehr verbreitet ist die Einteilung nach Entstehung und Herkunft. Demnach unterscheidet man vier Gruppen, magmatische Gesteine (Magmatite), metamorphe Gesteine (Metamorphite), Sedimentgesteine (Sedimentite) und als Sonderfall Meteoriten. In der Geotechnik und zahlreichen verwandten Wissenschaften wie der Bodenkunde unterscheidet man Gesteine grundsätzlich in zwei Gruppen, die Festgesteine und die Lockergesteine.

Magmatische Gesteine

Magmatische Gesteine Magmatische Gesteine entstehen durch das Erkalten heißen geschmolzenen Materials aus dem Erdinneren, des so genannten Magmas. Findet das Erkalten unterirdisch statt, spricht man von Plutoniten oder Intrusivgesteinen. Durch die verhältnismäßig gute Wärmeisolation der aufliegenden Gesteine kühlt sich die Magmaschmelze nur langsam ab, so dass große Mineralkristalle entstehen können. Beispiele für plutonische Gesteine sind Granit oder Gabbro. Das Magma kann riesige Gesteinsmassen, die so genannten Plutone bilden, die oft mehrere Tausend Kubikkilometer Gestein umfassen. Magma kann jedoch auch in flüssigem Zustand zu Tage treten. An der Erdoberfläche im Kontakt mit Luft erkaltet es schnell und bildet dann die so genannten vulkanischen oder Extrusivgesteine. Durch die rasche Abkühlung kommt es nur zur Bildung sehr kleiner Kristalle wie etwa beim Basalt oder Andesit; oft existiert sogar überhaupt keine kristalline Ordnung, und es entsteht vulkanisches Glas wie beispielsweise Obsidian.

Metamorphe Gesteine

Metamorphe Gesteine entstehen aus älteren Gesteinen beliebigen Typs durch Metamorphose, das heißt durch Umwandlung unter hohem Druck beziehungsweise hoher Temperatur. Bei der Umwandlung ändert sich die Mineralzusammensetzung des Gesteins, weil neue Minerale und Mineralaggregate gebildet werden; der Gesteinschemismus bleibt aber weitgehend gleich. Daneben wird auch das Gesteinsgefüge transformiert. Beispielsweise entsteht aus Quarzsanden durch Rekristallation und die Ausbildung eines feinen Zements zwischen den Kristallkörnern das metamorphe Gestein Quarzit. Weiträumige Metamorphose von Gesteinen findet meist in großer Tiefe statt, lokale Transformationen können aber auch nahe der Erdoberfläche auftreten, meist in Zusammenhang mit Vulkanismus oder seichten Granitintrusionen. Auch Meteoriteneinschläge führen zu Gesteinsmetamorphosen.
- Regionalmetamorphose steht in Zusammenhang mit Gebirgsbildungen und ist häufig druckbetont. Die damit verbundene Faltung von Gesteinen durch Kompression führt zu Rekristallisation und Einregelung von Mineralen und der Ausbildung einer Schieferung. Ein Beispiel ist die Umwandlung von tonigen Sedimenten in Schiefer.
- Kontaktmetamorphose bezeichnet die Gesteinsumwandlung durch Wärmeeinwirkung aus dem umgebenden Gestein heraus, entweder in lokalem Maßstab durch Aufheizen des Gesteins um kleinere magmatische Gänge herum bis hin zu großen Transformationszonen, sogenannten Aureolen, die sich um große, tiefsitzende plutonische Granit-Intrusionen herum bilden.

Sedimentgesteine

Sedimentgesteine Sedimentgesteine entstehen durch Verwitterung und Erosion von Gesteinen durch Wind (zum Beispiel Löss), Wasser (zum Beispiel Sandstein) oder Eis (zum Beispiel Tillit), die Lösung, den Transport und die nachfolgende Ablagerung ihrer Bestandteile, daneben auch durch biochemisch induzierten Niederschlag (zum Beispiel Kreide) oder durch Verdampfung (zum Beispiel Evaporit). Einzelne Mineralkörner oder Gesteinsfragmente bilden mit der Zeit lose Sedimente. So werden je nach Art der Genese klastische, chemische oder organogene Ablagerunsgesteine unterschieden. Werden diese durch Sedimentation weiteren Materials bedeckt, verdichten sie sich unter zunehmendem Wasserverlust immer mehr, bis durch Neukristallisation und Kompaktifikation aus dem weichen Sediment das harte, spröde Sedimentgestein entstanden ist. Darin werden die einzelnen Mineralkristalle durch eine feinkörnige Grundmasse, die Matrix, zusammengehalten. Diese Veränderungen nach der primären Sedimentation bezeichnet man als Diagenese. Sedimentationsprozesse finden auf der Erdoberfläche seit Milliarden von Jahren statt. Sedimente lagern sich meist kumulativ in einer Abfolge horizontaler Schichten ab; durch die Reihenfolge der Ablagerung sind von Ausnahmefällen abgesehen höherliegende Schichten jünger als tieferliegende, eine Erkenntnis, die als Superpositionsprinzip oder Lagerungsgesetz auf den dänischen Arzt und Geologen Nicolaus Steno zurückgeht. Nach ihrer Entstehung können Sedimentgesteine starken Kräften unterliegen, infolge derer die ehemals flachen Schichten gefaltet und gekippt werden, so dass die Lage des Gesteins im Raum so stark verändert sein kann, dass die ursprüngliche Schichtfolge lokal umgekehrt ist. Sedimente lassen sich grob in die terrestrischen Land- und die marinen Meeressedimente unterteilen. Zu ersteren zählt man auch die Ablagerungen in Süßwasserseen oder Flüssen, die aus Sand oder Schlamm entstanden sind, sowie die organischen Pflanzenreste, aus denen die Kohle hervorgegangen ist. Auch Wüstensedimente sowie Ablagerungen von Gletschern werden dieser Gruppe zugeteilt. Meeressedimente können durch Ablagerung von Erosionsmaterial anderer Gesteine auf dem Meeresgrund, durch von biochemischen Vorgängen verursachte Ausfällung zum Beispiel von Karbonaten und durch Ablagerung anorganischer Skelette von Mikroorganismen wie Kammerlingen (Foraminifa), Coccolithophoriden (Haptophyta), Strahlentierchen (Radiolaria) oder Kieselalgen (Bacillariophyta) entstehen.

Meteorite

Meteorite Einen Sonderfall unter den Gesteinen bilden die Meteorite, Gesteinskörper aus dem Weltraum. Meteorite sind Überreste der ursprünglichen Materie des Sonnensystems und enthalten zahlreiche Minerale, die sich nicht in anderen Gesteinen irdischen Ursprungs finden lassen. Sie lassen sich nach ihrem Mineralgehalt einteilen in Steinmeteorite, die in erster Linie aus Silikaten wie Olivin oder Pyroxen bestehen, Eisenmeteorite, die sich häufig aus den Eisen-Nickel-Mineralen Kamazit und Taenit zusammensetzen und Stein-Eisen-Meteorite, die einen Mischtyp darstellen. Die Größe von Meteoriten liegt zwischen der von Mikrometeoriten und riesigen, tonnenschweren Gesteinskörpern. Aus Schweden sind mehrere hundert Millionen Jahre alte fossile Meteoriten bekannt. Irdischen Ursprungs, aber durch Meteoriteneinschläge gebildet sind die Tektite, zentimetergroße Glasobjekte, die durch einschlagbedingtes Schmelzen irdischen Gesteins und darauf folgendes schnelles Abkühlen an der Luft entstehen, und die Impaktite, die durch die starken mechanischen und thermischen Einwirkungen bei einem Meteoriten-Einschlag aus den am Einschlagsort vorhandenen Gesteinen entstehen wie etwa Suevit.

Gesteinskreislauf

Hauptartikel: Kreislauf der Gesteine Magmatische, metamorphe und Sedimentgesteine werden durch geodynamische Prozesse wie Erosion, Gesteinsmetamorphose oder Sedimentation ineinander umgewandelt. So unterliegen durch Erosion des Deckgesteins freigelegte metamorphe und magmatische Intrusivgesteine ebenso wie die an der Oberfläche gebildeten Sediment- und magmatischen Extrusivgesteine der Verwitterung und Erosion. In erster Linie durch wind- oder wasserbedingten Transport lagern sich die Verwitterungsbestandteile als Sedimente ab und bilden durch Verdichtung schließlich Sedimentgesteine. Diese wandeln sich wie auch magmatische Intrusivgesteine in großer Tiefe unter hohem Druck und hoher Temperatur in metamorphe Gesteine um. Der Kreislauf schließt sich, wenn diese entweder wieder an die Oberfläche gelangen oder durch weitere Absenkung ins Erdinnere aufgeschmolzen werden und damit das Rohmaterial für die Entstehung magmatischer Gesteine bilden. Das folgende Diagramm zeigt diese Prozesse in der Übersicht: center

Bedeutung

Gesteine dienten in der Menschheitsgeschichte als erster Werkstoff zur Herstellung von Werkzeug, den Steingeräten, und sind somit auch der Namensgeber für die älteste kulturhistorische Erdepoche, die Steinzeit. Archäologische Funde aus jener Zeit sind meist Steinartefakte. Steine bilden das älteste feste Baumaterial der menschlichen Kultur und die älteste bekannte überlieferte Schreibunterlage menschlicher Schriftkultur. Sie sind Grundlage bildlicher Darstellungen in der Kunst, besonders in der Lithografie und als Ausgangsmaterial der Bildhauerei. Schmucksteine, Edelsteine und Halbedelsteine sind als Schmuck beliebt. Lesesteinhaufen und Trockensteinmauern dienten früher als Markierung von Äckern und sind heute wertvolle Biotope. Ein Grenzstein wird zur Abgrenzung von Gebieten verwendet. Fossilien in Form von Versteinerungen zeugen von Lebewesen früherer Äonen, Epochen und Perioden und spielen eine große Rolle für das Studium vergangener Lebensformen, der Evolutionsgeschichte sowie für die Datierung von Gesteinsschichten. Siehe auch: Liste der Gesteine, Liste der Gesteine nach Genese

Literatur

Vinx, Roland: Gesteinsbestimmung im Gelände. 2005, 452 S., 7 s/w Abb., 364 farb. Abb., 14 s/w Tab. Spektrum Akademischer Verlag. ISBN 3-8274-1513-6

Weblinks

- [http://www.lgd.de/projekt/gesteine/gesteine/index.html Gesteine - Baumaterial unserer Erde]
- Real Video: [http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=040107.rm Woher weiß man das Alter von Gesteinen?] (Aus der Fernsehsendung Alpha Centauri) Kategorie:Petrologie ! Kategorie:Bergbau ja:岩石 ms:Batu th:หิน

Gas

Gas bezeichnet einen der Aggregatzustände oder einen Stoff, der sich üblicherweise in diesem Aggregatzustand befindet.

Begriffsabgrenzung

Eine Substanz wird als „Gas“ im engeren Sinne bezeichnet, wenn sie bei einer Temperatur von 20 °C (Raumtemperatur) und einem Druck von 1 atm (sog. Standardbedingungen) im gasförmigen Aggregatzustand vorliegt. Allgemeiner bezeichnet man auch den gasförmigen Zustand einer Substanz selbst als Gas, unabhängig von der Temperatur. Zusammen mit den Flüssigkeiten zählt man Gase im Sinne eines gasförmigen Zustandes zu den Fluiden.

Eigenschaften

Fluid Der idealisierte gasförmige Aggregatzustand, man spricht von einem idealen Gas, zeichnet sich durch die vollkommen freie Beweglichkeit der einzelnen Atome und/oder Moleküle entsprechend der kinetische Gastheorie aus. Dies hat zur Folge, dass ein Gas kompressibel ist, also sein Volumen dem herrschenden Druck anpasst und gilt bis auf wenige Einschränkungen auch für reale Gase. Gase besitzen dabei auch Eigenschaften von Flüssigkeiten: sie haben die Fähigkeit zu fließen und widerstehen Deformation nicht, obgleich sie über eine Viskosität verfügen. Anders als Flüssigkeiten besitzen Gase jedoch kein festgelegtes Volumen und füllen daher immer den gesamten zur Verfügung stehenden Raum vollständig und gleichmäßig aus. Dies liegt darin begründet, dass das Gesamtsystem den Zustand höchster Entropie anstrebt (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik) und ein solcher Zustand einer statistischen Gleichverteilung der Gasteilchen in diesem Raum entspricht. Den Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Aggregatzustand bezeichnet man als Kondensation, den Übergang vom gasförmigen in den festen Aggregatzustand als Resublimation.

Lagerung

Um eine möglichst große Menge an Gas in einen Behälter zu bringen, also eine hohe Dichte zu erhalten, wird das Gas stark komprimiert. Damit der Behälter dabei dem Gasdruck standhält, werden meist zylinderförmige oder kugelförmige Körper wie bei Gasflaschen, Gaskesseln oder ehemals Gasometern eingesetzt. Der Gasdruck selbst ist ein hydrostatischer Druck.

Weblinks

Kategorie:Chemie Kategorie:Thermodynamik ja:気体 ko:기체 ms:Gas simple:Gas

Oxidation

Die Oxidation ist eine chemische Reaktion. Bei diesem Vorgang gibt der zu oxidierende Stoff (Elektronendonator) Elektronen an das Oxidationsmittel (Elektronenakzeptor) ab. Dieser wird durch die Elektronenaufnahme reduziert (Reduktion). Mit der Oxidation ist also immer auch eine Reduktion verbunden. Beide Reaktionen zusammen werden als Teilreaktionen einer Redoxreaktion betrachtet.
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:Oxidation: Stoff A gibt ein Elektron ab.
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:Reduktion: Das Elektron wird von Stoff B aufgenommen.
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:Redoxreaktion: Stoff A gibt ein Elektron an Stoff B ab. Die Oxidation ist nicht zwangsläufig mit einer vollständigen Abgabe von Elektronen und damit der Ionisation der beteiligten Stoffe verbunden.

Geschichte

Der Begriff Oxidation wurde ursprünglich von Antoine Laurent de Lavoisier geprägt, der damit die Vereinigung von Elementen und chemischen Verbindungen mit dem Element Sauerstoff (Oxygenium), also die Bildung von Oxiden beschreiben wollte. Später erfolgte eine Erweiterung des Begriffes, indem man Reaktionen, bei denen Wasserstoff-Atome einer Verbindung entzogen wurden (Dehydrierung), mit einbezog. Auf Grundlage der Ionentheorie und des Bohrschen Atommodells konnte die Oxidation schließlich unter elektronentheoretischen Gesichtspunkten interpretiert und verallgemeinert werden. Das Charakeristische an diesem Vorgang wird nun in der Elektronenabgabe eines chemischen Stoffes gesehen.

Oxidation durch Sauerstoff

Als Oxidation im ursprünglichen Sinn bezeichnete man früher die chemische Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff. Aber auch heute noch assoziiert man mit diesem Begriff vielfach die Umsetzung mit Sauerstoff und die Bildung von Oxiden. Jedoch ist im Rahmen der allgemeineren Definition diese Reaktion nur eine von vielen, die sich mit Hilfe der Valenzelektronentheorie erklären lässt. Reagiert z. B. ein Metallatom mit einem Sauerstoff-Atom, so kann man die Oxidation des Metalls und somit die Metalloxidbildung anhand folgender Reaktionsgleichungen nachvollziehen:
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:Oxidation: Das Metall M gibt zwei Elektronen ab.
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:Reduktion: Sauerstoff (O) nimmt zwei Elektronen auf.
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:Redoxreaktion: Sauerstoff oxidiert das Metall und wird dabei selbst reduziert. Sauerstoff hat in diesem Fall das Bestreben, durch Aufnahme von zwei Elektronen eine stabile Valenzelektronenschale mit insgesamt acht Elektronen aufzubauen (Oktettregel). Das Metall wiederum kann durch Abgabe der Elektronen teilbesetzte Schalen auflösen und so die nächst niedrigere stabile Elektronenkonfiguration erreichen.

Beispiele

- Ein klassisches Beispiel für die Oxidation durch Sauerstoff sind alle Arten der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Stoffen unter Luftsauerstoff, z.B. Verbrennung von Kohle, Waldbrände, Benzin im Motor, Kerzen usw.. Ausgehend von Kohle (reiner Kohlenstoff) gibt jedes Kohlenstoff-Atom vier Elektronen an zwei Sauerstof-Atome zur Ausbildung von zwei Doppelbindungen ab. Es entsteht Kohlendioxid (CO₂). :

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:Kohlenstoff + Sauerstoff → Kohlenstoffdioxid
- Nahrung wird im Körper in den vielen Schritten des biochemischen Stoffwechsels u.a. zu körpereigenen Stoffen, Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser oxidiert. Nicht nur in vivo, auch in vitro können organische Stoffe auf vielfältige Weise mit Sauerstoff reagieren: Ein primärer Alkohol (Alkanol) wird sanft oxidiert. Dabei entsteht zunächst ein Aldehyd (Alkanal), bei nochmaliger Oxidation eine Carbonsäure (Alkansäure). Bei heftiger Oxidation kann der Schritt zum Aldehyd übersprungen werden. Wird ein sekundärer Alkohol oxidiert, so bildet sich dabei ein Keton (Alkanon). Tertiäre Alkohole können auf Grund ihrer bereits vorhandenen drei C-Bindungen nicht oxidiert werden.
- Eisen rostet (korrodiert) unter dem Einfluss von Sauerstoff und bildet verschiedene Eisenoxide (Rost: Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO).
- Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff (Knallgas) entsteht Wasserstoffoxid, besser bekannt als Wasser (H₂O): :

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:Wasserstoff + Sauerstoff → Wasserstoffoxid

Oxidation ohne Sauerstoff

Der Begriff der Oxidation wurde später auf Reaktionen erweitert, die nach dem gleichen chemischen Prinzip ablaufen, auch wenn kein Sauerstoff daran beteiligt ist. Im weiteren Sinne bedeutet Oxidation das Abgeben von Elektronen. Zum Beispiel gibt bei der Reaktion von Natrium und Chlor zu Kochsalz das Natriumatom ein Elektron an das Chloratom ab, Natrium wird also oxidiert. Im Gegenzug wird Chlor dabei reduziert.
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:Teilreaktion Oxidation: Natrium gibt ein Elektron ab.
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:Teilreaktion Reduktion: Im Gegenzug wird Chlor durch Aufnahme eines Elektrons reduziert.
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:Gesamtreaktion: Natrium und Chlor reagieren in einer Redoxreaktion miteinander. Da Chlor nur molekular als Cl₂ in die Reaktion eingeht, schreibt man genauer
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\mathrm

Oxidationszahl

Bei der Oxidation wird die Oxidationszahl erhöht (Na⁰ → Na^+I). Oxidationszahlen Bei einem Molekül wird/werden das/die bindende(n) Elektronenpaar(e) dem Atom zugesprochen, dessen Elektronegativität höher ist. Zahlen gleichartiger Atomverbindungen werden untereinander gleich aufgeteilt. Ionen haben als Summe ihrer Oxidationszahlen ihre Ladungszahl, Moleküle die Summe 0. Bedeutend sind die Oxidationszahlen jener Atome, die Bestandteil einer funktionellen Gruppe sind.

Oxidation in der Biologie

Vor allem in der Biologie definiert man Oxidation als "Abgabe von Wasserstoff". Bei vielen biochemischen Vorgängen in der Zelle, z.B. der Glycolyse werden organischen Verbindungen Wasserstoffatome durch bestimmte Coenzyme (NAD, NADP, FAD) "entrissen".
Kategorie:Chemische Reaktion ja:酸化 simple:Oxidation

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

Schwefeldioxid

Schwefeldioxid, S O₂, ist ein farbloses, stechend riechendes und sauer schmeckendes, giftiges Gas. Es entsteht vor allem bei der Verbrennung von schwefelhaltigen fossilen Brennstoffen wie Kohle oder Erdölprodukten, die bis zu 4 Prozent Schwefel enthalten. Dadurch trägt es in erheblichem Maß zur Luftverschmutzung bei, es ist der Grund für sauren Regen, wobei sich das Schwefeldioxid mit Wasser zu Schwefeliger Säure (H₂SO₃) umsetzt. Um dies zu verhindern gibt es verschiedene Verfahren zur Rauchgasentschwefelung. Eine mesomere Grenzformel des Schwefeldioxids ist die folgende: center In allgemeiner Form: center Schmelzpunkt: - 75,5 °C Siedepunkt: - 10,0 °C kritische Temperatur: 157,5 °C kritischer Druck: 7,9 MPa Flüssiges Schwefeldioxid löst zahlreiche Stoffe und hat sich daher als wertvolles Lösungsmittel etabliert. Es ist das Anhydrid der schwefligen Säure H₂SO₃. In der Lebensmittelindustrie findet Schwefeldioxid unter der Bezeichnung E 220 als Konservierungsmittel und Antioxidationsmittel Verwendung, vor allem für Trockenfrüchte, Kartoffelgerichte, Fruchtsäfte, Marmelade und Wein. Es dient auch zur Herstellung von Thionylchlorid SOCl₂.

Toxizität

Eine Schwefeldioxidkonzentration, die über den MAK-Wert liegt, kann beim Menschen zu Kopfschmerzen und Übelkeit führen. In größeren Konzentrationen schädigt das Gas stark die Bronchien und Lungen oder sogar die Nucleinsäuren, die Träger der Erbeigenschaften. Kategorie:Chemische Verbindung Kategorie:Gift ja:二酸化硫黄

Vulkan

Ein Vulkan ist eine geologische Struktur, die entsteht, wenn Magma (geschmolzenes Gestein) bis an die Oberfläche eines Planeten (z. B. der Erde) aufsteigt. Alle Begleiterscheinungen, die mit dem Austritt der glutflüssigen Gesteinsschmelze verbunden sind, bezeichnet man als Vulkanismus. Der Begriff "Vulkan" leitet sich von der italienischen Insel Vulcano ab. In der römischen Mythologie galt diese Insel als die Schmiede des Vulcanus, dem römischen Gott des Feuers. In einer Tiefe ab 100 km, in der Temperaturen zwischen 1000 und 1300 Grad Celsius herrschen, schmelzen Gesteine zu zähplastischem Magma, das sich in großen, tropfenförmigen Magmaherden in 2 bis 50 km Tiefe sammelt. Wenn der Druck zu groß wird, steigt das Magma über Spalten und Klüfte der Lithosphäre auf. Magma, das auf diese Weise an die Erdoberfläche gelangt, wird als Lava bezeichnet. Bei einem Vulkanausbruch werden nicht nur glutflüssige, sondern auch feste oder gasförmige Stoffe freigesetzt (Vulkanismus).

Bekannte Vulkane

Vulkanausbruch Die bekanntesten (aktiven) Vulkane in Europa sind:
- der Ätna auf Sizilien;
- der Vesuv nahe Neapel
- die Campi Flegrei - ("Brennende Felder") an der anderen Seite als Vesuv bei Neapel, Europas aktivste Vulkanzone mit zahlreichen Fumaroli;
- der Stromboli - eine Insel nördlich von Sizilien (Liparische Inseln);
- der "Santorin
- " in Griechenland, im 17. vorchristlichen Jahrhundert (1628 v. Chr.) durch eine gewaltige Explosion weitgehend zerstört - wahrscheinlich erloschen (
- wir kennen den antiken Vulkannamen nicht mehr, "Santorin" oder "Santorini" heißt heute eine der drei übrig gebliebenen Inseln aus der zusammengestürzten Caldera.);
- der Pico del Teide auf der kanarischen Atlantikinsel Teneriffa ist zwar Spaniens höchster Berg, gehört jedoch nur politisch, nicht aber geologisch zu Europa.;
- die Hekla auf der ohnehin von zahlreichen Vulkanen beherrschten Insel Island; sie bricht ziemlich regelmäßig alle 10 Jahre aus. Einige bekannte Vulkane außerhalb Europas sind: Island
- der Kilimandscharo in Afrika
- der Popocatépetl in Mexiko,
- der Krakatau in Indonesien,
- der Fujisan in Japan,
- der Aso-san in Japan,
- der Mauna Loa auf Hawaii,
- der Mauna Kea auf Hawaii,
- der Mount Saint Helens in den USA,
- der Pinatubo auf den Philippinen,
- der Soufriere auf Montserrat,
- der Pico de Fogo auf Fogo, Kap Verde
- der Arenal in Costa Rica. Costa Rica Erloschene Vulkane in Deutschland:
- der Kaiserstuhl nahe Freiburg (18 Mio. Jahre bis 13 Mio. Jahre)
- im Hegau nahe dem Bodensee, Baden-Württemberg (14 Mio. Jahre bis 7 Mio. Jahre)(z. B. der Hohentwiel)
- der Schwäbische Vulkan in Baden-Württemberg (ca. 17 bis 16 Mio. Jahren)
- in der Vulkaneifel in Rheinland-Pfalz / Nordrhein-Westfalen (Beginn vor 700.000 Jahren, letzter Ausbruch vor 11.000 Jahren)
- der Vogelsberg
- der Drachenfels im Siebengebirge
- der Otzberg und der Katzenbuckel im Odenwald
- in der Rhön
- die Amöneburg im Marburger Land
- die Limburg in Baden-Württemberg Ob die deutschen Vulkane als erloschen bzw. ruhend gelten, ist derzeit noch umstritten. Zwar scheint es wenig wahrscheinlich, dass sie innerhalb der nächsten Jahrhunderte wieder aktiv werden, doch mehren sich die Anzeichen für Größenzunahme des Magmaplumes beispielsweise unter der Eifel. Kohlendioxidbläschen, die z.B. in den Maaren aufsteigen, werden in jüngster Zeit nicht mehr als Symptom verklingender Tätigkeit gedeutet, sondern als Zeichen zunehmender Aktivität. Eindringendes Wasser (Grundwasser, Oberflächenwasser) verleiht den Eifelvulkanen zudem besondere Gefährlichkeit, da durch den enormen Druckaufbau ein hochexplosives Gemisch entsteht und es zu Phreatomagmatischen Explosionen kommen kann. Bereits beim letzten Ausbruch vor 11.000 Jahren wurden dadurch ungeheure Mengen an Magma, Asche und Schlacke an die Erdoberfläche befördert. Der nördlichste Vulkan der Welt ist der 2277 m hohe Vulkan Haakon VII Toppen/Beerenberg auf der Insel Jan Mayen, er wurde 1970 nach langer Ruhe wieder aktiv. Der südlichste Vulkan der Welt ist der 3794 m hohe Mount Erebus auf der Ross-Insel in der Antarktis, er ist ständig aktiv. Der höchste Vulkan der Welt ist nach neuesten GPS-Messungen der 6882 m hohe Monte Pissis in Argentinien. Der höchste Vulkan des Sonnensystems (allerdings bereits erloschen) ist der Olympus Mons auf dem Mars. Er ist mit 26,4 km Höhe der höchste bekannte Berg unseres Sonnensystems, was für einen ehemaligen Schildvulkan außerordentlich bemerkenswert ist. Auf der Venus gibt es ebenfalls zahlreiche erloschene Vulkane, während aktive Vulkane außer auf der Erde bislang nur noch auf dem Jupitermond Io bekannt sind. Weitere Vulkane auf der Erde und in unserem Sonnensystem sind unter Liste der Vulkane zu finden.

Vulkantypen

Vulkane kann man nach ihrer äußeren Form und nach der Art ihres Magmenzufuhrsystems unterteilen.
- Unterteilung nach der äußeren Form:
- Schicht-Vulkane (auch Strato-Vulkane genannt)
- Schild-Vulkane Ca. 95% der Vulkane auf der Erde sind Schicht-Vulkane. Andererseits sind ca. 90% aller aktiven Vulkane Schild-Vulkane.
- Unterteilung nach der Art des Magmenzufuhrsystems:
- Zentral-Vulkane
- Spalten-Vulkane Eine besondere Form ist der Super-Vulkan ([http://www.sueddeutsche.de/,tt2m2/wissen/artikel/41/48992/ Süddeutsche - Supervulkane])

Magmatypen

Eine andere Möglichkeit, Vulkane zu klassifizieren, ist, sie nach dem Typ des Magmas zu beschreiben, das sowohl die entstehende Form des Vulkans als auch das Ausbruchsverhalten entscheidend bestimmt:
- Rote Vulkane
- Graue Vulkane Zusammenfassend kann man sagen, dass "graue Vulkane" "Schichtvulkane" bilden, während "rote Vulkane" "Schildvulkane" hervorbringen. Viele Vulkane folgen allerdings nicht einem "reinen" Ausbruchsmuster, sondern zeigen variierendes Verhalten entweder während einer Eruption oder während der Millionen Jahre ihrer Aktivität. Ein Beispiel dafür ist der Ätna auf Sizilien.

Verteilung von Vulkanen

Weltweit gibt es etwa 1900 Vulkane, die als aktiv betrachtet werden. Ihre Verteilung kann man mit Hilfe der Erkenntnisse der Plattentektonik verstehen:
- Vulkane der Spreizungszonen liegen mit wenigen Ausnahmen auf dem Meeresgrund, wo die Erdplatten auseinanderdriften.
Das dort vorkommende Magma ist basaltisch. Hierzu gehören hauptsächlich rote Vulkane oder Schildvulkane.
- Vulkane der Subduktionszonen sind die sichtbarsten Vulkane. Sie treten auf, wo Erdplatten aufeinander treffen und die eine Erdplatte unter die andere geschoben wird. Das abtauchende (oft SiO₂-reiche) Gestein wird in der Tiefe geschmolzen und steigt, da es eine geringere Dichte hat, nach oben, wo es zu Eruptionen kommt. Hierzu rechnet man hauptsächlich graue Vulkane oder Schichtvulkane. Schichtvulkan
- Vulkane über Hot Spots oder Plumes sind selten, da es weltweit zurzeit nur etwa 40 "Hot Spots" gibt. Ein "Hot Spot" ist ein über lange Zeit (meist über 100 Mio. Jahre) ortsfester Aufschmelzungsbereich im Erdmantel unter der Lithosph

Schwefel

Modifikationen

Schwefel als Mineral

Gewinnung

Verwendung

Wichtige Schwefelverbindungen

Trivia

Siehe auch

Literatur

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Chemisches Element

Kernladungszahl und Masse

Rein- und Mischelemente

Chemische Verbindungen

Die Entstehung von Elementen

Liste chemischer Elemente

weitere Darstellungsformen

Literatur

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Modifikation

Polymerisation

Historische Informationen

Mechanismen

Thermische Polymerisation

Radikalische Polymerisation

Reaktionen

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Technische Verfahren

Polymerisation

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Literatur

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Kristallsystem

Definition

Zuordnung der kristallographischen Punktgruppen zu den Kristallsystemen

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Andere Einteilungen

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Härte und Festigkeit

Härteprüfung und Härteskalen

Härteprüfung nach Mohs

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Härteprüfung nach Knoop

Härteprüfung nach Rockwell

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Die Martens-Härte

Spezielle Härteprüfverfahren

Maßeinheiten

Härten

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Strichfarbe

Gestein

Zusammensetzung und Gefüge

Klassifikation

Magmatische Gesteine

Metamorphe Gesteine

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Gesteinskreislauf

Bedeutung

Literatur

Weblinks

Gas

Begriffsabgrenzung

Eigenschaften

Lagerung

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Geschichte

Oxidation durch Sauerstoff

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