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Elemente - Referat
Die Elemente bilden Elementgruppen
1. Nenne die Namen der 8 Hauptgruppen im PSE!
2. Zähle die entsprechenden Elemente mit Symbol der einzelnen Gruppen auf.
3. Notiere Eigenschaften, Vorkommen und Verwendung der Gruppenelementen auf.
Zu 1.
I. Alkalimetalle
II. Erdkalimetalle
III. Borgruppe
IV. Kohlenstoffgruppe
V. Stickstoffgruppe
VI. Sauerstoffgruppe
VII. Halogene
VIII. Edelgase
Zu 2.
I. Alkalimetalle: Symbol:
- Wasserstoff H
- Lithium Li
- Natrium Na
- Kalium K
- Rubidium Rb
- Cäsium Cs
- Francium Fr
II. Erdalkalimetalle:
- Beryllium Be
- Magnesium Mg
- Calcium Ca
- Strontium Sr
- Barium Ba
- Radium Ra
III. Borgruppe:
- Aluminium Al
- Gallium Ga
- Indium In
- Thallium Tl
IV. Kohlenstoffgruppe:
- Kohlenstoff C
- Silicium Si
- Germanium Ge
- Zinn Sn
- Blei Pb
V. Stickstoffgruppe:
- Stickstoff N
- Phosphor P
- Arsen As
- Antimon Sb
- Bismut Bi
VI. Sauerstoffgruppe:
- Sauerstoff O
- Schwefel S
- Selen Se
- Tellur Te
- Polonium Po
VII. Halogene:
- Fluor F
- Chlor Cl
- Brom Br
- Iod I
VIII Edelgase:
- Helium He
- Neon Ne
- Argon Ar
- Krypton Kr
- Xenon Xe
Zu 3.
I. Alkalimetalle:
Gruppeneigenschaften
Alkalimetalle verfügen nur über ein einziges Valenzelektron, das besonders leicht unter Bildung eines positiv geladenen Ions abgeben wird. Die Elemente der I. Hauptgruppe zählen somit zu den reaktivsten Metallen und stärksten Reduktionsmitteln im Periodensystem.
Vorkommen
Ihrer hohen Reaktivität wegen kommen die Alkalimetalle in der Natur nicht elementar, sondern nur in ionischer Form vor. Natrium, das häufigste Element der Gruppe, macht einen Anteil von 2,5% der Erdrinde aus. Es wird in großen Lagerstätten vor allem als Steinsalz ( NaCl ) und Soda
( Na2Co3 ) sowie auch in vielen Mineralien vorgefunden. Im Meer wasser sind zudem etwa 3% NaCl gelöst. Während Kalium als Sylvin ( KCl ) ebenfalls große Vorkommen bildet, treten Rubidium und Cäsium als Begleiter nur in jeweils sehr geringen Mengen auf. Auch das radioaktive Francium ist extrem selten.
Verwendung
Zur Gewinnung von elementaren Lithium, Natrium und Kalium werden die entsprechenden Salze geschmolzen und dann elektolysiert, also elektrochemisch zersetzt. Hierzu werden negative Elektroden in die Schmelze getaucht; sie versorgen die positiven Metallionen mit Elektronen und wandeln sie somit wieder zu einem Metall um. Das elementare Produkt scheidet sich dann entweder in reiner form ab oder wird anschließend, z.B. durch Destillation, abgetrennt. Rubidium und Cäsium erhält man durch chemische Umsetzung ihrer Salze mit Zirconium ( Zr ). Lithium wird in der Technik Metallen wie Blei, Aluminium und Magnesium als härtender Legierungsbestadteil beigemischt. Natrium verwendet man als Leuctmittel und im Labor als Trocknungsmittel für organische Lösungsmittel sowie als wichtigstes Reduktionsmittel. Zudem ist es Ausgangssubstanz zur Herstellung von Verbindungen.
Alkalimetalle spalten unter Einwirkung von UV-Strahlung ihr Valenzelektron ab. Cäsium eigent sich aufgrund seiner hohen Elektropositivität hierfür besonders gut.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Alkalimetalle sind weich und lassen sich einfach mit einem Messer durchschneiden. Lithium ist das leichteste aller bei Raumtemperatur festen Elemente. Lithium, Natrium und Kalium sind leichter als Wasser. Farbe: scheint bronzeartig zu sein mit Ausnahme von Cäsium. Schmelz und Siedepunkte sind niedrig und nehmen mit steigender Ordnungszahl ab.
II. Erdalkalimetalle:
Gruppeneigenschaften
Die Elemente dieser Gruppe verfügen über zwei Valenzelektronen. Erdalkalimetalle sind reaktionsfreudig, elektropositiv und starke Reduktionsmittel.
Vorkommen
Die Elemente dieser Gruppe treten in der Natur wegen ihrer hohen Reaktivität nicht elementar auf. Beryllium ist nur selten vertreten. Magnesium und Calcium treten mit 1,9% bzw. 3,4% in der Erdrinde auf. Strontium und Barium sind seltener und ebenfalls in Mineralien vertreten. Das radiumreichste Mineral ist Pechblende(zum Großteil Uranoxid), das Radium als ein Zefallsprodukt des 238U enthält (0,34g Ra/ t U).
Verwendung
In der Metallurgie wird Beryllium als verfestigender Legierungsbestandteil eingesetzt. Magnesiumlegierungen kommen ihrer geringen dichte wegen besonders insbesondere im Flugzeugbau und in der Raumfahrt zum Einsatz.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Es sind Leichtmetalle. Beryllium unterscheidet sich aufgrund seiner Sonderstellung auch in den physikalischen eigenschaften deutlich von den übrigen Gruppenelementen: Es ist grau, spröde und hart. Schmelz und Siedepunkt sind auch anders. Magnesium ist weicher als Beryllium es ist silbrig, glänzend und läuft bei Kontakt mit Luft matt-weiß n. Calcium, Strontium und Barium sind relativ weiche Metalle, haben eine silbrig-weiße Farbe und laugen an der Luft ebenfalls an. Beryllium und Magnesium reagieren bei Wasser nicht, während Calcium, Strontium und Barium unter Wärmeentwicklung sich umwandeln. Calcium wird ziegelrot, Strontium wird karminrot und Barium zeigt eine grüne Flammenfärbung.
III. Borgruppe
Gruppeneigenschaften
Die Elemente der Borgruppe sind reaktionsfreudig und zeigen eine höhere Affinität (Bindungsbestreben) zu den elektronegativen Elementen ( vor allem Sauerstoff und Halogene ) als zu den elektropositiven. Bor bildet als einziges Element der Gruppe keine freien B3+ - Ionen.
Vorkommen
Die Elemente der III. Hauptgruppe treten in der Natur nur in Verbindungen auf. Aluminium ist, als das häufigste Metall der Erdrinde, an zahlreichen mineralischen Verbindungen beteiligt.
Verwendung
Borverbindungen wird in der Technik wegen ihrer Härte als Schleifmittel verwendet. Bor wird zur Vergütung von Stahl eingesetzt. Aluminium ist nach eisen das bedeutendste Gebrauchsmetall. Wegen seiner guten chemischen Widerstandsfähigkeit, Formbarkeit und geringen Dichte wird es vor allem für Konstruktionen im Haus-, Fahrzeug-, Schiffs-. Und Flugzeugbau benutzt. Gallium, Indium und Thallium werden als Legierungsmetalle eingesetzt.
IV. Kohlenstoffgruppe
Gruppeneigenschaften
Die Elemente der IV. Hauptgruppe besitzen vier Valenzelektronen, die maximale Wertigkeit beträgt demnach ebenfalls vier. Mit steigender Ordnungszahl nimmt die Beständigkeit von Verbindungen aus zweiwertig reagierenden Elementen zu.
Vorkommen
Kohlenstoff kommt in der Natur sowohl im freien Zustand in Form von Diamant und Graphit als auch gebunden in der Lithosphäre (Mineralreich), Biosphäre (Tiere und Pflanzen), Atmosphäre und der Hydrosphäre vor. Im interstellaren Raum befinden sich die erst 1985 entdeckten Fullerene. Im Mineralreich findet man den Kohlenstoff hauptsächlich in Form der Carbonate (Salze der Kohlensäure H2CO3):
-Calciumcarbonate CaCO3, (Kalkstein, Marmor, Kreide)
-Magnesiumcarbonate MgCO3, (Magnesit)
- Eisencarbonate FeCO3, (Eisenspat)
- Mangancarbonat MnCO3, (Manganspat)
- Zinkcarbonat ZnCO3, (Zinkspat)
In der Biosphäre bildet der Kohlenstoff den wesentlichen Bestandteil aller Organismen. Als Produkt der Umwandlung urweltlicher Organismen finden sich Kohle, Erdgas und Erdöl.In der Luft kommen etwa nur 0,03 Volumenprozent Kohlenstoff vor, was die C-Menge im Tier- und Pflanzenreich aufgrund der räumlichen Ausdehnung trotzdem um 100% übersteigt.Im Meerwasser kommt noch ein hundertfaches mehr an Kohlenstoff vor, durchschnittlich w(C) = 0,005%. Dies entspricht einer Gesamtmenge von 2.7x1013t.
Verwendung
Die freien Elektronen sind auch für die hohe Lichtabsorption und der damit verbundenen tief schwarzen Farbe verantwortlich. Weil die freien Elektronen sich das Elektron aussuchen können mit welchem sie eine pi-Bindung eingehen, sind genau diese Elektronen zwischen den Schichten leicht anregbar und haben folglich „metallische“ Beweglichkeit. Diese werden auch als zweidimensionales Elektronengas bezeichnet, was sich im elektrischen Leitvermögen parallel zu den Ebenen wiederspiegelt. Senkrecht zu den hexagonalen Schichten kann man Graphit als Isolator einsetzen (anisotrope Leitfähigkeit).
Physikalische und chemische Eigenschaften
Kohlenstoff ist ein typisches Nichtmetall, von dem heute drei verschiedene Modifikationen bekannt sind, einerseits der kubisch kristallisierte Diamant und andererseits der hexagonal kristallisierte Graphit. Die Eigenschaften der Modifikationen Diamant, Graphit unterscheiden sich grundsätzlich voneinander. Die dritte Modifikation der Fullerene ist erst seit wenigen Jahren bekannt.
V. Stickstoffgruppe
Gruppeneigenschaften
Die Elemente dieser Gruppe verfügen über fünf Valenzelektronen und reagiren Wertigkeit drei und fünf. Mit steigender Ordnungszahl werden die Verbindungen der Wertigkeitsstufe drei stabiler, die der Stufe fünf instabiler.
Vorkommen
Stickstoff ist mit 78% Hauptbestandteil der Luft, als Mineral kommt er in Chilealpeter vor. Phospophor ist reaktionsfreudiges Element und wird somit in der Natur in gebundener Form vorgefunden. Das häufigste Mineral ist Apatit. Arsen, Antimon und Bismut treten in sulfifischen Mineralien, wie dem Arsenkie, Grauspießglanz, sowie Bismutglanz auf.
Verwendung
In der Industrie wird Stickstoff zur herstellung von Ammoniak nach den Haber-Bosch-Verfahren eingesetzt.Flüssiger Stickstoff dient als Kühlmittel in der Kältetechnik. Phosphor wird zu Phosphorsäure verarbeitet. Roten Phosphor eine ungiftige Modifikation, setzt man in der Zündholzindustrie ein zur Beschichtung von reibeflächen ein. Arsen, Antimon und Bismut werden als Legierungsmetalle eingesetzt.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Stickstoff ist bei Raumtemperatur ein farb-, geruch-, und geschmackloses, ungiftiges und unbrennbares Gas.
VI. Sauerstoffgruppe
Gruppeneigenschaften
Die Elemente der VI. Hauptgruppe, auch Chalkogene genannt, können aufgrund ihrer Schalenbesetzung zwei kovalente Bindungen eingehen und dadurch eine Edelgaskonfiguration erreichen. Schwefel, Selen und Tellur treten jedoch auch vier- und sechswertig in Erscheinung. Sauerstoff nimmt aufgrund seiner hohen Elektronegativität eine Sonderstellung innerhalb der Gruppe ein. Schwefel neigt dazu, Ketten und Ringe zu bilden und liegt somit in den meisten Modifikationen vor.
Vorkommen
Sauerstoff ist das häufigste Element der Erdrinde. Schwefel kann elementar in großen Lagerstätten vorgefunden werden, darüber hinaus in Erzen. Selen und Tellur kommen als binäre Verbindungen in spuren in sulfidischen Erzen vor.
Verwendung
Sauerstoff wird zur Herstellung von Stahl gebraucht. Lebewesen brauchen es zu Atmen. Schwefel wird für Schwefelsäure, Herstellung von Gummi- und Zündholzindustrie sowie für Explosivstoffe gebraucht. Selen und Tellur fallen als Nebenprodukte bei der elektrolytischen Kupferraffination an.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Sauerstoff ist farblos, geruchlos und geschmacklos.
VII Halogene
Gruppeneigenschaften
Die Halogene ähneln sich in ihren Eigenschaften. Sie sind allesamt Nichtmetalle, elektronegativ und sehr reaktionsfreudig. Fluor ist das reaktionsfähigste Element überhaupt.
Vorkommen
Halogene kommen in gebundener form in der Natur vor. Chlor und Brom werden in großem Salzstätten als Steinsalz und Sylvin vorgefunden. Iod tritt als Begleiter in Form von Calciumiodat in Chilealpeter auf.
Verwendung
Fluor wird industriell durch Elektrolyse fluoridhaltiger Schmelzen gewonnen. Es dient als Raketentreibstoff und in Verbindung zur Herstellung von Kühlmittel sowie Aufarbeitung von Kernbrennstoffen.
Physikalische und chemische Eigenschaften
Die Halogene liegen elementar als zweiatomige Verbindungen vor. Reaktivität und Giftigkeit nehmen Fluor zum Iod hin ab. Fluor ist ein gelblich Gas, stechend und agressiv im Geruch sowie ätzend wie auch die übrigen Gruppenelemente.
VIII Edelgase
Gruppeneigenschaften
Edelgaste besitzen acht Valenzelektronen und befinden sich somit in einem besonders stabilen reaktionären Zustand. Nur bei Helium ist die K-schale bereits mit zwei Valenzelektronen besetzt.
Vorkommen
In der Luft sind Edelgase in geringer Menge enthalten; Argon 0,98%, Neon 0,0016%, Helium 0,0005% Krypton 0,0001% und Xenon 0,000009%.
Verwendung
Anwendung der Edelgase ist hauptsächlich in der Licht-, und Schweißtechnik zu finden. Argon als Schutzgas beim Lichtbogenschweiß, Argon für Glühlampe, Krypton und Xenon als Füllgase verwendet.
Quellen: www. Periodensystem.info
Mentor Grundwissen Chemie, Andreas von Usedom
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