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Abitur - Das Periodensystem der Elemete - Historie

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Thema: Das Periodensystem der Elemente - Historie

TMD:

Kurzvorstellung

des Materials:

Übersicht über die

Teile

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• In der Mitte des 19. Jahrhunderts waren ca. 50 Elemente

und ihre wichtigsten Eigenschaften bekannt. Die relativen

Atommassen waren mit der damals möglichen Genauigkeit

bestimmt und es gab zunehmend Bestrebungen, aus den

damals noch als Atomgewichten bezeichneten Zahlen Zusammenhänge

zwischen den einzelnen Elementen abzuleiten.

• Historie

• Ca. 304 Seiten, Größe ca. 5891 KByte

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Das Periodensystem der Elemente

Historie

Aluminium

Aluminium ist ein Element des Periodensystems. Jedes Element weist aufgrund seines Atombaus

bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften auf. Den Atombau und die Eigenschaften

findest du im Artikel. Er enthält außerdem das Energieniveauschema und Informationen

über die Entdeckung, Herstellung und Verwendung.

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem

der Elemente und Eigenschaften

Atombau

Ordnungszahl: 13 13 Protonen

13 Elektronen

3. Periode 3 besetzte Elektronenschalen

III. Hauptgruppe 3 Außenelektronen

Elektronenkonfiguration im Grundzustand Ne 3s 3p

Elektronegativität 1,5

Ionisierungsenergie in eV 7,646

häufigste Oxidationszahlen +3

Atommasse des Elements in u 26,981 539

Atomradius in 10 m 1,43

Ionenradius in 10 m 0,50

Aggregatzustand im Normalzustand fest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens

in der Natur

Dichte in bei 25 °C 2,7

Härte nach Mohs und nach Brinell

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Schallgeschwindigkeit in 5100

Schmelztemperatur in °C 660

spezifische Schmelzwärme in 396

Siedetemperatur in °C 2447

spezifische Verdampfungswärme in 10 500

Standardentropie S in 28

Wärmeleitfähigkeit in 234

spezifische Wärmekapazität in 0,90

Volumenausdehnungskoeffizient in 10 0,072

spez. elektrischer Widerstand in

Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,

Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)

Nuklide des Elements

Ordnungszahl

Z

Massen-

zahl A

Atommasse

in u

Häufigkeit

in %

0,027

Leitungsalu.: 0,029

8

Art der

Strahlung

Halb-

und Ewertszeitnergie

in

MeV

13 24 24,000 1 künstlich : 4,4 2,07 s

25 24,999 41 künstlich : 3,3 7,18 s

26 25,986 89 künstlich : 3,3

27 26,981 539 100

28 27,981 905 künstlich : 2,9

7,16 ·

10 a

2,246

min

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Energieniveauschema

29 28,940 442 künstlich : 2,5 6,6 min

30 29,981 6 künstlich : 5,1 3,6 s

Weitere Eigenschaften

Aluminium ist ein weiches, silbrig-weißes sehr leichtes Metall, das eine Gitterstruktur aufweist.

Aluminium ist unedel und sehr reaktionsfreudig. An der Luft bildet sich schnell eine

dünne Oxidschicht, die vor weiterer Korrosion schützt. Durch das Eloxal-Verfahren kann die

Schutzschicht verstärkt und gehärtet werden. Aluminium reagiert - sehr heftig mit Salzsäure

und Natronlauge - schwach mit Schwefelsäure - nicht mit kalter Salpetersäure. Aluminium

hat gute thermische und elektrische Eigenschaften.

Entdeckung

1754 entdeckte der deutsche Chemiker MARGGRAF in Alaun die von ihm so benannte Alaunerde

(Aluminiumoxid). 1825 gelang es dem Dänen CHRISTIAN OERSTED die Erzeugung

von Aluminium, indem er Aluminiumchlorid mit Kaliumamalgam umsetzte. 1854 wurde

das Metall durch BUNSEN und (unabhängig von ihm) von DEVILLE durch Elektrolyse

hergestellt.

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Vorkommen/Herstellung

Der Anteil des Elements an der Erdkruste beträgt ca. 8 %. Damit ist es das am meisten auftretende

Metall - es tritt z. B. häufiger als Eisen auf (ca. 6 %). In der Natur ist es in sauerstoffhaltigen

Verbindungen und z. B. in Feldspäten und Glimmern zu finden. Das bekannteste Aluminium-Mineral

ist Bauxit, das ausschließlich im Tagebau gewonnen wird. Abbauwürdige

Bauxit-Vorkommen findet man in Brasilien, China, Australien, Neu-Guinea, in Westafrika

und Indien. Aluminium wird heute durch Schmelzflußelektrolyse hergestellt. Damit ist die

Herstellung sehr energieintensiv.

Verwendung

Reines Aluminium wird unter anderem für Bauteile in Elektrogeräten als Elektrokabel und in

Gebrauchsgegenständen eingesetzt. In Legierungen mit Metallen wie zum Beispiel Kupfer,

Nickel oder Zink wird es als Werkstoff überwiegend im Fahrzeug- und Schiff- und Flugzeugbau

verwendet (So besteht der abgebildete Fahrradrahmen aus der legierung Duraluminium).

Im Bauwesen werden Legierungen z. B. als Fenster- und Türprofile, Fassadenverkleidungen,

für Dächer und Beschläge, verwendet. Auch im Haushalt nutzen wir Aluminium als Aluminiumfolie

Wichtige Verbindungen

- Aluminiumoxid (Korund - Schleifmittel)

- essigsaure Tonerde (enthält Aluminiumacetat - Einsatz in der Medizin)

- Kali-Alaun (Kaliumaluminiumalaun - blutstillendes Mittel)

- Aluminiumsulfat (Gerberei, Papierherstellung)

Americium

Americium ist ein Element des Periodensystems. Jedes Element weist aufgrund seines Atombaus

bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften auf. Den Atombau und die Eigenschaften

findest du im Artikel. Er enthält außerdem das Energieniveauschema und Informationen

über die Entdeckung, Herstellung und Verwendung.

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem

der Elemente und Eigenschaften

Atombau

Ordnungszahl: 95 95 Protonen

95 Elektronen

7. Periode 7 besetzte Elektronenschalen

III. Nebengruppe 3 Außenelektronen

Elektronenkonfiguration im Grundzustand Rn 7s 5f

Elektronegativität 1,3

Ionisierungsenergie in eV 6,0

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häufigste Oxidationszahlen +3

Atommasse des Elements in u 243,061

Atomradius in 10 m 1,84

Ionenradius in 10 m 1,07 (+3)

Aggregatzustand im Normalzustand fest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens

in der Natur

Dichte in bei 25°C 11,7

Härte nach Mohs und nach Brinell

Schallgeschwindigkeit in

Schmelztemperatur in °C > 850

spezifische Schmelzwärme in 59,26

Siedetemperatur in °C 2600

spezifische Verdampfungswärme in 981,48

Standardentropie S in

Wärmeleitfähigkeit in 10,0

spezifische Wärmekapazität in

Volumenausdehnungskoeffizient in 10

spez. elektrischer Widerstand in 0,6803

Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,

Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)

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Nuklide des Elements

Ordnungszahl

Z

95 241

Massen-

zahl A

242

243

245

Energieniveauschema

Atommasse

in u

241,056

71

242,059

50

243,061

37

245,066

34

Häufigkeit

in %

Art der

Strahlung

und Energie Halb-

in MeV wertszeit

künstlich : 5,486 458 a

künstlich : 0,6 100 a

künstlich : 5,275 8 · 10 a

künstlich : 0,9 2 h

Weitere Eigenschaften

Das radioaktive Schwermetall Americium ist silberweiß glänzend und sehr geschmeidig. An

Luft läuft es jedoch wegen einsetzender Oxidation schnell an. Es tritt in zwei allotropen Modifikationen

auf:

-Americium und -Americium. Es besitzt eine mittlere Schmelz- und Siedetemperatur. A-

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mericium gehört zu den sog. Actinoiden. Es neigt zu Komplexbildung und bildet in seinen

Verbindungen die Oxidationsstufen +II, +III, +IV, +V und +IV, wobei die Oxidationsstufe

+III die stabilste ist. Americium ist stark elektropositiv und ein sehr unedles Metall. Es ist

sehr reaktionsfreudig und wird in Sauerstoff- oder Wasserstoffatmosphäre oberflächlich unter

Bildung des Americiumoxids oder Americiumhydroxids angegriffen. Es löst sich leicht in

Säuren.

Entdeckung

Americium wurde in Form des Isotops Am. Anfang 1945 von den amerikanischen Forschern

SEASBORG, GHIORSO, JAMES und MORGAN künstlich hergestellt und nachge-

wiesen. Im Juli 1944 beschossen SEABORG und Mitarbeiter eine Probe Pu mit 42 He-

Kernen und eine weitere Probe mit Deutronen. Nach der chemischen Abtrennung der dreiwertigen

Ionen von Plutonium wurden zwei -Aktivitäten entdeckt, die auf die Elemente 95 und

96 hinwiesen. Der eindeutige Nachweis des Element 95 gelang erst später, nach der Aufarbei-

tung einer Probe Pu, die sechs Monate in einem Kernreaktor bestrahlt worden war. Erst

Ende 1945 gelang es CUNNIGHAM (1912 - 1972), wenige Mikrogramm in Form des Isotops

Am als Hydroxid zu isolieren und einige Eigenschaften des Elements zu ermitteln. Das

Element 95 erhielt in Anlehnung an seinen leichteren Homologen Europium den Namen „Americium“

mit dem chemischen Symbol „Am“.

Vorkommen/Herstellung

Americium existiert nicht natürlich. Es fällt als Nebenprodukt in Form der Isotope Am und

Am in den Brennelementen von Kernreaktoren an. Die Anreicherung und Abtrennung des

Elements aus den Reaktor-Ablaugen erfolgt über das stabilere Am -Ion mit Lanthanoiden

als Trägersubstanzen. Davon wird es durch fraktionierte Fluoridfällung getrennt. Außerdem

wird das Metall auch durch Reduktion des Americiumtrifluorids mit Barium oder durch Reduktion

von

Americium(IV)-oxid mit Lanthan oder Thorium und anschließender fraktionierter Destillation

gewonnen.

Verwendung

Das Isotop des Americium Am wird hauptsächlich zur Erzeugung höhere Transurane verwendet.

Es dient u. a. auch als Ionenquelle, als Wärmequelle in thermoelektrischen Isotopenbatterien

für Satelliten, als Strahlungsquelle für die Fluoreszenzspektroskopie.

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Antimon

Antimon ist ein Element des Periodensystems. Jedes Element weist aufgrund seines Atombaus

bestimmte physikalische und chemische Eigenschaften auf. Den Atombau und die Eigenschaften

findest du im Artikel. Er enthält außerdem das Energieniveauschema und Informationen

über die Entdeckung, Herstellung und Verwendung.

Eigenschaften des Elements

Einordnung in das Periodensystem

der Elemente und Eigenschaften

Atombau

Ordnungszahl: 51 51 Protonen

51 Elektronen

5. Periode 5 besetzte Elektronenschalen

V. Hauptgruppe 5 Außenelektronen

Elektronenkonfiguration im Grundzustand Kr 5s 4d 5p

Elektronegativität 1,9

Ionisierungsenergie in eV 8,641

häufigste Oxidationszahlen +5; +3; -3

Atommasse des Elements in u 121,757

Atomradius in 10 m 1,45

Ionenradius in 10 m 0,89 (+3)

Aggregatzustand im Normalzustand fest

Stoffkonstanten und Häufigkeit des Vorkommens

in der Natur

Dichte in bei 25 °C 6,684

Härte nach Mohs 3 - 3,5

Schallgeschwindigkeit in 3420

Schmelztemperatur in °C 631

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spezifische Schmelzwärme in 171,65

Siedetemperatur in °C 1380

spezifische Verdampfungswärme in 557,74

Standardentropie S in 46

Wärmeleitfähigkeit in 24,3

spezifische Wärmekapazität in 0,207

Volumenausdehnungskoeffizient in 10

spez. elektrischer Widerstand in 0,418

Anteil in der Erdhülle in % (Atmosphäre,

Wasser, Erdkruste bis 10 km Tiefe)

Nuklide des Elements

Ordnungszahl

Z

51 121

Massen-

zahl A

122

123

Atommasse

in u

241,056

71

242,059

50

243,061

37

Häufigkeit

in %

57,3 %

0,000 065

Art der Halb-

Strahlung wertszeit

und Energie

in MeV

künstlich : 1,4 2,74 h

42,7 %

124 künstlich : 1,2 60 d

125

245,066

34

künstlich : 0,3 2,8

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Energieniveauschema

Weitere Eigenschaften

Antimon tritt in 4 bekannten Modifikationen auf:

- Die -Form des Antimons wird auch als metallisches oder graues Antimon bezeichnet. Es ist

ein zinnweißes, hell glänzendes, sehr sprödes, leicht pulverisierbares Schwermetall. Die Leitfähigkeit

von Wärme und elektrischem Strom ist bei dieser Modifikation relativ schlecht. Unterhalb

-270,45 °C ist es supraleitend. Es gehört zusammen mit Bismut, Gallium, Germanium und

Wasser zu den wenigen Substanzen, die sich beim Erstarren aus dem flüssigen Zustand ausdehnen.

- Durch Abschrecken von Antimon-Dampf an kalten Flächen entsteht „schwarzes, amorphes“

Antimon. Es ist eine unbeständige Modifikation. Beim Erhitzen geht diese Modifikation in

die metallische über. Diese Form des Antimons ist sehr reaktionsfreudig und entspricht dem

roten Phosphor und dem des schwarzen Arsens.

- Auf dem elektrolytischen Wege gelangt man zum „glasartigen, amorphen, explosiven“ Antimon.

Diese Modifikation ist sehr instabil und geht schon durch bloßes Ritzen oder Erhitzen

explosionsartig in die metallische Form über.

- Ein besonders instabiles Mischpolymerisat aus Antimon und Wasserstoff nennt sich „gelbes“

Antimon, dies ist keine eigene Modifikation. Antimon besitzt 5 Valenzelektronen und

kann deshalb in seinen Verbindungen die Oxidationsstufen +III und +V ausbilden. Instabile

Stufen können auch kurzfristig ausgebildet werden, diese wären die Oxidationsstufen +IV und

III. In alkalischer Lösung wird die Oxidationsstufe +V bevorzugt, in saurer aber die Stufe

+III, wodurch Antimon oxidierend wirkt. Antimon ist ein schwach elektropositives Element

mit metallischem Charakter.

Das graue Antimon ( -Form) ist bei Raumtemperatur an der Luft und im Wasser beständig,

verbrennt jedoch beim Erhitzen über die Schmelztemperatur zu Antimon(III)-oxid. Mit den

Halogenen verbindet es sich zu Antimon(V)-halogeniden. Nichtoxidierende Säure wie Salz-

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