Jürgen Fenner

Physikalisch-chemische Untersuchungs- und Meßmethoden

Zur Ermittlung der Eigenschaften von Atomen und Molekulen bedient man sich einer Vielzahl physikalisch-chemischer Mesmethoden, von denen die wichtigsten im folgenden kurz erlautert werden.

Die Elemente der sechsten Hauptgruppe — Die Chalkogene

Sauerstoff ist dasjenige Element, das auf der Erdoberflache am verbreitetsten ist. In freier Form kommt er in der Luft vor, und zwar zu 20,9 Vol.-%. In gebundener Form ist er ein Bestandteil zahlreicher Verbindungen, wie z.B. des Wassers, der Oxide und der meisten Gesteine.

Die chemische Bindung

Nur wenige Elemente existieren in der Natur in Form freier einzelner Atome. Die Atome der meisten Elemente treten miteinander oder mit Atomen anderer Elemente in Wechselwirkung. Das bedeutet, das die meisten Atome eine stabilere Elektronenkonfiguration finden, indem sie mit anderen Atomen eine chemische Bindung eingehen. Dies kann auf mehrere Arten geschehen, und im folgenden wollen wir uns mit den verschiedenen Erscheinungsformen der chemischen Bindung auseinandersetzen.

Säuren und Basen

Nach der klassischen Definition von Arrhenius ist eine Saure eine Verbindung, die in Wasser Wasserstoffionen (Protonen) abdissoziiert und damit die Konzentration der Kationen des schwach selbst dissoziierenden Wassers erhoht, z. B.:

Die Elemente der vierten Hauptgruppe

\text {HCl}+ \text H_2 \text O \rightarrow \text H_3 \text O^+ + \text {Cl}^-.

Die Elemente der dritten Hauptgruppe

(\;\; 8.1)

Die Erscheinungsformen der Materie

Lithium, Rubidium und Caesium sind seltene Elemente, Natrium und Kalium sind dagegen sehr verbreitet. Wegen ihrer grosen Reaktionsfahigkeit kommen die Alkalimetalle in der Natur nicht elementar, sondern nur in Form von Verbindungen vor. Viele Silicatmineralien enthalten Natrium oder Kalium, daneben gelegentlich auch in kleineren Mengen die seltenen Alkalimetalle. Natrium- und Kaliumchlorid sind in grosen Mengen im Meerwasser enthalten. Durch Eintrocknen prahistorischer Meere sind an manchen Stellen der Erde, z.B. in der norddeutschen Tiefebene, grose Salzlager entstanden. Sie bestehen hauptsachlich aus Natriumchlorid; daruber befindet sich eine Schicht geringerer Dicke, die Kalium- und Magnesiumsalze enthalt. Bei der Entstehung der Salzlager haben sich also die in geringerer Menge im Meerwasser enthaltenen und leichter loslichen Kalium- und Magnesiumsalze zuletzt abgeschieden.

Die Elemente der siebenten Hauptgruppe — Die Halogene

Kohlenstoff. Kohlenstoff ist auf der Erde sehr verbreitet. Er ist der wiehtigste Bestandteil und das wesentliche Aufbauelement der gesamten Tier- und Pflanzenwelt. Ferner ist Kohlenstoff der Hauptbestandteil unserer Kohle, der Braun- und Steinkohle sowie des Erdols und Erdgases, die beide aus verschiedenartigen Verbindungen des Kohlenstoffs mit dem Wasserstoff zusammengesetzt sind. In der Luft kommt Kohlenstoff als Kohlendioxid CO2 und in der Erdrinde als Carbonat, z.B. Kalk CaCO3, vor. Schlieslich findet sich Kohlenstoff in elementarer Form als Graphit und Diamant, die beiden kristallinen Modifikationen dieses Elementes.