Techniklexikon

chemische Elemente

Elemente, mit chemischen Mitteln nicht zerlegbare Stoffe, die zu anorganischen und organischen Verbindungen zusammentreten können. Die chemischen Elemente sind im Periodensystem nach steigender Ordnungszahl angeordnet. Die Elektronenkonfiguration der Elemente, die sich durch Auffüllen der Atomorbitale mit Elektronen nach der Hundschen Regel ergibt, hat Einfluss auf deren chemische Eigenschaften (Oxidationszahlen, Nichtmetalle, Halbmetalle, Metalle). Homologe Elemente besitzen ähnliche chemische Eigenschaften, die sich unter dem Einfluss der steigenden Kernladungszahlen und zunehmenden Atomradien verändern. Aufgrund der Stellung im Periodensystem unterscheidet man zwischen Hauptgruppenelementen (Auffüllen der s- und p-Orbitale) und Nebengruppenelementen. Letztere werden in Übergangselemente (Auffüllen der d-Orbitale) und innere Übergangselemente (Auffüllen der f-Orbitale) unterteilt. Einige Elemente kommen in verschiedenen Modifikationen (Allotropie) vor, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften unterscheiden.

Die meisten der natürlichen Elemente sind Mischelemente, d.h. sie kommen in mehreren (meist 2 bis 10) Isotopen vor. Die Atommassen dieser Elemente können aufgrund von Schwankungen der relativen Häufigkeiten der Isotope stark variieren. Dagegen können die Atommassen der 20 Reinelemente, der anisotopen Elemente (Aluminium, Arsen, Beryllium, Bismut, Caesium, Cobalt, Fluor, Gold, Holmium, Iod, Mangan, Natrium, Niob, Phosphor, Praseodym, Rhodium, Scandium, Terbium, Thulium, Yttrium), exakt angegeben werden. Auch Helium, Lanthan und Wasserstoff können zu den Reinelementen gezählt werden, da der natürliche Anteil eines Isotops über 99,9% liegt. Eine Kommission der IUPAC überprüft alle zwei Jahre die Werte für die Atommassen der Elemente und gibt Empfehlungen heraus. Die IUPAC überwacht auch die Elementbenennung.

Radioaktive Elemente (Radioelemente) gehen durch Kernumwandlungen (spontane Umwandlung des Atomkerns in einen anderen Atomkern unter Abgabe der freiwerdenden Energie in Form von Strahlung und/oder Teilchen) in ebenfalls radioaktive Elemente über und bilden eine radioaktive Zerfallsreihe (z.B. Uran-Actinium-Zerfallsreihe), an deren Ende ein stabiles Element steht. Künstliche Elemente (Transurane) werden durch physikalische Operationen (Elementumwandlungen mit Hilfe von Kernreaktionen) synthetisiert.

Die chemischen Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff werden in Sternen durch Kernfusion aus Wasserstoff und Helium erzeugt, die ihrerseits beim Urknall (vor 15 Milliarden Jahren) entstanden sind. In massereichen Sternen werden die schwereren Elemente bis zum Eisen, einem besonders stabilen Element (Neutronenstern), gebildet. Diese werden bei der Supernovaexplosion ins All geschleudert, wobei die Energie der Stosswellen zur Entstehung der Elemente, die schwerer als Eisen sind und bei der Verschmelzung Energie verbrauchen, ausgenutzt wird. [AFM]