Chemie für Nicht-Majors

Was essen wir als Nation?

Die obige Grafik zeigt einige Trends in unserer Ernährung über einen Zeitraum von dreißig Jahren. Wenn wir beobachten, in welche Richtung sich unsere Essgewohnheiten entwickeln, können wir Maßnahmen ergreifen, um schlechten Essgewohnheiten vorzubeugen und Probleme wie Bluthochdruck und Herzinfarkte zu verringern.

Die Entwicklung des Periodensystems hat dazu beigetragen, chemische Informationen auf vielfältige Weise zu organisieren. Wir können jetzt Trends bei den Eigenschaften verschiedener Atome erkennen und Vorhersagen über das Verhalten bestimmter Materialien treffen.

Der metallische Charakter bezieht sich auf die Reaktivität eines Metalls. Metalle neigen dazu, bei chemischen Reaktionen Elektronen zu verlieren, was durch ihre niedrige Ionisierungsenergie angezeigt wird. Innerhalb einer Verbindung üben Metallatome eine relativ geringe Anziehungskraft auf Elektronen aus, was sich in ihren niedrigen Elektronegativitäten widerspiegelt. Anhand der Trendübersicht in der folgenden Abbildung können Sie erkennen, dass die reaktionsfreudigsten Metalle im unteren linken Teil des Periodensystems zu finden sind. Das reaktivste Metall ist Cäsium, das in der Natur nicht als freies Element vorkommt. Es reagiert explosionsartig mit Wasser und entzündet sich spontan an der Luft. Francium steht in der Gruppe der Alkalimetalle unterhalb von Cäsium, ist aber so selten, dass die meisten seiner Eigenschaften noch nie beobachtet wurden.

Abbildung 1. Tendenzen im Verhalten der Elemente.

Die Reaktivität von Metallen beruht auf Prozessen wie der Bildung von Halogenidverbindungen mit Halogenen und darauf, wie leicht sie Wasserstoff aus verdünnten Säuren verdrängen.

Der metallische Charakter nimmt mit der Anzahl der Gruppen zu. Da die Ionisierungsenergie mit absteigender Gruppe abnimmt (bzw. mit aufsteigender Gruppe zunimmt), sind Metalle mit absteigender Gruppe reaktionsfreudiger, da sie mehr Elektronen verlieren können. Außerdem vergrößert sich der Atomradius mit zunehmender Gruppenzugehörigkeit, so dass die Außenelektronen weiter vom Kern entfernt sind und das Elektron weniger stark vom Kern angezogen wird.

Nichtmetalle neigen dazu, bei chemischen Reaktionen Elektronen zu gewinnen und haben eine hohe Anziehungskraft für Elektronen innerhalb einer Verbindung. Die reaktionsfreudigsten Nichtmetalle befinden sich im oberen rechten Teil des Periodensystems. Da die Edelgase aufgrund ihrer mangelnden Reaktivität eine besondere Gruppe bilden, ist das Element Fluor das reaktivste Nichtmetall. Es kommt in der Natur nicht als freies Element vor. Fluorgas reagiert explosiv mit vielen anderen Elementen und Verbindungen und gilt als eine der gefährlichsten bekannten Substanzen.

Beachte, dass es keine klare Trennung zwischen metallischem und nichtmetallischem Charakter gibt. Je weiter man sich im Periodensystem bewegt, desto größer ist die Tendenz, Elektronen aufzunehmen (nichtmetallisch), und desto geringer ist die Möglichkeit, dass ein Atom ein oder mehrere Elektronen abgibt.

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