Post on 26-Mar-2022
Harry H. Binder
Kleines Lexikon der chemischen Elemente
Mit zahlreichen Abbildungen und Tabellen
2016
Bibliografische Informationen der Deutschen Nationalbibliothek:
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Informationen sind im Internet unter: <http://dnb.ddb.de> abrufbar. © Lehmanns Media • Berlin 2016 Helmholtzstraße 2-9 • 10587 Berlin und Harry H. Binder • E-Mail: binder34@gmx.de 2., überarbeitete Auflage ISBN: 978-3-86541-879-1 Druck und Bindung: Totem • Inowrocław • Polen www.lehmanns.de Alle Rechte vorbehalten Dieses Werk, einschließlich aller seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwendung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zu-stimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Verviel-fältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen, Verfilmungen und die Einspei-cherung und Verbreitung auf Datenträgern und anderen elektronischen Systemen.
5
Inhaltsverzeichnis Vorwort 7
Begriffserklärung 8
Gruppierung der Elemente nach IUPAC 11
Benennung namenloser Elemente 12
Darstellung der Elemente und Isotope/Nuklide
Die elektrochemische Spannungsreihe der Metalle 13
Der radioaktive Zerfall von Nukliden
Die gesetzlichen SI-Basiseinheiten 14
Die kinetische Energie der Neutronen
Das griechische Alphabet
Verwendete Abkürzungen 15
Die chemischen Elemente von A bis Z 16 ‒ 251
Die chemischen Elemente 252
in der Reihenfolge ihrer Protonenzahlen Z
Die Häufigkeit der chemischen Elemente 254
in absteigender Reihenfolge
Die Dichte der chemischen Elemente 257
in absteigender Reihenfolge
Die Härte der chemischen Elemente nach 261
Mohs und Brinell in absteigender Reihenfolge
Die Schallgeschwindigkeit in 264
Chemischen Elementen in absteigender Reihenfolge
Die radioaktiven Zerfallsreihen 267
Literaturverzeichnis 270
6
Über den Autor
Diplom Physiker und Chemiker Harry H. Binder, OStR i.R., aus
Erlangen, war viele Jahre, in der chemischen Industrie sowie in der
physikalischen Forschung auf den Gebieten der Radiochemie, Reaktor-
technik, Teilchenphysik, Protonen-Therapie u.a. tätig.
Über zwanzig Jahre unterrichtete er im höheren Lehramt an Gym-
nasien, Fach- und Berufsoberschulen, die Fächer Mathematik, Physik
und Chemie. Der Autor hat mehrere Bücher sowie zahlreiche Beiträge
in Fachzeitschriften veröffentlicht.
7
Vorwort Die chemischen Elemente sind die Bausteine unserer Welt. Einige waren schon in der Antike bekannt, andere wurden nach und nach entdeckt, bis die Liste der 91 natürlichen Elemente vollständig war. Im ›Periodensystem der Elemente‹ PSE, in dem alle bekannten chemi-schen Elemente eingeordnet sind, galt Uran als das schwerste und letzte chemische Element. Ab der Mitte des 20. Jh. gelang es Physikern und Chemikern aus den USA der SU und später auch aus Deutschland schwerere Elemente als Uran künstlich herzustellen. Mit der Entdeckung der ›Transurane‹ begann ein Wettlauf der Wissenschaftler aus Ost und West nach neuen superschweren Elementen. Schließlich stellte man sich die Frage nach der Grenze des Periodensystems der Elemente, dem schwersten überhaut möglichem chemischem Element. Die chemischen Elemente sind heute aus den Naturwissenschaften nicht mehr wegzudenken. Kenntnisse über die chemischen Elemente und ihrer Eigenschaften sind heute für jeden Schüler, Studenten, Fach-arbeiter und Wissenschaftler unentbehrlich. In diesem Nachschlagewerk sind die wichtigsten Eigenschaften aller bis heute bekannten chemischen Elemente kurz aufgeführt, sie stellen für alle Interessierten in Schule, Studium und Beruf eine wichtige Hilfe dar. Bei alle Angaben wurde das ›SI-Einheiten System‹ sowie die von der ›International Union of Pure and Applied Chemistry‹ (IUPAC) fest-gelegten Namen aller chemischen Elemente verwendet. Harry H. Binder Erlangen, im Herbst 2010 Angesichts ständig neuer Erkenntnisse über die chemischen Elemen-te, war es notwendig, eine überarbeitete Neuauflage dieses Buches herauszugeben. Damit wird der Leser über den aktuellen Stand infor-miert. Harry H. Binder Erlangen, im Frühjahr 2016
8
Begriffserklärungen
Protonenzahl Z: Anzahl der Protonen im Atomkern. Synonyme Be-
zeichnungen: ›Ordnungszahl‹, ›Kernladungszahl‹.
Nukleonenzahl A: Anzahl der Nukleonen (Protonen und Neutronen)
im Atomkern. Frühere Bezeichnung: ›Massenzahl‹.
Relative Atommasse Ar: Masse eines Atoms im Vergleich zum zwölf-
ten Teil der Masse des Kohlenstoffisotops 12C = 12,000. Es ist eine
dimensionslose Zahl. Frühere Bezeichnung: ›Atomgewicht‹.
Atomradius: Maß für die Größe eines Atoms, in Pikometer pm.
1 pm = 10–12 m.
Metallischer Radius: Hälfte des kürzesten interatomaren Abstandes in
einem Metallgitter.
Kovalenter Radius: Hälfte des Abstandes zwischen zwei Atomkernen
des gleichen Elements in einer kovalenten Bindung innerhalb eines
Moleküls.
Van-der-Waals-Radius: Hälfte des kleinstmöglichen Abstandes zwi-
schen zwei Atomkernen des gleichen Elements zweier benachbarter
Moleküle.
Ionenradius: Effektive Größe eines einatomigen Ions in einem Ionen-
gitter.
Bei ›Kationen‹, positiv geladene Ionen, ist der Ionenradius kleiner als
der Radius des zugrunde liegenden Atoms.
Bei ›Anionen‹, negativ geladene Ionen, ist der Ionenradius größer als
der Radius des zugrunde liegenden Atoms.
Elektronegativität EN: Ein relatives Maß für die Fähigkeit eines
Atoms innerhalb eines Moleküls Elektronenpaare von Nachbaratomen
anzuziehen. Dimensionslose Zahl, bezogen auf das elektronegativste
Element Fluor, mit der willkürlich zugeordneten Zahl 4 .
Angaben nach: A (Allred/Rochow); P (Pauling); a (absolut)
9
Ionisierungsenergie: Die Energie, die benötigt wird, um von einem
Atom oder Molekül ein Elektron abzutrennen, in Elektronenvolt (eV).
1 eV = 0,0103642 kJ.mol1
Elektronenaffinität EA: Die Energie, die erforderlich ist, um ein
Elektron aus einem einfach negativ geladenen Ion zu lösen, in Elektro-
nenvolt (eV):
Elektronenkonfiguration: Anordnung der Elektronen in der Atom-
hülle im Grundzustand.
Dichte : Der Quotient aus der Masse m und dem Volumen V eines
Körpers, in Kilogramm pro Kubikmeter kg.m3. Angaben bei festen
Stoffen bei 20 0C, bei Gasen bei 00C.
Härte (Mohs): Ein Maß für den Widerstand den ein Werkstoff dem
Eindringen eines härteren Körpers entgegensetzt. Ritzhärte nach Mohs, der härtere Stoff ritzt den weicheren. Dimensionslose Zahl, bezogen
auf eine Skala von Talk, Härte 1 bis Diamant, Härte 10.
Schmelztemperatur s: Temperatur, bei der ein Stoff aus dem festen
in den flüssigen Zustand übergeht. In Grad Celsius 0C und Kelvin K.
Siedetemperatur v: Temperatur, bei der ein Stoff aus dem flüssigen
in den gasförmigen Zustand übergeht. Grad Celsius 0C und Kelvin K.
Temperatur am Tripelpunkt Tt: Die Temperatur, an der drei Phasen
eines Systems im Gleichgewicht sind. Grad Celsius 0C und Kelvin K.
Kritische Temperatur Tc: Die Temperatur, unterhalb der reale Gase
verflüssigt werden können. In Grad Celsius 0C und Kelvin K.
Kritischer Druck pc: Der zur kritischen Temperatur zugehörige Druck
in MPa.
Spezifische Schmelzwärme q: Die Energie in Kilojoule, die benötigt
wird, um ein Kilogramm eines Stoffes zu schmelzen. In kJ. kg1.
Spezifische Wärmekapazität c: Die Energie, die benötigt wird, um
die Temperatur von einem Kilogramm eines Stoffes um 1 Kelvin zu
erhöhen. In Kilojoule pro Kilogramm mal Kelvin, kJ. kg1. K1.
10
Thermische Leitfähigkeit : Die Transportfähigkeit eines Stoffes für
Energie. In Watt pro Kelvin mal Meter, W.m1.K1.
Thermischer Längenausdehnungskoeffizient : Die Verlängerung
in Metern eines Stabes von 1 Meter Länge bei einer Temperaturer-
höhung von 1 Kelvin. In K1.
Spezifischer elektrischer Widerstand : Der elektrische Widerstand
eines Leiters von 1 Meter Länge und einem Quadratmeter Querschnitt.
In Ohm mal Meter, .m.
Elektrische Leitfähigkeit : Der Kehrwert des spezifischen Wider-
standes. In Siemens durch Meter, S . m–1 bzw. –1 . m–1.
Elektrochemisches Äquivalent Ä: Die Masse eines Stoffes in Kilo-
gramm die an einer Elektrode einer Elektrolysezelle durch eine elektri-
sche Ladung von einer A.s (1C) abgeschieden wird. In Kilogramm pro
Ampere mal Sekunde, kg . A–1 . s–1.
Normalpotential E0: Das Elektrodenpotential einer Standardelektrode
bezogen auf die Normal-Wasserstoffelektrode, in Volt, V.
Wirkungsquerschnitt : Ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass
zwischen zwei Teilchen eine Wechselwirkung oder eine Reaktion
stattfindet. In Quadratmeter, m², oder Barn, b. 1b = 10–28 m².
* Metalle: Haben weniger als vier Außenelektronen, die sie leicht ab-
geben und positive Ionen, ›Kationen‹, bilden.
Sie sind elektropositiv und Basenbildner.
* Nichtmetalle: Haben mehr als vier Außenelektronen, sie neigen dazu
Elektronen aufzunehmen und negative Ionen, ›Anionen‹, zu bilden.
Sie sind elektronegativ und Säurebildner.
* Halbmetalle: Haben Eigenschaften, die zwischen denen der Metalle
und der Nichtmetalle stehen. Halbmetalle sind: B, Si, Ge, As, Se, Sb,
Te, Bi, Po, At. Frühere Bezeichnung ›Metalloide‹.
* Übergangselemente, Übergangsmetalle: Sind die Metalle, deren
Atome eine inkomplette d-Schale haben, oder Kationen mit inkomplet-
ten d-Schalen bilden, d-Block.
11
Gruppierung der Elemente nach IUPAC Im ›Periodensystem der Elemente‹ (PSE) werden die chemischen
Elemente in der Reihenfolge ihrer Protonenzahl bzw. Kernladungszahl
in 18. Gruppen und 7. Perioden eingeordnet. Gemäß der IUPAC wer-
den den Gruppen folgende Namen und Elemente zugeordnet:
IUPAC Gruppe
Gruppenname
Elemente
Gruppe 1 Alkalimetalle Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
Gruppe 2 Erdalkalimetalle Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
Gruppe 3 Scandiumgruppe Sc, Y, La, Ac
Gruppe 4 Titangruppe Ti, Zr, Hf, Rf
Gruppe 5 Vanadiumgruppe V, Nb, Ta, Db
Gruppe 6 Chromgruppe Cr. Mo, W, Sg
Gruppe 7 Mangangruppe Mn, Tc, Re, Bh
Gruppe 8 Eisengruppe Fe, Ru, Os, Hs
Gruppe 9 Kobaltgruppe Co, Rh, Ir, Mt
Gruppe 10 Nickelgruppe Ni, Pd, Pt, Ds
Gruppe 11 Kupfergruppe Cu, Ag, Au, Rg
Gruppe 12 Zinkgruppe Zn, Cd, Hg, Cn
Gruppe 13 Borgruppe B, Al, Ga, In, Tl, Uut
Gruppe 14 Kohlenstoffgruppe C, Si, Ge, Z, Sn, Pb, Fl
Gruppe 15 Stickstoffgruppe N, P, As, Sb, Bi, Uup
Gruppe 16 Chalkogene O, S, Se, Te, Po, Lv
Gruppe 17 Halogene F, Cl, Br, I, At, Uus
Gruppe 18 Edelgase He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Uuo
Weitere verwendete Bezeichnungen:
- Lanthanoide: Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er,
Z 58 - 71 Tm, Yb, Lu
- Actinoide: Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm,
Z 90- 103 Md, No, Lr
- Seltenerdmetalle: Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb,
Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu
Lanthanoide und Actinoide, f-Block Elemente, sind die Elemente bei
denen die f-Orbitale bis maximal 14 Elektronen aufgefüllt sind. Alle
12
Elemente dieser Gruppe sind Metalle. Die Endung: -οειδής (-oeidis)
bedeutet ähnlich; Lanthan- bez. Actinium-ähnlich.
- Transurane: Elemente Z > 92
- Transfermium Elemente: Elemente Z > 100 - Transactinoide: Elemente 104 ≤ Z ≤ 118 - Superactinoide: Elemente 118 < Z ≤ 154
Eisengruppe
Gruppe der leichte Platinmetalle
Platinmetalle schwere Platinmetalle
↓ ↓ ↓ Osmium- Iridium- Platin-
gruppe gruppe gruppe
Benennung namenloser Elemente Nach den Regeln der IUPAC erhalten die Elemente ab Protonenzahl
112, bis zur endgültigen Namensgebung einen einheitlichen, künstli-
chen Namen. Dieser wird durch Zusammenfügen spezieller, von der
Protonenzahl abgeleiteter Silben und Anhängen der Endung „ium“
gebildet. Dabei werden folgende Silben verwendet:
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
nil un bi tri quad pent hex sept oct enn
Beispiel: Ordnungszahl: 1 1 6
Name: Un un hex + ium
Symbol: U u h
Darstellung der Elemente und Isotope/Nuklide
Chemische Elemente
Relative Atommasse
z.B.:
Protonenzahl
(Ordnungszahl)
Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt
Ar Symbol Z
24,3050
Mg 12
13
Isotope/Nuklide
Nukleonenzahl z.B.: 23894Pu oder
(Massenzahl)
Protonenzahl Pu 238
Die elektrochemische Spannungsreihe der Metalle Li, Cs, K, Ca, Na, Mg, Be, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb,
Unedle Metalle; chemisch aktiv; E0 < 0
H E0 = 0 Cu, Ag, Hg, Pd, Pt, Au
Edle Metalle; chemisch passiv; E0 > 0
Jedes Metall verdrängt die in der Spannungsreihe rechts von ihm
stehenden Metalle aus ihren Lösungen.
Der radioaktive Zerfall von Nukliden
Zerfallsart Zerfallsgleichung
Zerfall (Z, A) [(Z2), (A4)] + (42He)
Zerfall (Z, A) [(Z+1), (A)] + (e)
Zerfall (Z, A) [(Z1), (A)] + (e+)
Elektronen-Einfang EC (Z, A) [(Z1), (A)] e
Neutronen-Zerfall n (Z, A) [(Z), (A1)] + 10n
Protonen-Zerfall p (Z, A) [(Z1), (A1)] + p (11H)
Spontan-Spaltung sf (Z, A) [(Z1, A1) + (Z2, A2)]
A Symbol Z
14
Die gesetzlichen SI-Basiseinheiten
Die kinetische Energie der Neutronen
Das griechische Alphabet
alpha
beta
gamma
delta
epsilon
zeta
eta
theta jota
kappa lambda
my
ny
xi
omikron
pi
rho
sigma
tau
ypsilon
phi
chi
psi
omega
Physik. Größe / Formelzeichen
SI- Basiseinheit Symbol
Länge l 1 Meter 1 m
Masse m 1 Kilogramm 1 kg
Zeit t 1 Sekunde 1 s
Temperatur T, 1 Kelvin 1 K
Stromstärke I 1 Ampere 1 A
Lichtstärke Iv 1 Candela 1 cd
Stoffmenge n 1 Mol 1 mol
Neutronen/Typ Ekin v (m.s-1)
ultrakalte < 0,02 meV < 44
kalte 0,02 meV - 5 meV 0 0C < 2. 103
thermische 5 meV - 0,5 eV < 7. 103
epithermische 0,5 eV - 1 keV 74600C < 4,4 .105
mittelschnelle 1 keV - 100 keV < 4,4 .106
schnelle 100keV- 50 MeV < 70 . 107
relativistische > 50 MeV > 70 . 107
15
Verwendete Abkürzungen
ANL ›Argonne National Laboratory‹, Chikago
DIN ›Deutsches Institut für Normung e.V.‹
(Deutsche Industrie-Norm)
FLNR ›Flerov Laboratory of Nuclear Reactions‹, Dubna
GSI ›Gesellschaft für Schwerionenforschung‹,
Darmstadt, seit 7. Oktober 2008 ›GSI,
Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung‹
HFIR ›High Flux Isotope Reaktor‹
HILAC ›Heavy Ion Linear Accelerator‹
IUPAC ›International Union of Pure and Applied
Chemistry‹
IUPAP ›International Union of Pure and Applied
Physics‹
JINR ›Joint Institute for Nuclear Research‹, Dubna
LASL ›Los Alamos Scientific Laboratory‹, Santa Fe
LBL ›Lawrence Berkeley Laboratory‹, Berkeley
LLNL ›Lawrence Livermore National Laboratory‹,
Livermore, USA
ML › Metallurgical Laboratory‹, in Chikago, USA
PSI ›Paul Scherrer Institut‹, Villigen, Schweiz
RIKEN Japanisches Forschungsinstitut, Wako bei Tokio
RLB ›Radiation Laboratory Berkeley‹, in Berkeley
SHIP ›Separator for Heavy Ion Reactions Products‹
SI-System ›Systèm International d` Unités‹
SU ›Sowjet Union‹
TASCA ›Trans Actinide Separator and Chemistry
Apparatus‹ bei GSI
UNILAC ›Universal Linear Accelerator‹ bei GSI
16
Protonenzahl Z = 89
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 227,027750
Actinium wurde im Jahre 1899 von dem französischen Chemi-
ker André Louis Debierne in Paris, Frankreich, in Pechblende-
Rückständen nachgewiesen. Unabhängig entdeckte Otto F. Giesel
1902 das Element. 1950 erhielt F. Hagemann am ANL, Chikago,
Actinium durch Neutronenbeschuss von Radium im Kernreak-
tor.
Griechisch: aktina) = Strahl.
Atomare Eigenschaften:
Metallatomradius (berechnet) 188 pm
Kovalenzradius 215 pm
Ionenradien Ac3+ 118 pm
Elektronegativität A: 1,0; P: 1,10
Elektronenaffinität Ac Ac
Ionisierungsenergie (1; 2) 5,171 eV, 12,126 eV
Elektronenkonfiguration [Rn] 6d1 7s2
Physikalische Eigenschaften: Metall
Dichte (bei 20 0C) * 10070 kg.m3
Schmelztemperatur s 1055 0C; 1328 K
Siedetemperatur v * 3300 0C; 3573 K
Spezifische Schmelzwärme q 62,5 kJ.kg-1
Spezifische Wärmekapazität c 0,12 kJ.kg-1.K-1
Thermische Leitfähigkeit 12 W.m1.K1
Thermischer Längen-Koeff. 15.106 K1
Spez. elektrischer Widerstand
Schallgeschwindigkeit cs (20 0C) 1300 m.s–1
Normalpotential E0 Ac / Ac3+ 2,13 V
* geschätzte Werte
Actinium (englisch actinium) Ac
17
Das Element kommt in der Natur nur in geringen Spuren in
einigen Uranerzen als Zerfallsprodukt des Urans vor. Das Metall
erhält man durch Reduktion von AcF3 mit Li-Dampf bei 1200 ⁰C.
Z
92 U
91 Pa
↑
90 Th Th
↑
89 Ac
88 Ra
↑
87 Fr
N 223 225 227 229 231 233 235
Entstehung und Zerfall des Isotops Ac 227
Das wichtigste Isotop Ac 227(;21,77a) erhält man in Kern-
reaktoren durch Bestrahlung von Ra 226 mit Neutronen gemäß:
– –
22688Ra + 10n 227
88Ra 22789Ac
Actinium ist ein silberweißes, weiches, stark radioaktives
Schwermetall, das im Dunkeln bläulich leuchtet. Es ist 150-mal
aktiver als Radium.
Es gehört im PSE zur 3. IUPAC‒Gruppe, f-Block, Scandium-
gruppe, 7. Periode. Es ist ein sehr unedles, reaktionsfähiges Über-
gangsmetall. Es reagiert mit Wasser unter H2-Entwicklung. In
Verbindungen bildet es die Oxidationsstufe AcIII wie z.B. AcX3
(X = F, Cl, Br, I), Ac2O3, Ac(OH)3 u.a.
Vom Actinium sind 29 radioaktive Isotope Ac 206 bis Ac 234
und 5 Kernisomere bekannt. Alle haben kurze Halbwertszeiten.
Das Element dient als Strahlenquelle zur Erzeugung von
Neutronen gemäß der Kernreaktion 22789AcBe(, n) sowie
für Forschungszwecke.
Actinium hat keine biologische Bedeutung für den mensch-
lichen Organismus. Es ist toxisch und kanzerogen.
18
3
Protonenzahl Z = 13
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 26,981539
Aluminium wurde 1825 von dem dänischen Physiker Hans
Christian Øersted, in Kopenhagen, Dänemark, bei der Zerlegung
der Alaunerde entdeckt und in unreiner Form isoliert. 1827 er-
hielt Friedrich Wöhler reines Aluminium durch Reduktion von
AlCl3 mit Kalium.
Lateinisch: alumen = Alaun.
Atomare Eigenschaften:
Metallatomradius 126 pm
Kovalenzradius 120 pm
Van-der-Waals-Radius 185 pm
Ionenradien Al3+ 51pm
Elektronegativität A: 1,47; P: 1,61; a: 3,2 eV
Elektronenaffinität Al Al 0,456 eV
Ionisierungsenergie (1; 2) 5,986 eV; 18.828 eV
Elektronenkonfiguration [Ne] 3s2 3p1
Physikalische Eigenschaften: Metall
Dichte (bei 20 0C) 2707 kg.m3
Härte (Mohs) 2,75
Schmelztemperatur s 660 0C; 933 K
Siedetemperatur v 2467 0C; 2740 K
Spezifische Schmelzwärme q 397 kJ.kg1
Spezifische Wärmekapazität c 0,897 kJ.kg-1.K-1
Thermische Leitfähigkeit 237 W.m1.K1
Thermischer Längen-Koeff. 23.106 K1
Spez. elektrischer Widerstand 2,66 .10–8 .m
Schallgeschwindigkeit cs (20 0C) 6450 m.s-1
Elektrochem. Äquivalent Ä Al3+ 0,093.106. A1.s1
Normalpotential E0 Al / Al3+ 1,67 V
Aluminium (englisch aluminium/aluminum) Al
19
Aluminium ist das häufigste Metall und dritthäufigstes Ele-
ment auf der Erde. Es kommt nur in Form oxidischer Verbin-
dungen als Bauxit in Feldspaten, Glimmer, u.a. vor. Das Metall
erhält man aus Bauxit durch Schmelzflusselektrolyse von Ton-
erde Al2O3 im Gemisch mit Kryolith bei 950 0C gemäß der Ge-
samtreaktion:
Al2O3 + 3 C 2 Al + 3 CO
Es ist ein silbrig-weißes, relativ weiches, duktiles, paramag-
netisches Leichtmetall, das durch Zusätze wie Cu oder Mg fest
und hart wird. Unterhalb 1,175 K, besteht Supraleitfähigkeit.
Aluminium gehört im PSE zur 13. IUPAC‒Gruppe, p-Block,
Borgruppe 3. Periode. Es ist ein sehr unedles Metall, das an der
Luft passiviert wird. Passivierung kann man auch nach dem
›Eloxal‹ (Elektrisch Oxidiertes Aluminium) Verfahren erhalten.
Reines Aluminium zeigt große Affinität zu Sauerstoff, es brennt
in der Luft, in CO und CO2 sowie im Beisein einiger Metalloxide
mit greller Flamme. In Verbindungen bildet es die Oxidations-
stufe AlIII, wie z.B.: Al2O3, Al(OH)3, Al2(SO4)3, AlX3 (X= F, Cl,
Br), AlH3, u.a. Kovalente Bindungen sind: AlAl, AlH, AlCl,
AlO, Al-C u.a.
Es ist ein anisotopes Element, das einzige natürliche Isotop ist
Al 27, weitere 19 künstliche, radioaktive Isotope Al 22 bis Al 41
und zwei Kernisomere sind bekannt. Sie haben alle kurze Halb-
wertszeiten. Das langlebigste Isotop Al 26 (, EC,; 7,2.105 a) er-
hält man durch Beschuss von Mg 25 mit 11H oder 21H gemäß:
2512Mg + 21H 26
13Al + 10n
Aluminium dient zur Herstellung von Alu-Folien, Haushalts-
waren, in der Technik als Profile, Rohre, Blech, Konstruktions-
material in der Bauindustrie, Maschinenbau, Luftfahrt, Fahr-
zeugbau, von Sprengstoffen und Raketentreibstoffen und zahl-
reicher Legierungen u.a.
Das Metall ist in geringen Mengen im Trinkwasser und ver-
schiedenen Lebensmitteln enthalten. Es hat keine biologische
Bedeutung für den Menschen, spielt aber evtl. eine Rolle bei der
Alzheimerschen Krankheit.
20
Protonenzahl Z = 95
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 243,061375
Americium wurde im Jahre 1944/45 von Glenn T. Seaborg und
Kollegen am ML in Chikago, USA entdeckt. Es entstand im
Kernreaktor durch 10 n-Einfang und anschließendem Zerfall:
23994Pu + 2 10n 241
95Am +
Im gleichen Jahr erhielten Seaborg und Kollegen das gleiche
Isotop beim Beschuss von Uran mit Helium-Kernen am 60-Zoll-
Zyklotron in Berkeley gemäß der Kernreaktion: 238
92U + 42He 24194 Pu (+1
0n) 24195Am + ß‒
Englisch: America (USA)
Atomare Eigenschaften:
Metallatomradius 184 pm
Van-der-Waals-Radius 228,5 pm
Ionenradien Am3+ 107 pm; Am4+ 92 pm
Elektronegativität A: 1,20; P: 1,30
Ionisierungsenergie ** 5,9925 eV
Elektronenkonfiguration [Rn] 5f7 7s2
Physikalische Eigenschaften: Metall
Dichte (bei 20 0C) * 13.671 kg.m3
Schmelztemperatur s ** 1174 0C ; 1447 K
Siedetemperatur v 2605 0C ; 2878 K
Spezifische Schmelzwärme q 59,5 kJ.kg1
Thermische Leitfähigkeit * 10,0 W.m1.K1
Spez. elektrischer Widerstand 68,1.10–8 .m
Normalpotential E0 Am / Am3+ – 2,32 V
* geschätzte Werte; ** extrapolierte Werte
Americium (englisch americium) Am
21
Americium kommt in der Natur nicht vor, es fällt als Neben-
produkt in den Brennelementen von Kernreaktoren an, wo es
durch mehrfachen Neutroneneinfang und Zerfall entsteht.
Die Abtrennung erfolgt durch Ionenaustauscher oder Lösungs-
mittelextraktion. Das Metall erhält man durch Reduktion von
AmF3 mit Barium bei ca. 11000 C oder durch Reduktion von
AmO4 mit Lanthan bei 12000 C und anschließender fraktionier-
ter Destillation. Das Element ist heute in Kilogramm-Mengen
verfügbar.
Es ist ein silberweißes, geschmeidiges, duktiles, paramagneti-
sches, radioaktives Schwermetall, das an der Luft schnell an-
läuft.
Americium gehört zur Gruppe der Actinoide, und befindet sich
im PSE im f-Block, 7. Periode. Es ist ein stark elektropositives
und sehr unedles Übergangsmetall. Es wird von Luft, Dampf
und Säuren angegriffen, jedoch nicht von Alkalien. In Verbin-
dungen bildet es mehrere Oxidationsstufen, wie: AmII, AmIII,
AmIV z.B.: AmO, Am2O3, AmO2, AmX2;3 (X= F,Cl,Br,I),
AmO2(OH)1;2 , AmF4, AmO2, (SO4)3 u.a.
Bekannt sind 17 Isotope des Americiums Am 232 bis Am 248
sowie 13 Kernisomere, sie sind alle radioaktiv und haben allge-
mein kurze Halbwertszeiten. Das Isotop Am 241 entsteht in
Kenreaktoren durch zweifachen Neutroneneinfang von Pu 239,
Am 242 und Am 241m durch Neutroneneinfang von Am 241.
Am 241 (; 432,2 a); Am 242m2 (; 141 a) und Am 244m1 (;
7370 a) sind spaltbar, die kritische Masse für Am 242m liegt
zwischen 9-18 kg (reflektiert 3-6 kg), für die anderen beiden bei
50-210 kg.
Einige Am-Isotope dienen zur Herstellung höherer Trans-
urane wie Cm, Bk, Es, Md, Db u.a. Wie z.B.:
24195Am + 10n 242
95Am 24296Cm +
Das Isotop Am 241 wird auch als radioaktiver Indikator in der
Medizin, Am 243 wird für NMR eingesetzt, Am 242m2 könnte
sich für Kernwaffen eignen.
Americium hat keine Bedeutung für den menschlichen Orga-
nismus, es ist aber wegen seiner Radioaktivität toxisch und
kanzerogen.
22
Protonenzahl Z = 51
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 121,757
Antimon war bereits in der Antike bekannt, wurde aber oft mit
Blei verwechselt. Erstmals wurde das Element im 17. Jh. von
Paracelsus beschrieben.
Griechisch: ζ (anti + monos = nicht allein.
Das Elementsymbol Sb vom lateinischen: Stibium.
Atomare Eigenschaften:
Atomradius 182 pm
Kovalenzradius 141 pm
Van-der-Waals-Radius 220 pm
Ionenradien Sb3+ 89 pm; Sb5+ 62 pm
Elektronegativität A: 1,82; P: 2,05; a: 4,8 eV
Elektronenaffinität Sb Sb 1,05 eV
Ionisierungsenergie 8,6406 eV, 16,753 eV
Elektronenkonfiguration [Kr] 4d10 5s2 5p3
Physikalische Eigenschaften: Halbmetall
Dichte (bei 20 0C) 6684 kg.m3
Härte (Mohs) 3 - 3,5
Schmelztemperatur s 631 0C; 904 K
Siedetemperatur v 1635 0C ; 1908 K
Spezifische Schmelzwärme q 172 kJ.kg1
Spezifische Wärmekapazität c 0,207 kJ.kg1.K1
Thermische Leitfähigkeit 24,3 W.m1.K1
Thermischer Längen-Koeff. 11.106 K1
Spez. elektrischer Widerstand 39 .108 .m
Schallgeschwindigkeit cs (20 0C) 3320 m.s1
Elektroch. Äquivalent Ä Sb3+ 0,42.106 kg.A1.s1
Normalpotential E0 Sb / SbO+ 0,212 V
Antimon (englisch antimony) Sb
23
Antimon ist ein relativ seltenes Element auf der Erde. Es
kommt hauptsächlich in Form von Oxiden oder Schwefelver-
bindungen vor, wie z.B.: Antimonit Sb2S3, Pyrargyrit Ag2SbS3.
Die Herstellung erfolgt meist durch Rösten von Sb2S3 in Dreh-
öfen und anschließender Reduktion von Sb2O4 mit Koks.
Sb2O4 + 4 C 2 Sb + 4 CO
Es kommt in drei Modifikationen vor: ›graues‹ oder ›metalli-
sches‹ Antimon (Form) ein zinnweißes, hellglänzendes, sehr
sprödes, diamagnetisches Schwermetall. Es dehnt sich beim
Erstarren aus dem flüssigen Zustand aus. ›Schwarzes‹ Antimon
ist eine amorphe, ›glasartiges‹ Antimon eine amorphe und ex-
plosive Substanz. Unterhalb 2,7 K besteht Supraleitfähigkeit.
Antimon gehört im PSE zur 15. IUPAC‒Gruppe, p-Block, Stick-
stoffgruppe, 5. Periode. Es ist schwach elektropositiv, wobei der
metallische Charakter überwiegt. An Luft und im Wasser ist es
beständig und wird von verdünnten Säuren und von Alkalien
nicht angegriffen. In Verbindungen bildet es mehrere Oxidati-
onsstufen SbIII, SbIII, SbV, z:B.: SbH3, SbCl3, Sb2O3, SbF5,
SbCl5, Sb4O10 u.a. Es bildet auch kovalente Bindungen SbSb,
SbH, Sb–O, Sb–Cl, SbC, SbN, Sb=N u.a.
Flammenfärbung: bläulich-weiß.
Natürliches Antimon besteht aus zwei stabilen Isotopen Sb
121 und Sb 123. Weitere 35 künstliche, radioaktive Isotope Sb 103
bis Sb 139 und 21 Kernisomere sind bekannt. Das Isotop Sb 125
(; 2,76a) entsteht in Kernreaktoren durch Neutronenbestrah-
lung von Zinn gemäß der Reaktion:
12450Sn (n, ) 125
51Sb
Das Halbmetall wird hauptsächlich als Legierungsbestandteil
zur Erhöhung der Härte weicher Metalle wie Blei, Kupfer u.a.
für Akkumulatoren und Halbleitern sowie zur Herstellung von
Pigmenten verwendet.
Antimon hat keine biologische Bedeutung für den Menschen.
Das Halbmetall und seine Verbindungen sind äußerst toxisch.
24
Protonenzahl Z = 18
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 39,948
Argon wurde 1894 als erstes Edelgas von den britischen Ge-
lehrten Sir William Ramsay und Lord John W. Rayleigh als Be-
standteil der atmosphärischen Luft in London, GB, entdeckt.
Angesichts seiner Reaktionsträgheit wurde es Argon genannt.
Griechisch: (aergos) = träge bzw. untätig.
Atomare Eigenschaften:
Atomradius 175 pm
Kovalenter Radius 110 pm
Van-der-Waals-Radius 191 pm
Ionenradien Ar+ 154 pm
Elektronegativität A: 3,5; a: 7,70 eV
Elektronenaffinität Ar Ar 0,362 eV
Ionisierungsenergie 15.759 eV; 27,629 eV
Elektronenkonfiguration [Ne] 3s2 3p6
Physikalische Eigenschaften: Nichtmetall / Gas
Dichte (gasf. bei 273 K) 1,783 kg.m3
Schmelztemperatur s 189 0C; 84 K
Siedetemperatur v 186 0C; 87 K
Temperatur am Tripelpunkt Tt 189,34 0C; 83,8 K
Kritische Temperatur Tc 122 0C; 151 K
Kritischer Druck pc 4,87 MPa
Spezifische Wärmekapazität c 0,31 kJ.kg1.K1
Thermische Leitfähigkeit 0,017 W.m1.K1
Schallgeschwindigkeit cs (0 0C) 319 m.s1
Löslichkeit in Wasser ( 200C) 0,06 g / Liter
* berechnet
Argon (englisch argon) Ar
25
Argon ist ein seltenes Element, es ist mit einem Volumenanteil
von 0,93 % in der Atmosphäre enthalten und ist damit das häu-
figste Edelgas auf der Erde. In der Atmosphäre ist es der dritt-
häufigste Bestandteil. Ebenso kommt Argon in der Erdkruste
vor, wo es durch Kaliumzerfall entsteht. In der Natur kommt es
nur elementar vor. Großtechnisch wird das es durch fraktionier-
te Destillation aus verflüssigter Luft gewonnen.
Es ist ein farb-, geruch- und geschmackloses einatomiges Gas,
das eine ausgeprägte Tendenz zur Bildung von ›Einschlussver-
bindungen‹, sog. ›Clathraten‹ zeigt, wie z.B.: Ar8(H2O)46.
Argon gehört im PSE zur 18. IUPAC‒Gruppe, p-Block. Edelga-
se, 3. Periode. Es besitzt eine abgeschlossene äußere Elektronen-
schale (M-Schale) mit 8 Elektronen 3s2 3p6 [Ar] woraus sich
seine chemische Trägheit erklärt. Von Argon sind keine chemi-
schen Verbindungen bekannt. Bis heute wurden nur einige mo-
lekulare Ionen wie z.B.: ArH+, ArCH3+, ArCO+ u.a. nachgewie-
sen.
Natürliches Argon setzt sich aus drei stabilen Isotopen zu-
sammen Ar 36, Ar 38, Ar 40 (90 %). Weitere 20 radioaktive,
künstliche Isotope sind bekannt Ar 30 bis Ar 53. Sie haben mit
zwei Ausnahmen Ar 39 und Ar 42 kurze Halbwertszeiten von
einige Sekunden, bis Tagen.
Luftargon entsteht weitgehend durch Elektronen-Einfang oder
Positronen-Zerfall des Isotops K 40.
40
19K + 01e 4018Ar
4019K 0+1e 40
18Ar
Argon wird mit Stickstoff als Füllgas für Glühlampen sowie
als Schutzgas beim Schweißen von Aluminiumlegierungen und
Stahllegierungen verwendet. Ar 40 dient zur Altersbestimmung
von Gesteinen ›Kalium-Argon-Methode‹
Das Element hat keine biologische Bedeutung für den mensch-
lichen Organismus, es ist nicht toxisch, kann aber erstickend
wirken. Bei höheren Drücken über 25 bar wirkt es narkotisie-
rend.
26
Protonenzahl Z = 33
Relative Atommasse (12C=12,000) Ar = 74,92159
Arsenverbindungen wurden bereits in der Antike verwendet.
Die Arsenherstellung wurde erstmals um 1250 von Albertus
Magnus beschrieben, er gilt als Entdecker des Elements. Im 16.
Jh. verwendete Paracelsus Arsenverbindungen als Heilmittel.
Griechisch: (arsenikos)= kühn, männlich.
Atomare Eigenschaften: (Arsen)
Atomradius 125 pm
Kovalenzradius 121 pm
Van-der-Waals-Radius 200 pm
Ionenradien As3+ 58 pm; As5+ 46 pm
Elektronegativität A: 2,2; P: 2,18; a: 5,3 eV
Elektronenaffinität As As 0,65 eV
Ionisierungsenergie 9,8148 eV, 18.635 eV
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d10 4s2 4p3
Physikalische Eigenschaften: Halbmetall
Dichte (bei 20 0C) () 5728 kg.m3
Härte (Mohs) 3,0 4,0
Schmelztemperatur s 817 0C; 1090 K
Siedetemperatur v (subl.) 613 0C; 886 K
Spezifische Schmelzwärme q 370 kJ.kg1
Spezifische Wärmekapazität c 0,33 kJ .kg1. K1
Thermische Leitfähigkeit 50 W.m1.K1
Thermischer Längen-Koeff. 4,7.106 K1
Spez. elektrischer Widerstand 33,6.108 .m
Schallgeschwindigkeit cs (20 0C)
Normalpotential E0 As / HAsO2 0,248 V
Arsen (englisch arsenic) As
27
Arsen gehört zu den selteneren Elementen auf der Erde. Es
kommt nur in Verbindungen vor, wie z.B.: Realgar As4S4, Arse-
nik As2O3, Arsenkies FeAsS, Arsenkalkies FeAs2. Die Her-
stellung erfolgt hauptsächlich durch Erhitzen von FeAsS oder
FeAs2 unter Luftabschluss bei ca. 700 0C.
700 0C kühlen
FeAsS → FeS + As (g) → As (f)
Es tritt in mehreren Modifikationen auf:
Graues Arsen oder metallisches Arsen (Form) ist ein stahl-
graues, metallisch glänzendes, diamagnetisches Halbmetall, das
an der Luft schwarz wird. Gelbes Arsen (Form) ist eine meta-
stabile Form, schwarzes Arsen, amorphes Arsen (, , Formen).
Arsen gehört im PSE zur 15. IUPAC‒Gruppe, Stickstoffgruppe,
p-Block, 4. Periode. Es wird von Wasser, nichtoxidierenden
Säuren und Laugen nicht angegriffen, verbrennt in Sauerstoff,
Chlor u.a. In Verbindungen bildet es die Oxidationsstufen As–III, AsIII und AsV wie z.B.. AsH3, As2O3, H3AsO3, AsF3, AsF3,
AsCl5, H3AsO4, NaAsO3 u.a. Es geht aber auch kovalente Bin-
dungen ein, wie AsAs, AsH, AsO, AsC, AsF, AsCl,
AsCl u.a.
Flammenfärbung: fahlblau
Es ist ein anisotopes Element, es findet sich in der Natur in nur
Form des stabilen Isotops As 75. Weitere 28 künstliche radio-
aktive Isotope As 64 bis As 92 sowie drei Kernisomere sind be-
kannt.
Arsen dient hauptsächlich als Legierungsbestandteil für Blei-
und Kupferlegierungen, für Halbleiter u.a. Arsenverbindungen
verwendet man zur Herstellung von Pestiziden, Holzschutz-
mitteln, Rattengift u.a. Die Isotope As 73 und As 74 entstehen
durch Beschuss von Germanium mit Deuteronen, das Isotop As
76 entsteht durch Neutronenbeschuss im Kernreaktor. Alle drei
Isotope werden als radioaktive Tracer verwendet.
Die biologische Bedeutung des Arsens für den menschlichen
Organismus ist unklar. Arsen gilt als nicht giftig, es wirkt stimu-
lierend und kanzerogen. Es oxidiert jedoch an der Luft und bil-
det starke Gifte wie z.B.: Arsenik As2O3 u.a.