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Haupt und Nebengruppen im Periodensystem

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Chemie

Alle Materie besteht aus Atomen. Dabei sind die chemischen Elemente im Periodensystem natürlich vorkommende, aber auch künstlich hergestellte Atomarten. Sie unterscheiden sich in der Anzahl der Protonen im Atomkern. Alles, was du um dich herum siehst und auch nicht sehen kannst, besteht aus diesen chemischen Elementen. Das Verständnis des Aufbaus des Periodensystems ist daher wichtig, denn in diesem sieht man, welche Elemente sich ähneln und auch ihr Reaktionsverhalten kann man damit herleiten.

Haupt und Nebengruppen im Periodensystem – Aufbau

Haupt- und Nebengruppen Periodensystem Aufbau StudySmarterAbbildung 1: Das Periodensystem der Elemente, Quelle: pixabay.com

Im Periodensystem der Elemente sind die chemischen Elemente nach aufsteigender Ordnungszahl (Kernladung) von links oben nach rechts unten in Perioden geordnet. Gleichzeitig stehen die Elemente mit ähnlichen Eigenschaften sowie der gleichen Anzahl an Valenzelektronen in einer Spalte. Diese Spalten sind die Elementgruppen, die in Hauptgruppen und Nebengruppen eingeteilt sind. Außerdem können die Elemente in Elementgruppen nach ihrer Elektronenkonfiguration eingeteilt werden. Dabei gibt es vier Gruppen: die s-Block-, p-Block-, d-Block- und f-Block-Elemente.

Die Hauptgruppen

Im Periodensystem gibt es acht Hauptgruppen. Diese Hauptgruppen fassen Elemente in einer Stoffgruppe zusammen. Innerhalb einer Hauptgruppe haben die Elemente die gleiche Anzahl an Außenelektronen. Diese bestimmen die Reaktivität des Elements.

Die erste Hauptgruppe – Die Alkalimetalle

Die erste Hauptgruppe bilden die Alkalimetalle und das Element Wasserstoff. Die Alkalimetalle sind Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Caesium sowie Francium. Es sind sehr reaktionsfreudige Elemente. Daher kommen sie in der Natur immer nur in Verbindungen vor. Zudem haben die Elemente dieser Hauptgruppe eine geringe Schmelztemperatur. Sie brennen mit einer charakteristischen Flammenfärbung, was auch als Nachweisreaktion eingesetzt wird. Alkalimetalle und Wasserstoff haben die gleiche Anzahl an Valenzelektronen und besitzen als Elemente der ersten Hauptgruppe ein Außenelektron.

Die zweite Hauptgruppe – Die Erdalkalimetalle

Bei der zweiten Hauptgruppe handelt es sich um die Erdalkalimetalle. Diese sind in ihren Eigenschaften den Alkalimetallen ähnlich. Die Elemente dieser Hauptgruppe sind Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Als Elemente der zweiten Hauptgruppe haben diese zwei Außenelektronen.

Bei den Erdalkalimetallen gibt es eine Besonderheit: Das Element Radium ist radioaktiv. Das heißt, es besitzt einen instabilen Atomkern, der unter Abgabe schädlicher ionisierender Strahlung spontan zerfallen kann.

Dass diese Strahlung schädlich ist, war lange Zeit nicht klar. So wurde mit Radium versetztes Wasser unter dem Namen Radithor noch bis 1931 als Medizin verkauft.

Die dritte Hauptgruppe – Die Triele

Die dritte Hauptgruppe ist die Borgruppe, welche auch Triele genannt wird. Diese Hauptgruppe umfasst die Elemente Bor, Aluminium, Gallium, Indium und Thallium. Auch gehört das künstlich hergestellte radioaktive Element Nihonium mit der Ordnungszahl 113 zu dieser Hauptgruppe. Die Elemente, außer Bor, sind die sogenannten Erdmetalle, während Bor ein Halbmetall ist. In ihren Eigenschaften sind die Erdmetalle den Erdalkalimetallen ähnlich. Diese Elemente besitzen drei Außenelektronen.

Die vierte Hauptgruppe – Die Kohlenstoffgruppe

Die Kohlenstoffgruppe ist die vierte Hauptgruppe im Periodensystem. Zu dieser Hauptgruppe gehören die Elemente Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei. Auch die vierte Hauptgruppe hat ein künstlich erzeugtes radioaktives Element: Flerovium, mit der Ordnungszahl 114. Als Elemente der vierten Hauptgruppe besitzen sie vier Außenelektronen, so ist es für sie egal, ob sie Elektronen abgeben oder aufnehmen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen.

Das Besondere an dieser Hauptgruppe ist die Fähigkeit, Ketten auszubilden. Kohlenstoff ist ein Nichtmetall, Silicium und Germanium sind Halbmetalle, während die letzten drei Elemente zu den Metallen gehören. Damit haben die Elemente dieser Hauptgruppe auch unterschiedliche Eigenschaften.

Die Ketten des Kohlenstoffs werden auch als Kohlenwasserstoffe bezeichnet. Sie bilden die Grundlage der Organischen Chemie. Du willst mehr darüber wissen? Dann flitze mal rüber zu den StudySmarter Originals zu diesen Themen.

Die fünfte Hauptgruppe – Die Stickstoffgruppe

Zur Stickstoffgruppe – der fünften Hauptgruppe im Periodensystem – gehören Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon, Bismut sowie das künstliche, radioaktive Element Moscovium. Stickstoff und Phosphor sind Nichtmetalle, Arsen und Antimon Halbemallte, während Bismut und Moscovium zu den Metallen gehören. Die Elemente der fünften Hauptgruppe besitzen fünf Valenzelektronen.

Die sechste Hauptgruppe – Die Chalkogene

Die sechste Hauptgruppe sind die Chalkogene, zu welchen Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Polonium, aber auch das künstliche, radioaktive Element Livermorium gehören. Die Elemente der sechsten Hauptgruppe besitzen sechs Außenelektronen und nehmen bei Reaktionen zwei weitere auf, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Auch in dieser Hauptgruppe sind Nichtmetalle, Halbmetalle, sowie Metalle vertreten. In der Natur kommen diese Elemente meist als Erze und Minerale oder, wie Sauerstoff und Schwefel, auch elementar vor.

Bereits der Name Chalkogene gibt dir einen Hinweis auf das Vorkommen der Elemente dieser Hauptgruppe. Der Begriff leitet sich aus den altgriechischen Wörtern chalkós für "Erz" oder "Metall" and gennáo für "erzeugen" ab. Somit heißt Chalkogen nichts anderes als "Erzbildner".

Die siebte Hauptgruppe – Die Halogene

Bei der siebten Hauptgruppe handelt es sich um die Halogene Fluor, Chlor, Brom, Iod, Astat und das künstliche, radioaktive Tenness. Zum Erreichen der Edelgaskonfiguration benötigen die Elemente der siebten Hauptgruppe nur ein Elektron, da sie bereits sieben Außenelektronen besitzen. Sie sind sehr reaktionsfreudig und kommen in der Natur nur gebunden vor. Halogene sind gesundheitsschädlich bis giftig. Daher sollte man im Umgang mit ihnen vorsichtig sein.

Zwar sind die Reinformen der Halogene giftig, einige ihrer Verbindungen jedoch nicht. Im Gegenteil: das Salz Natriumchlorid, das du wahrscheinlich als Kochsalz kennst, peppt nicht nur langweilige Speisen auf, es ist auch wichtig für unseren Körper.

Auch hier findest du in der Sammelbezeichnung der Elemente der siebten Hauptgruppe bereits eine ihrer Eigenschaften: Der Begriff Halogen steht für "Salzbildner" (von altgriechisch háls für "Salz").

Die achte Hauptgruppe – Die Edelgase

Die Elemente der achten Hauptgruppe sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Diese sind die sogenannten Edelgase. Zusätzlich gehört hier das künstliche, radioaktive Element Oganesson dazu, über dessen Edelgascharakter nichts bekannt ist. Die Elemente der achten Hauptgruppe besitzen eine volle Außenschale mit acht Außenelektronen. Deshalb sind sie sehr stabil und chemisch inert. Das heißt, sie reagieren kaum. In der Natur kommen sie somit nur elementar vor.

Die Nebengruppen

Neben den acht Hauptgruppen gibt es im Periodensystem zehn Nebengruppen. Die Elemente der Nebengruppen sind die Übergangsmetalle. Im Gegensatz zu den Elementen der Hauptgruppen, bestimmen bei den Elementen der Nebengruppen nicht die Valenzelektronen die chemischen Eigenschaften, sondern meist die Elektronen in der darunterliegenden Schale. Denn diese Elemente besitzen ein oder zwei Außenelektronen, wodurch sich die Elemente der Nebengruppen chemisch sehr ähnlich sind. Das unterscheidet sie von den Elementen der Hauptgruppen.

Haupt und Nebengruppen Orbitalblöcke PSE StudySmarterAbbildung 2: Die Orbitalblöcke Quelle: wikipedia.org

Die d-Block-Elemente

Die Nebengruppen sind die äußeren Übergangsmetalle bzw. die d-Block-Elemente. Bei den d-Block-Elementen kommt mit steigender Periode je ein Elektron zum Element hinzu. So werden die d-Orbitale mit 1–10 Elektronen aufgefüllt. Das Energieniveau des d-Orbitals liegt dem der Valenzschale sehr nah. Deshalb werden bei Elementen der Nebengruppen Elektronen aus diesen d-Orbitalen auch abgegeben oder für Verbindungen genutzt. Eine Ausnahme ist dabei die Nebengruppe II. Die Elemente dieser Nebengruppe besitzen ein volles d-Orbital und nutzen nur die Elektronen aus dem s-Orbital als Valenzelektronen.

Die Nebengruppe III – Die Scandiumgruppe

Die Nebengruppe III ist die 3. Gruppe im Periodensystem und wird Scandiumgruppe genannt. Zu dieser Nebengruppe gehören die Elemente Scandium, Yttrium, Lanthan und Actinium. Die Elektronenkonfiguration dieser Nebengruppe ist (n – 1)d1ns2. Dabei steht n für die Hauptquantenzahl, die gleichbedeutend mit der Periode ist.

Scandium ist das erste Element der Nebengruppe III. Im Periodensystem findest du es in der vierten Periode. Setzt du jetzt also die Zahl 4 für n ein, erhältst du:

Trotz der drei Außenelektronen (s- und d-Orbital) sind die Elemente dieser Nebengruppe in ihren Eigenschaften den Elementen der 2. Hauptgruppe ähnlicher als denen der 3. Hauptgruppe. In Verbindungen kommen sie vor allem in der Oxidationsstufe +3 vor.

Die Nebengruppe IV – Die Titangruppe

Die Nebengruppe IV ist die Titangruppe. Sie umfasst die Elemente Titan, Zirkonium, Hafnium und das künstliche, radioaktive Rutherfordium. Die Elemente dieser Nebengruppe besitzen je zwei Elektronen im d- und s-Orbital. Diese Elemente kommen vor allem in der Oxidationsstufe +4 vor. Es sind korrosionsbeständige Metalle.

Die Nebengruppe V – Die Vanadiumgruppe

Die Vanadiumgruppe ist die 5. Nebengruppe im Periodensystem. Hierzu gehören die Elemente Vanadium, Niob, Tantal und das künstliche, radioaktive Dubnium. Die Elektronenkonfiguration dieser Nebengruppe ist (n – 1)d3ns2. Niob aber hat vier d-Elektronen und ein s-Elektron. Bei den Elementen dieser Nebengruppe dominiert vor allem die Oxidationsstufe +5. Verwendet werden Niob und Tantal in Stahllegierungen. Tantal wird zudem als Prothesenmaterial sowie für chirurgische Instrumente verwendet.

Die Nebengruppe VI – Die Chromgruppe

Bei der 6. Nebengruppe handelt es sich um die Chromgruppe. Diese Gruppe umfasst die Elemente Chrom, Molybdän, Wolfram, sowie das künstliche, radioaktive Seaborgium. Die Elemente dieser Nebengruppe sind sehr stabil und haben sehr hohe Schmelzpunkte. Sie sind wichtige Bestandteile von Legierungen. Chrom und Molybdän haben 5 Elektronen im d-Orbital und 1 Elektron im s-Orbital, während Wolfram und Seaborgium 4 d-Elektronen und 2 s-Elektronen besitzen.

Selbst dünne Drähte aus Wolfram verfügen über einen hohen elektrischen Widerstand und heizen sich stark auf, wenn Strom durch sie fließt. Dies geht so weit, dass sie hell zu leuchten beginnen. Zudem verfügt Wolfram über die höchsten Schmelz- und Siedepunkte aller Elemente.

Diese Eigenschaften machte man sich in der Herstellung von Glühlampen zunutze. Früher verfügten diese meist über einen Glühdraht (auch Glühwendel genannt) aus Wolfram. Heutzutage werden jedoch überwiegend LED-Lampen eingesetzt. In der Europäischen Union ist der Verkauf konventioneller Glühlampen zudem seit 2009 verboten.

Die Nebengruppe VII – Die Mangangruppe

Zur Nebengruppe VII gehören Mangan, Technetium, Rhenium und das künstliche, radioaktive Bohrium. Diese Nebengruppe wird analog zu den anderen Nebengruppen nach dem ersten Element in der Spalte benannt und heißt somit Mangangruppe. Technetium war das erste künstlich erzeugte Element, kommt aber auch in sehr geringen Mengen natürlich vor. Mangan und Rhenium werden in Legierungen verwendet. Die Elemente dieser Nebengruppe haben die Elektronenkonfiguration (n – 1)d5ns2.

Die Nebengruppe VIII

Die Nebengruppe VIII umfasst die Eisengruppe, Cobaltgruppe und die Nickelgruppe. Damit gehören zu dieser Nebengruppe 12 Elemente. Die Eisengruppe umfasst Eisen, Ruthenium, Osmium und das künstliche, radioaktive Hassium. Zur Cobaltgruppe gehören Cobalt, Rhodium, Iridium, sowie das künstliche, radioaktive Meitnerium. Die Elemente Nickel, Palladium, Platin und das künstliche, radioaktive Darmstadium gehören zur Nickelgruppe. Diese Nebengruppe wird auch Eisen-Platin-Gruppe genannt. Alle Elemente dieser 8. Nebengruppe sind Schwermetalle.

Schwermetalle genau zu definieren, ist gar nicht so einfach. Es finden sich zahlreiche unterschiedliche Kategorisierungen. Am geläufigsten ist jedoch die Einteilung nach der Dichte. So gelten alle Metalle ab einer Dichte von 5 als Schwermetalle. Gemeinhin gelten alle Schwermetalle als giftig. Dies ist jedoch nicht korrekt.

Die Nebengruppe I – Die Kupfergruppe

Die Kupfergruppe mit den Elementen Kupfer, Silber, Gold und dem künstlichen, radioaktiven Röntgenium bildet die Nebengruppe I. Die Elektronenkonfiguration der Elemente dieser Nebengruppe ist (n – 1)d10ns1.

Irritierenderweise ist die Nebengruppe I die 11. Gruppe im Periodensystem. Dies liegt daran, dass die Elemente dieser Gruppe ein mit zehn Elektronen vollbesetztes d-Oribtal aufweisen. Formal verfügen sie also durch das einfach besetzte s-Orbital nur über ein Valenzelektron. Da die Energieniveaus der beiden Orbitale ähnlich sind, können jedoch auch die Elektronen des d-Orbitals für Bindungen genutzt werden. So stehen also insgesamt elf Valenzelektronen zur Verfügung.

In der Natur kommen die Elemente dieser Gruppe meist elementar vor. Sie werden wegen ihrer früheren Verwendung auch Münzmetalle genannt. Vermutlich waren Kupfer, Silber und Gold die ersten Elemente, die entdeckt wurden.

Die Nebengruppe II

Die Gruppe 12 des Periodensystems ist die Zinkgruppe. Hierzu gehören die Elemente Zink, Cadmium, Quecksilber und das künstliche, radioaktive Copernicium. Die Elemente dieser Nebengruppe kommen in der Natur häufig als Sulfide vor. Sie haben die Elektronenkonfiguration (n – 1)d10ns2.

Verwendet werden die natürlich vorkommenden Elemente dieser Nebengruppe in elektronischen Geräten und Legierungen. Quecksilber ist das einzige Metall, welches bei Raumtemperatur flüssig ist, während Zink und Cadmium ähnliche Eigenschaften aufweisen. Zink ist für biochemische Prozesse in Organismen wichtig, während Cadmium und Quecksilber beide hochgiftig sind.

Haupt und Nebengruppen im Periodensystem - Das Wichtigste

  • Ähnliche Elemente, mit gleicher Anzahl an Valenzelektronen, stehen in der gleichen Spalte und bilden die Hauptgruppen und Nebengruppen im Periodensystem.
  • Es gibt acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen im Periodensystem
  • In den Hauptgruppen bestimmen die äußersten Elektronen das Reaktionsverhalten und die Eigenschaften.
  • Die Hauptgruppe entspricht der Anzahl an Valenzelektronen.
  • In den Nebengruppen werden die Eigenschaften durch die Elektronen in der Schale unter der Valenzschale bestimmt.
  • Elemente der Nebengruppen besitzen ein oder zwei Außenelektronen. Deshalb sind sich diese Elemente sehr ähnlich.

Haupt und Nebengruppen im Periodensystem

Im Periodensystem der Elemente gibt es acht Hauptgruppen und zehn Nebengruppen. 

Die Hauptgruppen unterscheiden sich in der Anzahl der Valenzelektronen. Diese bestimmen auch die chemischen Eigenschaften der Elemente. Im Gegensatz dazu besitzen die Elemente der Nebengruppen ein oder zwei Außenelektronen. Die Unterschiede liegen hier in der zweitäußeren Schale (Schale unter der Valenzschale).

Haupt und Nebengruppen sind die Spalten des Periodensystems. 

Haupt und Nebengruppen unterscheiden sich darin, dass ihre chemischen Eigenschaften und die Unterschiede der Elemente bei den Hauptgruppen von den Außenelektronen abhängt, während sie bei den Nebengruppen von der zweitäußeren Schale bestimmt werden.

Finales Haupt und Nebengruppen im Periodensystem Quiz

Frage

Welche Elemente sind in der Borgruppe?

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Antwort

  • Bor (B)
  • Aluminium (Al)
  • Gallium (Ga)
  • Indium (In)
  • Thallium (Tl)
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Frage

Was unterscheidet Bor von den anderen Elementen der Borgruppe?

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Antwort

Bor ist ein Halbmetall, während die anderen Elemente Metalle sind. 

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Frage

Was haben die Elemente der Borgruppe gemeinsam?

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Antwort

Alle Elemente der Borgruppe haben drei Valenzelektronen. 

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Frage

Wieso heißt die 3. Hauptgruppe Borgruppe?

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Antwort

Die 3. Hauptgruppe wird nach dem ersten Element in der Gruppe benannt. 

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Frage

Wo kommt Bor vor?


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Antwort

Bor kommt in Borax und Kernit vor. 

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Frage

Welcher Ausgangsstoff wird für die Aluminiumgewinnung verwendet?

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Antwort

Bauxit

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Frage

Was unterscheidet Thallium von den anderen Elementen der Borgruppe? 

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Antwort

Während die anderen Elemente der Borgruppe vor allem (bzw. ausschließlich) in der Oxidationsstufe +3 vorkommen, kommt Thallium vor allem in der Oxidationsstufe +1 vor. 

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Frage

Wie wird Bor dargestellt?

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Antwort

Bor wird durch die Reduktion von Borhalogeniden oder -oxiden gewonnen. Alternativ kann man Bortriiodid oder Diboran thermisch zersetzen.

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Frage

Welche Verfahren werden bei der Aluminiumgewinnung angewendet?

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Antwort

Als Erstes wird aus Bauxit mittels Bayer-Verfahren Aluminiumoxid gewonnen. Anschließend wird daraus mit dem Hall-Héroult-Prozess elektrolytisch Aluminium gewonnen. 

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Frage

Wie wird Gallium dargestellt?

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Antwort

Das Nebenprodukt Natriumgallat aus dem Bayer-Verfahren wird von Natriumaluminat über fraktionierte Kristallisation getrennt. Danach wird Galliumhydroxid ausgefällt, woraus über Elektrolyse Gallium gewonnen wird. 

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Frage

Wie wird Indium gewonnen?

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Antwort

​Reines Indium wird über die Elektrolyse von Indium(III)-chlorid in Salzsäure gewonnen, wobei Indiumionen an der Kathode zu Indium reduziert werden. 

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Frage

Wie wird Thallium gewonnen?

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Antwort

Thallium wird mittels Elektrolyse von Thallium(I)-chlorid gewonnen, wobei die Thalliumionen an der Kathode zu Thallium reduziert werden.

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Frage

Was passiert bei der Reaktion von Borgruppenelementen mit Wasserstoff?

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Antwort

Die Erdmetalle bilden polymere Wasserstoff-Verbindungen aus, während Bor über Dreizentrenbindungen Borane ausbildet. 

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Frage

Was sind Chalkogene?

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Antwort

Chalkogene bilden die 6. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente und sind Erzbildner. 

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Frage

Welche Elemente gehören zu den Chalkogenen?

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Antwort

  • Sauerstoff 
  • Schwefel 
  • Selen 
  • Tellur 
  • Polonium 
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Frage

Was haben die Chalkogene gemeinsam?

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Antwort

Alle Chalkogene besitzen 6 Valenzelektronen. 

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Frage

Zu welcher Elementkategorie gehört Selen? 

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Antwort

Selen kommt sowohl als Nichtmetall, als auch als Halbmetall vor. 

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Frage

Wie entsteht Polonium in der Natur?

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Antwort

Polonium ist ein radioaktives Zerfallsprodukt, welches z.B. beim Zerfall von Pechblende entsteht.

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Frage

Welches technische Verfahren wird zur Sauerstoffgewinnung eingesetzt?

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Antwort

​Das Linde-Verfahren mit anschließender Destillation wird für die Sauerstoffgewinnung eingesetzt. 

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Frage

Welchen Effekt macht man sich beim Linde-Verfahren zu Nutze? 

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Antwort

Das Linde-Verfahren nutzt den Joule-Thomson-Effekt. Dabei handelt es sich um eine Temperaturänderung von Gasen bei Druckminderung. 

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Frage

Erkläre das Frasch-Verfahren.

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Antwort

Unterirdischer Schwefel wird aufgeschmolzen. Dazu leitet man 170°C heißes Wasser unter Druck in die Lagerstätte und presst den flüssigen Schwefel mit Druckluft an die Oberfläche. 

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Frage

Was passiert beim Claus-Prozess?

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Antwort

Beim Claus-Prozess wird Schwefel aus Schwefelwasserstoff gewonnen. Dazu wird zu Schwefeldioxid oxidiert, welcher mit Schwefelwasserstoff zu Schwefel und Wasser reagiert.

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Frage

Woraus werden Selen und Tellur vor allem gewonnen?

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Antwort

Selen und Tellur werden aus dem Anodenschlamm der Kupfer-Raffination gewonnen. Darin kommen beide Elemente als Edelmetall-Telluride und -Selenide vor. 

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Frage

Welche Metallchalkogene kommen am häufigsten vor?

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Antwort

Metallchalkogene kommen häufig als Oxide und Sulfide vor.

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Frage

Welche Chalkogen-Wasserstoffe gibt es?

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Antwort

  • Wasser 
  • Wasserstoffperoxid
  • Poloniumwasserstoff
  • Schwefelwasserstoff
  • Selenwasserstoff
  • Tellurwasserstoff
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Frage

Welche Elemente gehören zur Stickstoffgruppe?

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Antwort

  • Stickstoff
  • Phosphor
  • Arsen
  • Antimon
  • Bismut
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Frage

Welche Arten der Stickstofffixierung gibt es?

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Antwort

  • Biotische Fixierung durch Mikroorganismen
  • Abiotische Fixierung durch Verbrennung oder Blitzeinschlag 
  • Technische Fixierung mit dem Haber-Bosch-Verfahren 
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Frage

Welche Phosphormodifikationen gibt es?

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Antwort

  • weißer Phosphor
  • roter Phosphor
  • violetter Phosphor
  • faseriger Phosphor 
  • schwarzer Phosphor
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Frage

Welche Arsenmodifikation ist metallisch?

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Antwort

graues Arsen 

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Frage

Was sind Sprödmetalle?

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Antwort

Sprödmetalle sind spröde Halbmetalle (graues Arsen, Antimon) oder Metalle (Bismut).

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Frage

Wie kann man Stickstoff technisch gewinnen?

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Antwort

  • Linde-Verfahren mit anschließender fraktionierten Destillation
  • Druckwechseladsorption
  • Membranverfahren 
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Frage

Wie wird schwarzer Phosphor gewonnen?

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Antwort

Umsetzen von weißem Phosphor bei 12000 Bar und 200°C. 

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Frage

Wie wird weißer Phosphor gewonnen?

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Antwort

Umsetzung von Calciumphosphat bei 1500°C mit Quarz und Koks. Gasförmiger Phosphor wird in Wasser gesammelt und scheidet als weißer Feststoff aus.

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Frage

​Mit welchen Verfahren kann man Arsen, Antimon und Bismut darstellen?

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Antwort

  • ​Reduktion der Oxide mit Kohlenstoff
  • Röstreduktionsverfahren 
  • Niederschlagsverfahren
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Frage

In welchen Oxidationsstufen kommt Stickstoff als Oxid vor? Nenne Beispiele.

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Antwort

  • +1: Lachgas (Distickstoffmonoxid) 
  • +2: Stickstoffmonoxid
  • +3: Distickstofftrioxid 
  • +4: Stickstoffdioxid
  • +5: Distickstoffpentoxid
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Frage

Welche Säure von Stickstoff wird beim Ostwald-Verfahren hergestellt?

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Antwort

Die Salpetersäure wird mit dem Ostwald-Verfahren synthetisiert. 

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Frage

Welche Elemente gehören zur Kohlenstoffgruppe?

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Antwort

  • Kohlenstoff
  • Silicium
  • Germanium
  • Zinn 
  • Blei
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Frage

Warum bilden die Elemente der Kohlenstoffgruppe keine vierfach positiven Kationen?

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Antwort

Die Ionisierungsenergien der Kohlenstoffgruppe sind recht hoch um vier Elektronen abzuspalten. Lediglich Germanium, Zinn und Blei bilden Kationen mit einer zweifach positiven Ladung.

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Frage

Was ist an Kohlenstoff besonders?

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Antwort

  • kann vier kovalente Bindungen oder Mehrfachbindungen bilden 
  • Kann lange Ketten und Ringe bilden
  • Als Diamant ist es das härteste natürlich vorkommende Material
  • Graphen hat die höchste Temperaturbeständigkeit
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Frage

​Wie hängen Elektronegativität und Bindungstyp zusammen?

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Antwort

Je nach Elektronegativitätsdifferenz werden verschiedene Bindungen gebildet.

  • EN-Differenz > 1,7: Ionenbindung
  • 0,5 < EN-Differenz < 1,7: polare kovalente Bindung 
  • EN-Differenz < 0,5: unpolare kovalente Bindung 
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Frage

Wie viele kovalente Bindungen können die Elemente der 4. Hauptgruppe mit sich selber ausbilden?

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Antwort

  • Kohlenstoff: unbegrenzt
  • Silicium: 15
  • Germanium: 9
  • Zinn: 1
  • Blei: keine
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Frage

Welche Aufreinigungsverfahren werden in der Gewinnung von Silicium eingesetzt?

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Antwort

  • Siemens-Verfahren 
  • Zonenschmelzverfahren 

Alternativ:  

  • Czochralski-Verfahren 
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Frage

Wie wird Germanium gewonnen?

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Antwort

  • Flugstaub aus Zinkaufbereitung wird in Schwefelsäure gelöst
  • Neutralisation; Germaniumoxid und Zinkoxid fallen aus 
  • Metalloxide werden zu Metallchloriden umgesetzt
  • Isolation von Germaniumtetrachlorid durch Destillation
  • Hydrolyse von Germaniumtetrachlorid 
  • Reduktion von Germaniumoxid mit Wasserstoff
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Frage

Welche Reinheitsgrade werden bei Silicium unterschieden? 

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Antwort

  • metallurgical grade (Rohsilicium)
  • solar grade (Reinsilicium)
  • electronic grade (Reinstsilicium)
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Frage

Wie werden Kohlenstoff und seine Modifikationen gewonnen?

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Antwort

  • Koks: thermische Zersetzung unter Luftausschluss von z.B. Steinkohle 
  • Graphit: Abbau in Lagerstätten 
  • Künstliches Graphit: Koks wird 1- bis 3 Wochen auf 2600-3000°C unter Luftausschluss erhitzt 
  • Diamanten: Abbau in Lagerstätten 
  • Künstliche Diamanten: Graphit wird bei 10 GPa in flüssigem Metall bei 1800°C gelöst.
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Frage

Was unterscheidet Blei von den anderen Elementen der Kohlenstoffgruppe?

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Antwort

  • hat keine diamantartige Modifikation 
  • kovalente Blei-Blei-Bindungen sind instabil, daher bildet es keine Bindungen mit sich selber
  • bildet auch ionische Bindungen aus
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Frage

Was ist ein Halbleiter? Nenne zwei Beispiele.

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Antwort

Halbleiter sind Festkörper, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen Leitern und Nichtleitern liegt und mit steigender Temperatur zunimmt. 

Beispiele: Silicium und Germanium 

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Frage

Welche natürlichen Kohlenstoffmodifikationen gibt es?

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Antwort

  • Graphit 
  • Diamant 
  • Fullerene
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Frage

Welche Bindungen gibt es im Graphit?

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Antwort

  • kovalente Bindungen in der Ebene 
  • Van-der-Waals-Kräfte zwischen den Ebenen
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Frage

Wie sind die Kohlenstoffe in Graphit koordiniert und welche Hybridisierung liegt vor?

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Antwort

Im Graphit sind die Kohlenstoffatome trigonal-planar koordiniert und sp²-hybridisiert. 

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