Stoffklassen

In der Chemie begegnen einem eine Vielzahl an verschiedenen Stoffen. Um den Überblick nicht zu verlieren, werden diese in Stoffklassen eingeteilt. Dabei gibt es die anorganische und organische Chemie, bei denen jeweils Stoffklassen unterteilt werden können. Hier findest du eine Übersicht über die verschiedenen Stoffklassen in der anorganischen und organischen Chemie. Zudem erfährst du, wie eine Einteilung anhand des Periodensystems erfolgen kann. Hierbei werden auch die Hauptgruppen angesprochen.

Stoffklassen im Periodensystem

Zunächst verschaffst du dir einen Überblick über die verschiedenen Elemente des Periodensystems, die es in der Chemie gibt. Grundsätzlich sind die Elemente in der Chemie in ihrer Bindungsart, Stellung im Periodensystem und dem Zustand bei Raumtemperatur zu unterscheiden.

In der Chemie unterscheidest du in drei Stoffgruppen: Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle. Metalle befinden sich im Periodensystem auf der linken Seite unterhalb der Linie von Bor zu Polonium. Neben den Elementen der Hauptgruppe können Nebengruppenelemente auch Metalle sein. Nichtmetalle befinden sich oben rechts im Periodensystem. Halbmetalle sind die Elemente zwischen den beiden anderen Gruppen im Periodensystem. Diese Stoffklassen gehen jeweils unterschiedliche Arten von Bindungen in der Chemie ein.

Abbildung 1: Periodensystem der Elemente

Für das chemische Verhalten dieser drei Stoffgruppen ist auch die Einordnung in die Hauptgruppen und Nebengruppen des Periodensystems wichtig. Elemente der Hauptgruppen besetzten nur die s- und p-Orbitale neu, bei der Gruppe der Nebengruppenelementen wird das d-Orbital neu besetzt. Im Periodensystem findest du acht Hauptgruppen:

1. Alkalimetalle
2. Erdalkalimetalle
3. Bor-Gruppe (Erdmetalle)
4. Kohlenstoffgruppe
5. Stickstoffgruppe
6. Sauerstoffgruppe
7. Halogene
8. Edelgase

Neben der Bindungsart sowie der Einordnung in Elemente der Hauptgruppe und Nebengruppe ist auch der Aggregatzustand bei Raumtemperatur der Stoffe entscheidend bei der Unterscheidung der Stoffgruppen. So können Verbindungen in der Chemie fest, flüssig oder gasförmig vorkommen.

Stoffklassen – Organische Chemie

In der organischen Chemie gibt es eine Vielzahl an unterschiedlichen Stoffklassen, die sich auch in ihrem Aufbau unterscheiden. Die sogenannte funktionelle Gruppe gibt dabei Auskunft über die Art der Stoffklasse.

Tabelle der Stoffklassen und funktionelle Gruppen

Die folgende Tabelle zeigt dir die funktionellen Gruppen der Chemie inklusive der dazugehörigen Stoffklassen, die in der organischen Chemie existieren.

Du solltest jedoch beachten, dass einige Stoffklassen nicht zwingend nur über eine funktionelle Gruppe verfügen. Einige Verbindungen bestehen aus einer Kombination mehrerer funktioneller Gruppen. Ein klassisches Beispiel dafür sind die Aminosäuren, welche sowohl eine Amino-Gruppe (NH₂) als auch eine Carboxygruppe (OH) enthalten.

Die Stoffklassen der organischen Chemie

Besonders in der organischen Chemie gibt es eine Vielzahl an Verbindungen, die in sogenannte Stoffklassen zusammengefasst werden. Ausschlaggebend für die Einteilung in die Stoffklassen ist die funktionelle Gruppe der jeweiligen Verbindung. So werden Verbindungen mit einer Hydroxygruppe beispielsweise der Stoffklasse der Alkohole zugeordnet.

Hier findest du die wichtigsten Stoffgruppen der organischen Chemie im Überblick.

Alkane, Alkene und Alkine

Die Stoffklasse der Alkane besteht aus gesättigten Kohlenwasserstoffen. Das heißt, jedes Kohlenstoffatom im Molekül verfügt über vier Einfachbindungen, wodurch es zu keiner Ringbildung kommt. Besitzt ein Alkan eine Vielzahl an Kohlenstoffen, so kommt es zur Verzweigung des Moleküls.

Alkane, die Verzweigungen aufweisen, werden auch als iso-Alkane bezeichnet. Zum Beispiel gib es für das n-Pentan es auch ein iso-Pentan. Beide Moleküle unterscheiden sich nicht in der Summenformel, sondern nur im Aufbau.

Neben den gesättigten Kohlenwasserstoffen gibt es ebenfalls ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Zu dieser Stoffgruppe zählen die Alkene und Alkine. Alkene enthalten in der Regel- Doppelbindungen. Ein Beispiel für diese Stoffgruppe ist das Ethen ().

Die allgemeine Summenformel für Alkene mit einer Doppelbindung lautet:

Die Stoffgruppe der Alkine hingegen weist eine oder mehrere Dreifachbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen auf, wie beispielsweise bei Ethin (). Für Alkine mit einer Dreifachbindung gilt in der Chemie die allgemeine Summenformel:

Stoffklasse	Alkane	Alkene	Alkine
Strukturmerkmal	nur Einfachbindungen	mindestens eine Doppelbindung	mindestens eine Dreifachbindung
Summenformel
Endung	-an	-en	-in
Beispiel	Ethan	Ethen	Ethin

Halogenalkane

Halogenalkane, auch Halogenkohlenwasserstoffe genannt, sind in der Chemie organische Verbindungen mit Halogenen, wobei ein oder mehrere Wasserstoffatome des Moleküls ausgetauscht werden. Im Periodensystem findest du die Halogene in der siebten Hauptgruppe. Eine bekannte Schreibweise der Stoffgruppe lautet R-X, wobei das X für das jeweilige Halogen der Verbindung steht.

Sind mehrere Halogene in einer Verbindung vorhanden, gibt es zwei Möglichkeiten, diese anzugeben. Handelt es sich um das gleiche Halogen, wird die Anzahl durch eine Vorsilbe wie beispielsweise "di-", "tri-", oder "tetra-" angegeben. Bei unterschiedlichen Halogenatomen werden diese alphabetisch geordnet.

Amine

Die Stoffgruppe der Amine bildet Derivate des Ammoniaks (NH₃) und besitzt somit die Amino-Gruppe als funktionelle Gruppe.

Amine können in drei Untergruppen aufgeteilt werden. Primäre, sekundäre und tertiäre Amine. Entscheidend ist dabei, wie viele Wasserstoffatome des Ammoniaks durch eine organische Molekülgruppe substituiert werden. Demnach haben primäre Amine einen organischen Rest und tertiäre Amine drei organische Reste.

Grundsätzlich haben alle Amine die Endung "- amin". Der Substituent, also die Verbindung, die ein Wasserstoffatom des Ammoniaks ersetzt, wird entsprechend der Regel für Alkane benannt. Allerdings erhält dieser die Endung "-yl".

Alkohole

Die Stoffgruppe der Alkohole erkennst du an der Hydroxygruppe (OH), die an Kohlenstoffatome gebunden ist. Mittels der Anzahl der Hydroxygruppen unterteilt man die Stoffklasse in einwertige und mehrwertige Alkohole.

Einwertige Alkohole werden auch als Alkanole bezeichnet und tragen nur eine funktionelle Gruppe. Mehrwertige Alkohole hingegen tragen mindestens zwei Hydroxygruppen an unterschiedlichen Kohlenstoffatomen.

Die Endung der Alkohole ist in der Regel "-ol". Der Name des Kohlenstoffgerüsts orientiert sich am Stamm vom Alkan. Bei mehrwertigen Alkoholen wird im Namen ebenfalls verdeutlicht an welchem Kohlenstoffatom die OH-Gruppe gebunden ist. Hier benutzt du die gleichen Vorsilben wie bei den Halogenwasserstoffen.

Neben der Unterscheidung zwischen einwertigen und mehrwertigen Alkoholen gibt es drei weitere Untergruppen. Die primären, sekundären und tertiären Alkohole. Hier kommt es auf die Wasserstoffatome an, die sich am Kohlenstoffatom mit der funktionellen Gruppe befinden. Dabei kannst du dir merken, dass primäre Alkohole zwei Wasserstoffatome, sekundäre eines und tertiäre keine am Kohlenstoffatom haben.

Ether

Ether bestehen aus einer Verbindung von zwei organischen Resten und einem Sauerstoffatom. Die Reste können dabei Alkylreste, also Reste gesättigter Kohlenwasserstoffe sein, oder Alkylreste, Reste von Aromaten.

Stimmen die Reste jeweils überein, handelt es sich um einen einfachen bzw. symmetrischen Ether. Sind die Reste ungleich zueinander, handelt es sich um einen unsymmetrischen Ether, da dieser aus einem Gemisch zweier Reste gebildet wird. Ether liegen meist in einem flüssigem Aggregatzustand vor. Höherwertige Ether können auch fest sein.

Aldehyde

Die Stoffgruppe der Aldehyde besitzt die funktionelle Gruppe aus eine CHO-Verbindung. Eine Carbonylgruppe ist also mit einem Wasserstoffatom verbunden. An das Kohlenstoffatom ist eine Restgruppe gebunden, was ein Wasserstoffatom oder ein Organylrest sein kann.

Ähnlich wie bei den Alkoholen wird auch hier die Endung bei der Namensgebung nur leicht verändert. Das Alkan bildet den Stamm, der um die Endung "al" ergänzt wird. So wird aus dem Alkan Methan ganz einfach Methanal.

Ketone

Die Stoffgruppe der Ketone zählt wie die Aldehyde zu den Carbonylverbindungen (CO). Anders als bei den Aldehyden ist die Carbonylgruppe, auch Ketogruppe genannt, bei den Ketonen nicht endständig, sondern bildet die Verbindung mit zwei organischen Restgruppen. Ketone, die du von den Alkanen ableiten kannst, nennt man auch Alkanone.

Grundsätzlich tragen diese Verbindungen die Endung "-on". Ein Beispiel ist das Keton Aceton, auch Dimethylketon genannt.

Carbonsäuren und ihre Derivate

Carbonsäuren sind Träger der Carboxylgruppe (COOH) und können genau wie die Alkohole und Aldehyde von den Alkanen abgeleitet werden. Diese organische Stoffgruppe besitzt mindestens eine Carboxylgruppe im Molekül. Neben den Monocarbonsäuren gibt es auch mehrwertige Carbonsäuren in der Chemie, die Di- und Tricarbonsäuren. Die unverzweigten Monocarbonsäuren bilden die sogenannte homologe Reihe der Alkansäuren.

Alkansäuren sind die gesättigten Carbonsäuren. Alkensäuren haben wie die Alkene mindestens eine Doppelbindung im Organylrest und Alkinsäuren mindestens eine Dreifachbindung. Beide Arten zählen zu den ungesättigten Carbonsäuren.

Stoffklassen – Anorganischen Chemie

In der anorganischen Chemie kann auch eine Einteilung in Stoffklassen erfolgen.

Zum einen können die Elemente des Periodensystems in Hauptgruppen und Nebengruppen unterteilt werden. Die Elemente der Hauptgruppen und der Nebengruppen besitzen vergleichbare chemische Eigenschaften. Ein Beispiel für eine solche Stoffklasse der anorganischen Chemie ist die Kupfer/Silber/Gold-Nebengruppe.

Zum anderen gibt es in der anorganischen Chemie eine Unterteilung der Metalle aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit hinsichtlich der Umwelt. So können in der anorganischen Chemie die Stoffgruppen der unedlen Metalle und Edelmetalle unterschieden werden.

Weitere Kategorisierungen der anorganischen Chemie sind die stoffbezogene Einteilung sowie die Unterteilung nach der Bindungsart. Bei der Kategorisierung nach der Bindungsart werden die Stoffgruppen Salze, metallorganische Verbindungen und Komplexbindungen differenziert.