What is the name of this?

Ich hoffe, Sie können mich verstehen. Guten Morgen, verstehen Sie mich? Gut, guten Morgen,

mein Name ist Sophia Steinbacher. Ich mache mit Ihnen die nächsten fünf Einheiten der

Vorlesung Chemie. Wir haben den Teil Allgemeine und anorganische Chemie und bevor ich anfange,

würde ich noch gerne das Raumlicht etwas einstellen und das gemeinsam mit Ihnen. Ich weiß nicht,

ist es Ihnen zu dunkel? Sollen wir die hinteren Jalousien nach oben fahren oder passt es für Sie

so? Passt so? Ja, nicht zu dunkel. Okay, perfekt. Gut, noch einmal, also Sophia Steinbacher,

ich vielleicht etwas zu meinem Hintergrund. Ich habe technische Chemie studiert an der TU in Wien

und bin da jetzt im Doktoratsstudium. Aktuell, also ich habe Chemie gemacht, aktuell beschäftige ich

mich aber eher mit Wasser bzw. schaue mir die Wasserqualität an in meiner Forschungsarbeit.

Also ich bin da eher in Richtung DNA-basierte Molekularbiologie, aber das nur im Hintergrund,

falls Sie in diese Richtung Fragen haben, also dass Sie auch ein bisschen wissen, wer ich bin.

Genau, die Vorlesung hier an der SFU halte ich jetzt schon das vierte Mal. Ich habe die fünf

Einheiten, Sie werden das auch sehen, also heute haben wir den ersten Teil mit der Materie, Atombau

und Periodensystem und morgen haben wir dann die zweite Einheit. Morgen wird dann auch ein Tutorium

im Anschluss an die Vorlesung sein. Da kommen auch Studenten von der TU und werden mit Ihnen

Übungsbeispiele durchgehen und auch noch einmal die Folien. Genau, die dritte Einheit haben wir

dann am Montag, das ist eine Abendeinheit. Vierte Einheit, Säuren und Basen und die fünfte Einheit

sind die Redoxreaktionen und die heterogenen Gleichgewichte. Generell ist es so, wir werden

in der Chemie, also Sie hatten schon eine Vorlesung, jetzt, wir starten wirklich von Null. Also es wird

für manche vielleicht sein, dass Sie einige Dinge schon kennen, vielleicht wissen Sie das auch schon,

ich hoffe aber, dass auch einige Teile dabei sind, die neu für Sie sind vielleicht. Wenn Sie Fragen

haben, gerne fragen, also Sie können auch während der Vorlesung fragen oder Sie können auch später

hierher kommen und mich persönlich fragen. Wir werden die Einheit in zwei Teile teilen,

also wir haben sozusagen zunächst so eine Dreiviertelstunde, Stunde, dann haben wir eine

kurze Pause und dann kommt der zweite Teil der Einheit. Gut, vielleicht noch kurz, ich weiß nicht,

ob die Frau Christ das Ihnen vorgestellt hat, es gibt auch ein gewisses Buch, das von Böck,

das Kurzlehrbuch Chemie. Haben Sie das schon gesehen? Ja, gut, wenn nicht, ich kann es auch

die nächsten Einheiten noch mitnehmen, falls Sie das noch einmal ansehen wollen. Es ist wirklich

dieses Grundlagen-Ding, aber vielleicht auch etwas Nettes zum Lesen. Genau, sonst gibt es noch eine

weitere Literatur, das ist aber schon sehr weiterführend, das wäre der Mortimer, das ist die

allgemeine Chemie beschrieben. Gut, haben Sie dazu einmal Fragen? Perfekt, gut, dann starten wir. Wir

starten mit dem, dass Sie uns etwas beschäftigen, so was ist die Chemie oder was bezeichnet es und

es gibt eine Definition und es ist eben die Naturwissenschaft, welche sich mit der Zusammensetzung,

das ist das Erste, der Charakterisierung und der Umwandlung von stofflicher Materie befasst. Das

heißt, stoffliche Materie, das ist eigentlich alles, was wir so haben, sozusagen dieser Aufbau

und diese Charakterisierung, das ist mit dieser Sprache der Chemie eben verständlich und damit

lässt es sich beschreiben und auch die Veränderungen erklären und darstellen und das ist die

Wissenschaft. Und dafür werden wir jetzt hinein starten mit ein paar Begriffe und dann sehen wir

uns das geschichtlich an und haben das Erste. Also wir werden uns mit dem Begriff der Materie

auseinandersetzen und hier ist ein erster Begriff, den Sie wahrscheinlich alle schon einmal gehört

haben, ist der Begriff des Atoms und das Atom ist hier bezeichnet eben als ein kleinstes,

unzerteilbares Teilchen. Warum unzerteilbar? In Anführungszeichen. Vielleicht jemand eine Idee?

Ja, bitte gerne. Ja, genau, weil es ja die Kernspaltung gibt, also das ist ein historisch

gewachsener Begriff, hat es schon bei den Griechen gegeben und da ist eben das Atomos auf Griechisch

ist das Unzerteilbare, jedoch sind die Atome zerteilbar und das werden wir uns dann auch

ansehen, wie wir das uns auch vorstellen können. Dann haben wir den Begriff des Elements und ein

Element ist ein Stoff, welcher eben aus diesen kleinen und elektrisch neutralen, mit chemischen

Mitteln nicht weiter zerlegbaren Teilchen, diesen eben Atomen besteht. Chemische Mittel,

sozusagen alles, was sich um den Kern und Kernspaltung befasst, ist dann wieder Physik.

Die Chemie befasst sich mit der Hülle und den Umwandlungen in diesen, also die Elemente oder

die Atome werden nicht zerstört mit chemischen Umwandlungen. Und dieses Element ist eben der

Baustein für diesen Aufbau von dieser Materie und wir haben heute bekannt, also aktuell 118 von

diesen verschiedenen Bausteinen und aus diesen 118 verschiedenen Bausteinen setzt sich alles zusammen,

was wir kennen. Und das sind eben diese 118 Elemente und die sind sortiert oder diese können

wir sehen in dem Periodensystem der Elemente. Das sehen wir uns heute am Schluss noch an.

Der Elementname, also vielleicht kennen Sie auch gewisse Elemente, wie zum Beispiel Eisen. Und

dieses Eisen bezeichnet sozusagen dieses einzelne Atom, aber manchmal auch den Stoff oder das

Material. Eisen ist sozusagen das Element Eisen, aber Eisen ist auch der Stoff, so eine Eisenstange

zum Beispiel. Sauerstoff ist dasselbe. Sauerstoff ist auch das Element Sauerstoff, aber wir bezeichnen

auch das Molekül Sauerstoff O2 als eben den Sauerstoff. Gut, das ist noch einmal das Periodensystem

der Elemente, das sehen wir später. Genau, hier der Verweis. Gut, nächster Begriff, eine Verbindung.

Verbindung und Bindung, Achtung, hier sind verschiedene Begriffe in der Chemie. Verbindung

in unserem Kontext, in der chemischen Kontext, ist ein Reinstoff, welcher aus verschiedenen Elementen

aufgebaut ist. Und diese Atome stehen in einem festen Verhältnis zueinander. Das bezeichnet man

als die Summenformel. Was heißt dieses feste Verhältnis? Zum Beispiel H2O sind immer zwei

Wasserstoffe mit einem Sauerstoff und das ist das Molekül Wasser. Festes Verhältnis. Gibt zum

Beispiel auch C2H5OH, hat jemand eine Idee, was das sein könnte? Es ist der Ethanol. Ethanol ist

der Alkohol, den wir umgangssprachliches Alkohol bezeichnen. Und die Acetylsalicylsäure, hier zeige

ich Ihnen ein Bild. Also Sie haben hier einerseits, das ist die Substanz, sozusagen diese Acetylsalicylsäure,

wenn Sie sie sehen, ist eine weiße, kristalline Substanz und das hier wäre die Strukturformel.

Das werden Sie dann in der organischen Chemie in den anderen Einheiten sehen, was diese Strukturen

alle bedeuten. Es gibt aber nicht nur Molekülverbindungen, sondern es gibt auch Ionenverbindungen.

Das wären zum Beispiel Salze, das wäre das Natriumchlorid. Das Natriumchlorid auch hier, Sie

sehen, es ist ein weißer Feststoff, Kristallin, nur hier werden wir uns dann in der nächsten Einheit

beschäftigen, dass es eben, es hat so ein Kristallgitter, Natriumchlorid, weil es eine Ionenverbindung ist.

Also es gibt verschiedene Typen von Bindungen, die dann sozusagen diese Verbindungen ausmachen.

Noch einmal zu den Stoffen, das sind die Reinstoffe und ein Reinstoff ist ein Stoff mit einer

definierten chemischen Zusammensetzung und mit konstanten physikalischen Eigenschaften. So

beschreibt man sozusagen diesen Reinstoff und er hat zum Beispiel eben diese konstanten

physikalischen Eigenschaften, das Schmelz- und Entzidepunkt oder der Brechungsindex oder die

Dichte oder die Löslichkeit elektrische Leitfähigkeit. Was heißt das jetzt? Zum Beispiel eben Wasser.

Wasser wäre ein Reinstoff, hätte dieser sozusagen bei einem gewissen Druck

hat dieser einen Schmelzpunkt und einen Zidepunkt. Wo wäre der Schmelzpunkt von Wasser?

Bei welcher Temperatur schmilzt Wasser oder gefriert Wasser? 0 Grad Celsius, genau. 0 Grad

Celsius bei unserem Atmosphärendruck und der Zidepunkt wäre dann sozusagen bei 100 Grad

Celsius bei unserem Atmosphärendruck. Das sehen wir uns dann auch noch an. Es ist natürlich die

Frage, wo grenzen wir den einen Stoff ab und gibt es wirklich diese 100 Prozent Reinheit? 100 Prozent

ist immer ein sehr, sehr vager Begriff, weil natürlich gibt es immer etwas, was sich in

den anderen löst und immer ein Kontakt zu dem anderen und unsere Nachweisgrenzen sind auch

sozusagen limitiert und deswegen ist, wenn Sie eine Chemikalie oder wenn Sie einen Stoff kaufen,

sehen Sie die Reinheit dort und oft ist es angegeben mit größer 99,9 Prozent Reinheit und

ist dann wirklich, wirklich rein, aber diese 100 Prozent kann man nicht wirklich sagen, weil es hat

immer einen Kontakt mit einem anderen Material. Es gibt aber auch Gemische, also das heißt,

Gemische sind Mischungen aus mehreren Stoffen und da gibt es homogene Systeme oder Gemische

und diese sind aus einer Phase zusammengesetzt und da ist zum Beispiel Luft eins. Luft hat

eine Zusammensetzung aus verschiedenen Bestandteilen, also zum Beispiel eben Luft ist Stickstoff,

Sauerstoff, ein bisschen CO2, es wären andere, etwas Helium vielleicht, also in gewissen

Spurenstoffen, aber es ist ein Gemisch. Es hat aber nur eine Phase, also wir sehen durch die Luft

hindurch, wir sehen keine Unterschiede, also es sieht für uns einheitlich aus. Auch ein Saft- oder

eine Salzlösung wäre so ein homogenes Gemisch. Ein heterogenes Gemisch hat sozusagen mehrere

Phasen, wo wir mit dem Auge erkennen können, dass es aus unterschiedlichen Bestandteilen besteht.

Eine Phase wiederum ist ein Stoffsystem, welches eben nach außen einheitlich aussieht und nur

in einem Aggregatszustand vorliegt. Das heißt, wir sehen, dass das eine Phase ist. Wenn wir

einen Unterschied haben, sozusagen wenn hier ein Wasserglas stehen würde, hätten wir sozusagen das

Wasser, das ist eine Phase und die Luft ist die Gasphase und da haben wir eben später noch zu

den Aggregatszuständen. Wir können auch sozusagen zwei Stoffe haben, die den gleichen Aggregatszustand

haben, wie zum Beispiel Öl und Wasser. Es mischt sich nicht, Öl und Wasser, wir sehen diese Tropfen

und das sind auch zwei Phasen. Es ist ein Zwei-Phasen-Gemisch. Aber es geht auch noch, dass wir

sozusagen einen Stoff haben und verschiedene Phasen. Wenn Sie jetzt ein Glas hernehmen,

wenn wir hier, ist eben dieses Beispiel genannt, wenn Sie jetzt diesen Zylinder mit einem Kolben

und wir betrachten nur das, was unter diesem Kolben ist. Wir sagen, das hier ist rein nur

eine Phase, weil es ist nur Wasser im flüssigen Zustand. Wenn wir jetzt sozusagen den Kolben nach

oben heben, dann haben wir hier den Wasserdampf und das Wasser. Auf einmal haben wir zwei Phasen.

Wir haben das Wasser in der Gasphase und sozusagen dann das Wasser in der flüssigen Phase. Und wenn

wir uns jetzt noch ansehen, dass wir hier noch Eis, also festes Wasser, Eis in unserer Umgangssprache

herinnen haben, hätten wir drei Phasen. Derselbe Stoff, aber drei verschiedene Aggregatszustände.

Die Aggregatszustände. Wir haben einerseits eben die feste Materie. Diese hat hier die höchste

Ordnung und eine stabile äußere Form. Was heißt die höchste Ordnung? Also die Teilchen sind

innerhalb am höchsten geordnet. Wenn Sie einen Eiskristall haben zum Beispiel, dann haben diese

Teilchen einen festen, also sie haben eine Ordnung. Die stehen an einem festen Platz. Sie vibrieren

etwas, aber sie sind dort fixiert. Sie haben eine stabile äußere Form. Wenn Sie etwas Festes hier

herstellen, dann bleibt es sozusagen in dieser Form, wo wir es haben. Und ein definiertes Volumen.

Abgekürzt wird das Ganze mit fest, mit F, oder im Englischen mit S, also solid. Sie haben aber

auch zum Beispiel Flüssigkeiten, das ist ein anderer Aggregatszustand, das heißt es wäre flüssig. Die

haben keine stabile Form. Wenn Sie die in Wasser ausleeren, sozusagen zerfließt es. Aber es hat

auch ein definiertes Volumen. Und es ist sozusagen flüssig mit F, L oder liquid mit L. Sie haben

weiters noch die Gasphase, also Gase. Diese haben keine stabile Form und auch kein definiertes

Volumen. Was heißt das? Wenn Sie Gas von einem kleineren Raum in einen größeren Raum überführen

oder hinausgeben, wird sich dieses Gas auf den gesamten Raum verteilen. Das heißt, diese

Gasteilchen sozusagen sind einzelne Teilchen, die sich ganz schnell bewegen und diese verteilen sich

im Raum. Das heißt, sie haben keine stabile äußere Form und kein definiertes Volumen. Und hier noch

einmal, vielleicht werden Sie das später mal hören, also das sind diese drei Aggregatszustände,

das sind die klassischen Aggregatszustände. Wenn Sie jetzt weitergehen in Richtung Physik oder

Astrophysik, dann gibt es noch andere Aggregatszustände wie ein Bose-Einstein-Kondensat

oder so etwas, also das ist eher exotisch. Das Einzige, was bei uns noch eventuell, was man auch

so hört, ist oft das Plasma. Das werden wir später sehen, also Plasma wäre auch so ein nichtklassischer

aber auch Aggregatszustand. Wir werden uns aber mit diesen drei befassen in der Chemie, also das

sind die klassischen Aggregatszustände. Für Gase gibt es noch etwas Spezielleres. Bei Gasen, also

wenn Sie sich sozusagen die Welt oder eine Flüssigkeit oder ein Gas vorstellen, dann sind

das Teilchen, die sich bewegen und die haben alle eine Wechselwirkung zueinander. Das heißt, sie

kollidieren, sie stoßen sich ab und so weiter oder ziehen sich an und es gibt eine Annahme auch für

die Gase, dass es eben zwischen diesen Teilchen keine Wechselwirkungen gibt und das ist eine oft

getroffene Annahme bei Berechnungen in der Chemie oder in der Physik und das wäre das ideale Gas,

nur hier als Ergänzung. Gut, wir sehen uns das an und wir nehmen ein Beispiel her. Wir haben

diese Phasenumwandlungen, das heißt, die Aggregatszustände oder ein Stoff in einem

gewissen Aggregatszustand kann in einen anderen Aggregatszustand übergehen. Wir kennen das ganz

normal, wenn wir wieder beim Wasser bleiben, wenn Wasser sozusagen, kann ein Eiswürfel sein, aber es

kann schmelzen und das ist eben beschrieben mit diesen Vorgängen hier. Wenn wir jetzt Wasser

hernehmen, das wäre fest, also das wäre ein Eiskristall oder ein Eiswürfel und dieser würde

schmelzen und dann ist er flüssig und dieser Begriff, den wir verwenden, sozusagen dieser

Schmelzen, ist auch der Fachterminus für diesen Vorgang, der Übergang von fest zu flüssig. In

die Gegenrichtung, wenn wir jetzt einen Eis einfrieren, dann ist es nicht das Frieren,

sondern es wäre der Vorgang des Erstarrens, also es erstarrt das Wasser und wird zu dem Eiswürfel

und wir haben dann noch, vielleicht gehe ich jetzt hier rüber, einen anderen Phasenübergang,

sozusagen, wenn Sie Wasser nehmen und Sie heizen das auf, dann gibt es den Vorgang des

Verdampfens oder des Siedens sozusagen. Das ist der Übergang von flüssig Richtung gasförmig und da

müssen Sie sich vorstellen, diese Teilchen sozusagen, es wird immer mehr Energie hineingegeben und

irgendwann reißen sie aus diesem Verband aus, sozusagen, sie haben so viel Energie, dass sie in

der Gasphase herum schwirren können. Und der andere Vorgang ist das Kondensieren. Kondensieren kennen

Sie vielleicht von den Fenstern, da sagt man auch, dass das Kondenswasser zum Beispiel oder das

Kondensat, wenn sozusagen die Temperatur, wenn die Luftfeuchtigkeit im Raum sehr hoch ist und

die Temperatur außerhalb ist sehr niedrig, dann kommt es eben zu diesen Temperaturverschiebungen

und es kondensiert das Wasser aus der Gasphase in die flüssige Phase. Einen Vorgang, den Sie

vielleicht nicht so gut kennen, weil wir ihn nicht in unseren Hightechs sehen, ist der andere Vorgang,

sozusagen der Übergang von fest auf gasförmig. Dann gibt es auch, dass es direkt vom festen Zustand

in die Gasphase übergeht, ohne dass es über den flüssigen Weg ist. Es wird nicht fest-flüssig-

gasförmig, sondern direkt-fest-gasförmig. Und das wäre der Vorgang hier von fest auf gasförmig,

das ist der Vorgang des Sublimierens. Das heißt, es sublimiert und der andere Vorgang ist das

Resublimieren. Ein Beispiel, wo man das vielleicht sieht oder was Sie vielleicht auch in Ihrer

Laufbahn einmal sehen werden, ist Trockeneis. Trockeneis ist gefrorenes oder erstarrtes CO2.

CO2 kennen wir als, also als Kohlenstoffdioxid, als Gas, ist meistens in der gasförmigen Phase,

aber es kann auch heruntergefroren werden und sozusagen kompakt gemacht werden. Und das ist

dann ein Eis, das sieht aus wie so kleine Pellets. Man nimmt es oft für biologische Materialien zum

Transportieren, also wenn Sie wo was bestellen oder so. Und hier ist es so, dass dieses Trockeneis

direkt sublimiert in die Gasphase. Das ist der Vorteil natürlich, weil wenn Sie Proben haben in

einem Gefäß, dann werden diese Proben nicht nass. Also es geht nicht in die flüssige Phase und es

kann nicht drinnen herumschwimmen und Sie verlieren das nicht. Also Sie kontaminieren

diese Probe nicht. Gut, genau, das sind diese drei Begriffe und wir haben hier auch noch die

Begriffe der Siedepunkt, Schmelzpunkt und Sublimationspunkt. Das ist die Temperatur,

wo sozusagen dieser Phasenübergang passiert. Wir haben vorher schon gesagt, der Siedepunkt bei

Wasser wäre 100 Grad Celsius bei einem gewissen Druck. Der Schmelzpunkt ist bei 0 Grad Celsius,

reines Wasser nehmen wir her, bei auch diesem und jenem Druck. Genau, warum sage ich das eben?

Das Ganze ist eben abhängig von Druck und Temperatur. Also wir betrachten meistens nur

die Temperatur, weil unser Atmosphärendruck sozusagen konstant ist, aber man kann auch

durch die Druckveränderung eine Änderung im Aggregatzustand sozusagen herführen,

bei der gleichen Temperatur. Wo können Sie das sehen oder wie wird das zusammengefasst? Sie

haben hier ein Phasendiagramm. Das ist die Bezeichnung für dieses Diagramm hier und was

ist hier aufgetragen? In der normalen Auftragsart, wie Sie das sehen, also meistens ist es hier mit

der Temperatur steigend, hier in Grad Celsius, man kann es aber auch in einer anderen Einheit,

wie zum Beispiel Kelvin angeben, meistens Grad Celsius und hier haben Sie den Druck. Und was

können Sie aus so einem Diagramm herauslesen? Sie können sehen, wie eben die Abhängigkeit

von Druck und Temperatur vom Aggregatzustand ist. Wie macht man das zum Beispiel? Der Druck in bar,

also unser Atmosphärendruck, ist circa bei 1,013 bar, je nach Wetterlage etwas höher oder niedriger,

aber Sie sehen hier auch eingezeichnet ein bar. Und wenn wir jetzt bei diesem konstant bleiben,

kann man sozusagen ablesen, hier, okay, wir sind alles, was darunter ist, in diesem Eck,

das ist eben fest und Sie sehen hier einen Punkt, das wäre mit 0 Grad und dieser wäre dann sozusagen

der Schmelzpunkt bei 0 Grad. Wenn wir bei diesem Druck konstant bleiben und wir erhöhen die

Temperatur, dann kommen wir sozusagen in das flüssige Wasser und irgendwann gibt es bei

diesem Punkt, Sie gehen nach unten, Sie haben hier 100 Grad Celsius, also so kann man das lesen und

das wäre das bei diesem Druck. Jetzt ist es so, das Wasser hat eine spannende Anomalie. Wasser hat

hier, also das hier ist ein ungewöhnliches Phasendiagramm, weil Sie sehen, dass hier mit

dem Druck sozusagen diese Schmelzdruckkurve in diese Richtung geht. Das heißt, wenn Sie jetzt

bei 0 Grad sind und Sie erhöhen den Druck, dann kann es wieder sein, dass das Eis sozusagen flüssig

wird. Bei den meisten anderen Stoffen bleibt die Druckerhöhung fest und das ist auch ein Grund,

oder wo nutzt man dieses Phänomen? Wenn Sie Eis laufen gehen, dann erhöhen Sie mit den Kurven den

Druck auf den Eis und es kommt eben zur Ausbildung von so einem kleinen Film und man fährt auf diesen

kleinen Wasserfilm. Es gibt dann eben noch einen Punkt, zum Beispiel hier diesen Trippelpunkt. In

diesem Trippelpunkt, das ist bei einer gewissen Temperatur und bei einem gewissen Druck, da kommen

alle drei Aggregatszustände gleichzeitig vor, also da ist der Übergang in alle. Und hier sehen Sie

noch diesen kritischen Punkt. Überhalb diesen kritischen Punktes hier kann man nicht mehr

unterscheiden zwischen flüssiger Phase und Gasphase. Wie können Sie sich das vorstellen?

Ich habe das einmal auf der Uni selbst gesehen, also wir hatten einen Versuch und man hat durch

so ein Schauglas gesehen und man sieht diese Phasengrenzfläche, also flüssig unten, gasförmig

oben und man erhöht den Druck und die Temperatur und auf einmal sieht man, dass sich diese

Phasengrenzfläche, diese löst sich auf. Das heißt, es ist nachher ein eigener Zustand, wo man das nicht

mehr unterscheiden kann. Dann noch ein Punkt. Normalerweise sieht man das Ganze nur in einem

zweidimensionalen, zweiachsen Diagramm, X und Y, jedoch ist das Ganze auch sozusagen verbunden mit

einer Volumensänderung. Sie kennen das Eis zum Beispiel, schwimmt in Wasser, das heißt, es hat

ein höheres Volumen sozusagen, das gleiche Ding, eine geringere Dichte, nur als Ergänzung. Gut, das

heißt, das war einmal zu den Phasendiagrammen und jetzt noch einmal kurz ein Überblick über die

Einteilung, was es so alles gibt. Also, wir haben sozusagen hier einen Stoff, das ist der Überbegriff

für alles. Es gibt einen Reinstoff, das haben wir schon gesehen und die Reinstoffe sind entweder

Verbindungen oder Elemente selber. Verbindungen selbst können in Molekülverbindungen oder

ionische Verbindungen eingeteilt werden. Es gibt dann weiters noch eben keine Reinstoffe, sondern

die Gemische und bei den Gemischen gibt es entweder diese homogenen Gemische, da sehen wir, dass alles

eine Phase ist, so wie zum Beispiel die Luft, oder wir haben auch heterogene Gemische. Und hier bei

den homogenen Gemischen hätten wir zum Beispiel eine Gasmischung, eine Gasgemisch. Und es gibt

aber auch Legierungen. Weiß jemand, was eine Legierung ist? Also kennt das wer aus dem Alltag?

Ja? Messing, genau. Also Messing ist eine Legierung, das wäre sozusagen ein homogenes Gemisch aus,

ja, genau. Bronze könnte man auch sagen, genau. Und warum ist es dann ein homogenes Gemisch? Es

ist sozusagen ein Gemisch aus zwei verschiedenen Stoffen, aber man sieht es nicht, sozusagen,

dass ein Unterschied besteht, es ist eine Legierung. Es gibt aber auch Lösungen,

sozusagen Festkörper, also zum Beispiel ein Gas kann auch in einer Flüssigkeit gelöst sein oder

es ist ein Feststoff in einer Flüssigkeit gelöst und ich kann es nicht sehen. Es gibt eben dann die

heterogenen Gemische und da gibt es mehrere verschiedene. Es gibt zum Beispiel einen Schaum

oder einen Hartschaum und man sieht das Gas in Flüssigkeit oder Gas in Feststoff, Aerosole,

Rauch oder Nebel, das sehen wir auch. Es ist auch ein heterogenes Gemisch. Eine Suspension ist

sozusagen, sind feste Teilchen in einer flüssigen Phase oder eine Emulsion. Emulsion ist sozusagen

flüssig in flüssig oder eben andere sozusagen Gemenge. Gut, das ist etwas, was wir jetzt eigentlich

gemacht haben, schon gemeinsam, dass wir uns für jedes Zweigende so überlegen, okay, was könnte

denn das sein? Ein Beispiel für ein Element ist Eisen oder eben hier hätten wir die Legierungen

des Gasgemischs. Genau. Gut, haben Sie dazu Fragen? Passt. Dann war das einmal der Einstieg mit ein

paar Begriffen. Jetzt werden wir ein bisschen mehr ins Detail gehen und wir sehen uns den Aufbau von

dieser Materie an und sehen uns an, wie das aussieht oder wie wir uns das vorstellen können,

wie das aussieht. Also es sind dann ein paar Modelle und diese Modelle eben zum Beachten ist,

wir haben immer Modelle zur Beschreibung der Wirklichkeit. Diese Modelle sind aber nicht

gleich die Wirklichkeit und es gibt eine stetige Weiterentwicklung und sozusagen Anpassung von

diesen Modellen. Das haben sie überall, aber so können wir unsere Welt verstehen und mit

dem Handhaben. Und wir haben hier zum Beispiel eben schon gesehen, dass wir Atome haben und

diese Atome bauen diese Materie auf. Und jetzt ist die Frage eben, wie groß sind diese kleinsten

Bausteine? Und da ist es so, dass wir diese, hier ein kleines Beispiel, Sie haben hier einen

Durchmesser von einem Beispielatom und Sie sehen hier eine eigene Einheit, sozusagen das ist ein

Angström. Und ein Angström ist eine Einheit, die nicht üblich ist, man verwendet sie fast nicht.

Es ist aber eine Länge, also eine Einheit für eine Länge und das ist sozusagen, das sind 100.000

Femto-Meter. Und Femto, das sehen wir dann auch später in der Vorlesung, ist auch nichts Gebräuchliches,

was man verwendet, sind trotzdem sozusagen Meter und das wäre ein Angström, wäre 10 hoch minus

10 Meter. Das heißt, 10 hoch minus 10, ich hoffe, das ist Ihnen circa geläufig, also 10 hoch minus

2 wäre 0,01. Also mit diesen Hochzahlen und dem Minus, aber das sehen wir dann später noch. Das

heißt, es ist wirklich, wirklich klein und Sie sehen hier auch, sozusagen den Atomkern und die

Elektronenhülle hier nicht im richtigen Verhältnis dargestellt. Und es wäre eben so, dass falls der

Kern einen Millimeter ist im Durchmesser, hätte diese Hülle von einem Beispielatom circa um die

100 Meter. Das heißt, das Verhältnis ist um einiges kleiner, also kein winzig. Genau, hier noch

vielleicht können wir diese Atome sehen, also haben wir Methodiken, wie wir sozusagen uns

ansehen können. Sie sehen hier ein Bild, das ist ein echtes Bild, also das kann man auch so sehen.

Sie sehen hier einen Durchmesser von 0,5 Nanometer. Nanometer ist geläufig, das ist 10 hoch minus 9

und das wäre ein Mikroskopaufnahme vom Grafit. Grafit ist eine Bindung aus Kohlenstoffen und

die Kohlenstoffe bilden so sechs Ringe und das ist sozusagen das, was sie auch im Bleistift haben.

Und es sind so Schichten und Sie sehen hier diese sechs Ringe, also das kann man etwas erkennen,

dass sozusagen hier diese Ringförmige oder diese Struktur auch herrscht. Das ist das Maximale,

sozusagen, wo man sagen kann, es geht in Richtung Atome, dass man es sieht. Und so Tunnelmikroskope,

es gibt einige auf der Welt, also es gibt auch auf der TU eines und das sieht etwas so aus wie ein

U-Boot, wo man so hinein sieht. Und es werden die Substanzen vorher wirklich präpariert und dann eben

mit energetischer Strahlung, Elektronen, Röntgenstrahlung und so weiter beschossen. Und man

sieht sozusagen dieses Beugungsmuster, wo diese Elektronen zurückkommen. Gut, jetzt kurz zu diesen

Einheiten. Also wir hatten jetzt schon vorher dieses Femto und die Nano und hier eine Darstellung,

wo Sie sehen, hier hätten Sie sozusagen 1 und 10 hoch 0, das wäre 1. Und ein Zehntel davon,

das wäre sozusagen 10 hoch minus 1 oder 0,1 und in unserer Sprache sagt man dazu sozusagen Deziliter.

Sie kennen das wahrscheinlich aus dem Deziliter, das ist das Ehre. Sie haben aber auch dann sozusagen

das Nächste, wenn wir in Richtung Kleineren gehen, wäre ein Hundertstel, das wäre 10 hoch minus 2,

0,01 und das hätte sozusagen den Präfix Zenti, wäre das Hundertstel. Sie haben dann aber sozusagen

das Nächste wäre das Tausendstel, 10 hoch minus 3, 0,001 und das ist die Präfix Milli. Und mit

Milli kennen Sie auch die Milliliter, Millimeter und so weiter und in weiteren Schritten geht es

meistens in so Dreierschritten. Also Sie haben Milli, dann haben Sie das Millionstel, das ist

Mikro. Mikro ist klein, das ist 10 hoch minus 6. Sie haben auch eben oft Mikrometer oder Mikroliter,

wenn Sie irgendwann einmal etwas pipetieren werden, dann sind Sie sozusagen im Milliliter,

das sind 1000 Mikroliter, also das sind diese Stufen. Sie hätten dann weitergehend noch die

Nano. Nano ist 10 hoch minus 9, das ist sozusagen nochmal 3, nochmal ein Tausendstel kleiner. Ich

denke bis hierher, bis Nano kann man sich das merken und hat man auch normalerweise im Sprachgebrauch.

Nanometer ist etwas schon kleiner, aber was ist in dieser Größenordnung, wenn Sie später einmal

sich beschäftigen mit Bakterien oder mit Viren, dann kommen Sie in diesen Bereich. Vielleicht

eine Fangfrage, wie groß glauben Sie ist ein Bakterium?

Circa.

Ist es einen Millimeter groß, ist es einen Mikrometer groß oder ist es einen Nanometer

groß? Nanometer? Etwas klein. Ja, gern. Mikrometer, guter Tipp, passt. Also,

Mikrometer, Bakterien sind im Mikrometerbereich. Natürlich gibt es kleinere oder größere,

aber das ist der Größenbereich. Wenn wir jetzt sozusagen, sind Viren größer oder kleiner als

die Bakterien? Kleiner. Viren sind kleiner als die Bakterien und wenn wir uns jetzt Viren ansehen,

Viren wären im Nanometerbereich, aber nicht sozusagen ein Nanometer, sondern um die 50 bis

100 Nanometer. Je nachdem, wie ich es messe, weil Viren haben ja auch einen verschiedenen Aufbau mit

Hülle, mit den Spike-Proteinen und des, also kennen wir mittlerweile. Gut, das heißt, Sie

brauchen das irgendwann wahrscheinlich auch. Wenn wir jetzt nach oben gehen, haben wir weder die 1,

dann haben wir 10, dann haben wir 100, 1000 und da kommen auch die Präfix Kilo. Kilo ist hier für

3, das ist für 10 hoch 3, das ist 1000. Das wären dann sozusagen Kilogramm oder Kilometer,

kennen Sie auch alle. Und das nächste ist dann Mega. Mega ist 10 hoch 6, das kennen Sie von den

Bytes, Megabyte. Und dann kommt das nächste, das ist Giga, ein Gigabyte, kennen wir auch im

Umgangssprachlichen. Das wären dann 10 hoch 9 Bytes und dann kommt 10 hoch 12, wären die Terabyte.

Und dann wird es, kennt man es nicht mehr, also ich persönlich kenne es dann nicht mehr wirklich,

das wären dann 10 hoch 15 wären Peta oder eine Trillion wären extra 10 hoch 18. Gut,

was merken wir uns von dem? Dass wir ein paar Präfixe, uns merken diejenigen, die wir auch

sozusagen wahrscheinlich einmal brauchen oder eh schon verwenden. Und dann ist noch die Frage,

also das wären jetzt die SI-Präfixe, vielleicht kurz SI. Es gibt ein eigenes System, die

International Dünité, das ist eine eigene Organisation, die sich mit Einheiten beschäftigt.

Und da gibt es auch gewisse SI-Einheiten, das nennt man so. Und hier gibt es zum Beispiel eben

die Länge, die Masse, die Zeit, die Temperatur und die Stoffmenge. Es gibt noch zwei weitere.

Vielleicht jemand, der erraten kann, oder was gibt es noch für SI-Einheiten?

Ja, die Lichtstärke, genau, die Kalendula, genau und eine gibt es noch, ja. Na,

sie wird, ist anderes, es gibt abgeleitet, also wirklich die SI-Einheiten, bitte gerne da hinten.

Genau, die Stromstärke, also die Ampere, genau. Die zwei aber eher in der Physik, also hier einmal

diese fünf hervorgehoben. Und es gibt immer sozusagen diese Größe, dann gibt es ein Einheitssymbol

und dann gibt es die Einheit und das Einheitszeichen. Und ein Begriff, der hier, den wir in der Chemie

uns genauer ansehen werden, ist die Stoffmenge. Also Menge ist eine Anzahl hier mit dem Symbol

N und vielleicht haben Sie das oder hoffentlich haben Sie das auch schon einmal gehört, das ist

das Mol, auch mit der Abkürzung Mol. Und da hätte ich nachher noch ein kleines Video, vielleicht,

dass man das ein bisschen besser greifbar machen kann, weil Einheiten sind oft nicht so spannend,

aber es ist relativ wichtig und auch sozusagen für unsere Gesellschaft eben diese sieben,

dass wir die wirklich gut definiert haben, wichtig. Genau, zunächst aber noch kurz,

oder wollen Sie das Video gleich sehen und dann eine Pause machen oder gleich das Video,

das würde hier bleiben, okay. Dann probieren wir das.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Ich werde sehr vorsichtig sein. Ich verspreche, dass ich sehr vorsichtig sein werde. Ich werde sehr vorsichtig sein.

Verstehen. Hatten Sie was gehört?

Ich verspreche.

Okay, es ist schlimm, seien vorsichtig.

Ich verspreche.

Okay, sind wir bereit?

Ich werde eine 1 kg Sphäre von Silikon 28 Atomen anfassen. Das sind etwa 2,15 x 2,15 kg.

Okay, sind wir bereit?

Gut.

Okay.

Gut.

Okay.

Okay.

Gut. Es funktioniert leider nicht. Ich muss später dann fragen, wie es ist mit der Audio-Datei, aber wir können uns das noch einmal ansehen.

Ich glaube, wir sehen uns das später noch an. Wir könnten jetzt, passt das für Sie, wenn man 10 Minuten Pause?

Ja, 10 Minuten Pause um 5 vor 10, dass wir uns wieder treffen und ich schaue, ob ich das jetzt noch zusammenbringe. Ansonsten morgen haben wir auch noch eine. Passt, danke.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Okay.

Gut, dann würde ich sagen wir starten mit dem zweiten Teil. Also wir starten mit dem

zweiten Teil, vielleicht werden wir nicht ganz bis zum Ende kommen heute von dieser

Einheit, aber wir können uns sonst morgen noch den Restmilitäriumssystem ansehen.

Okay, wir waren jetzt bei den SI-Einheiten und wir hatten hier schon betrachtet eben das

MOL und wir sehen uns das jetzt ein bisschen genauer an, die atomaren Einheiten. Und hier

haben wir eben das MOL. Hier wichtig, das MOL ist eine Anzahl an Teilchen. Wenn Sie das noch

nicht sozusagen so intus haben, ist es vielleicht am einfachsten den Vergleich mit einem Dutzend

zu ziehen. Vielleicht kennen Sie den Begriff eines Dutzends, das sind zwölf Stück, zwölf,

eine Anzahl. Und ein MOL ist sozusagen auch eine Anzahl von etwas. Ein MOL sind 6,022 mal 10 hoch

23 Teilchen. Hier zu bedenken, hier gibt es viel mehr Klein- sozusagen Nachkommastellen,

hier aber sozusagen für uns reicht es. Das heißt, das MOL sind diese Anzahl an Teilchen. Und es

gibt auch eine Konstante, sozusagen die Avogadro-Konstante, die mir das bezeichnet. Das

wären 6,022 mal 10 und 30 pro MOL. Und jetzt ist die Frage, wie kommt man auf diese Anzahl oder

was ist hier ein gewisser Bezugspunkt? Und es war ein Bezugspunkt bis 2019, waren das eben so,

dass wir das gesagt worden sind, ein MOL, das sind diese Anzahl der Teilchen, sind genau diese

Teilchen, also die Anzahl, die eben in 12 Gramm von dem Kohlenstoffisotop C12 enthalten sind. Das

heißt, wir haben hier einen Bezug der Anzahl der Teilchen der einen Si-Einheit auf eine andere Si-Einheit

mit Gramm. Und das war lange der Punkt und das, was wir jetzt leider nicht gesehen haben in dem

Video, wir werden das morgen nachholen, ist eben, dass das Kilogramm auch definiert war. Das Kilogramm

war bis 2019 definiert auf das Urkilogramm. Das war ein Zylinder, wo man gesagt hat, das ist ein

Kilogramm. Und ab 2019 gibt es einen neuen Bezugspunkt und das ist eine Siliciumkugel. Also,

wir sind vom Kohlenstoff in Richtung Silicium gegangen, was sehr spannend ist, finde ich,

weil sozusagen Kohlenstoff ist das Organische und Silicium brauchen wir immer mehr mit den Chips

und dem Mahlen. Also auch hier haben wir diesen Übergang. Und hier hat man eine Kugel und diese

Kugel hat man geformt und diese entspricht sozusagen auch diesen einen Kilogramm. Jedoch

ist dieses Silicium aus einem Eingristall und mit einem Reihen aus dem Silicium 28 auch ein Isotop,

das werden wir uns auch später ansehen, was das genau bedeutet. Ein Isotop. Jedenfalls hat man

bei dieser Kugel kann man die Anzahl der Atome bemessen. Und jetzt hat man nicht mehr sozusagen

das Kilogramm über einen Kilogramm bezeichnet, sondern ein Kilogramm sind nun 21,5 mal 10 nach

24 Silicium 28 Atome. Das heißt, es ist ein bisschen ein Umdenken und das Ganze hat auch

eine Auswirkung sozusagen auf das Mol, weil das jetzt nicht mehr sozusagen auf das Kilogramm,

also auf das Urkilogramm ist, sondern prinzipiell ist alles gleich geblieben,

nur als Hintergrund eben wie wir unsere Bezugspunkte haben. Früher hat es auch einen

Urmeter gegeben. Dann ist man übergegangen auf Licht, also das Ganze über Naturkonstanten

bestimmt wird und da sind wir heute. Gut, das war jetzt das Mol. Eine andere Einheit,

welche wir auch in der Chemie haben oder in der Physik auch, ist die atomare Masseneinheit U.

Diese werden Sie nicht so oft mehr sehen, aber hier als Vollständigkeit, Atomic Mass Unit.

Manchmal sehen Sie dann auch Dolton oder Kilodolton. Das ist sozusagen, haben wir das

eine in das andere übersetzen. Und das Ganze, ein U sind sozusagen 1,66 mal 10 nach 27 Kilogramm.

Warum verwendet man sozusagen diese kleineren Einheiten? Weil eben die Atome so klein sind.

Genau, und was hat hier den Vorteil? Ein Atom, C12, hat sozusagen die Masse von 12 U. Ich könnte

das auch umrechnen dann in Kilogramm mit eben der Umrechnung von U in Kilogramm. Jetzt ist es aber

so, dass ein Mol sozusagen, der Molbegriff von diesen C12-Atomen hat die Masse von 12 Gramm.

Das war ja diese Definition sozusagen, dass 12 Gramm vom C12 sozusagen ein Mol sind. Und hier

haben wir einen neuen Begriff, eben die molare Masse. Das werden Sie öfter sehen, sind die Gramm

pro Mol. Das ist eine Einheit, also die Molmasse, dass wir sozusagen umrechnen können von Teilchen

auf etwas, was wir auch einwiegen können. Und das Ganze ist so, wir werden das sehen im

Periodensystem, dass ein einzelnes sozusagen, dieses C12, das werden Sie dann später sehen,

diese Molmasse, zum Beispiel das Kohlenstoffatom hier C hat sozusagen 12 Unit oder ein Mol hat

sozusagen 12 Gramm. Das heißt, C hätte 12 Gramm pro Mol, also der Kohlenstoff, wenn das C12 ist.

Und das Ganze steht im Periodensystem. Das kann man dort herauslesen und das steht auch dort

drinnen. Das braucht man nicht sich auswendig merken. Wie mache ich jetzt sozusagen das aber,

wenn ich die Acetylsalicylsäure hernehme? Das wäre das Aspirin. Hier sehen Sie, dass Sie

verschiedene Atome haben. Sie haben hier verschiedene Atome und sozusagen das ist eine

Verbindung und man addiert einfach die einzelnen Molmassen, die einzelnen Massen dieser einzelnen

Teilchen zusammen. Das heißt, es wäre, wenn wir H2O haben und der Wasserstoff hat sozusagen die

molare Masse von circa 1, also das ist nicht genau 1, das werden wir dann später sehen. Der Sauerstoff

hat sozusagen 16 und wir haben H2, das sind zwei sozusagen von diesem Wasserstoff. Das heißt,

wir haben 1 plus 1 plus der Sauerstoff hat 16, das heißt, die Molmasse wäre 18, 18 Gramm pro Mol.

Sie werden es dann auch sehen. Und man kann das auch sozusagen umrechnen, das werden Sie vielleicht

auch schon gesehen haben in Ihrer Schullaufbahn, dass wir sozusagen M, die Masse in Gramm, die

Stoffmenge in N, die Abkürzung, hier Minimol und wir haben dann die molare Masse in Gramm pro Mol.

Hier ein Tipp, wenn Sie sich die Einheiten merken, dann können Sie das immer ineinander umrechnen,

weil Sie wissen sozusagen, wenn Sie hier haben Gramm und Mol, wenn Sie hier durchdividieren,

durch Mol haben Sie Gramm pro Mol, das heißt, Sie können das immer sozusagen richtig auf die

eine Seite stellen. Sie haben hier Gramm und Mol mal Gramm pro Mol, das ist sozusagen auch,

man kann die Einheiten so wegkürzen, dann muss das stimmen oder Sie können sich das anders merken,

wie zum Beispiel M gleich N mal N, also dass Sie wissen, wo die Stellungen sind,

sozusagen wie man etwas rechnet. Einfach, wenn Sie die Einheiten nehmen und mitrechnen,

dann können Sie das sich merken. Gut, jetzt haben wir einmal die ersten Begriffe,

SI-Einheiten und jetzt wird es etwas geschichtlicher, dass wir uns ansehen,

wie hat sich das entwickelt. Da ist jetzt die Frage, woraus besteht die Welt oder wie ist

diese Materie aufgebaut und es sind grundsätzliche Fragen, die sich die Menschheit schon vor längerem

oder vor langem gestellt hat und was Sie heute eben überliefert haben, ist sozusagen, wo das

anfängt in der Geschichte von der Chemie, ist bei den Griechen und auch bei den Griechen hat es die

Naturphilosophen gegeben, also da war noch mehr die Philosophie und die Naturwissenschaft war

gemeinsam, weil sich die Menschen Gedanken gemacht haben sozusagen und da gibt es auch

verschiedene Strömungen, die Naturphilosophen oder hier zum Beispiel eben, dass 500 vor Christus eben

schon den Herrn Demokrit gegeben hat und dieser hat eben zum Beispiel, da ist die Überlieferung

auch da, vielleicht gibt es andere Menschen, die sich genauso Gedanken gemacht haben oder die

Ägypter, dass die ein eigenes System auch schon hatten, aber das ist jetzt das, was Überlieferung

ist und diese haben gesagt, die Philosophie von ihnen war, dass sich eben die Materie aus

diesen kleinsten Bausteinen zusammensetzt, welche unteilbar sind und von daher kommt auch der Begriff

Atomos und es war sozusagen, Sie sehen hier, ist eine lange Zeit dazwischen, also 500 vor Christus

und 1808, das ist etwas lang, aber warum komme ich jetzt zu dem zweiten Punkt, hier ist es so,

dass sozusagen ab 1800 sowas hat sich die Wissenschaft stark weiterentwickelt und auch

die Geschichte sozusagen oder die Naturwissenschaft hat da wieder stärker begonnen und auch die

Überlieferungen mit allem möglichen, der Forschung, dem Buchdruck und so weiter. Hier

aber jedoch hervorgehoben, es gibt den Herrn John Dalton und dieser hat sich eben mit der Chemie

beschäftigt und hier auch spannend, a new system of chemical philosophy, man sieht auch hier,

Philosophie und Naturwissenschaften waren damals noch stärker miteinander verbunden, als sie heute

anscheinend sind, es ist mehr getrennt und er hat diesen Begriff des Atoms wieder aufgenommen und

hat ein Atommodell quasi beschrieben, mit einfachsten, also mit Gedanken noch mehr, also weniger mit

Experimenten und was hat er gesagt, was sehr spannend ist, weil gewisse Dinge auch heute noch

wirklich gültig sind. Er hat eben gesagt, dass jeder Stoff, den wir sehen, aus eben diesen kleinsten,

nicht weiter teilbaren, kugelförmigen Teilchen den Atomen bestehenden, also wir selbst, alles,

alles was es gibt sozusagen in unserer Welt und dass eben alle Atome von diesem gleichen Element

hier haben das gleiche Volumen und die gleiche Masse und die Atome unterschiedlicher Elemente

unterscheiden sich sozusagen in Masse und Volumen und er hat hier aber, Atome sind unzerstörbar,

das wissen wir heute, das gilt nicht, weil sozusagen auch Atome, Kernspaltung zerstört

werden können, sozusagen geteilt werden können, aber was doch stimmt, ist sozusagen diese chemischen

Reaktionen können sie nicht erzeugt oder vernichtet werden. Das war auch damals, waren ja die Chemiker

auch die Alchemisten, den Begriff kennen sie vielleicht auch und das, was man umgangssprachlich

weiß von den Alchemisten ist, dass sie aus Blei Gold machen wollten und was Blei Gold machen,

theoretischerweise wäre es heutzutage quasi möglich mit Kernfusion und Kernspaltung,

vielleicht, jedoch nicht über chemische Reaktionen, weil Chemie beschäftigt sich

nicht der Hülle der Atome. Genau und bei chemischen Reaktionen eben kommt es zu einer

Neuanordnung und zu einer Umordnung von diesen Atomen, das heißt manche haben eine Bindung

miteinander und es kommt zur Umordnung, sozusagen diese Bindungen werden aufgebrochen oder gebildet

durch chemische Reaktionen. Hier nur ein paar Beispiele von Namen, die in der Geschichte,

sozusagen von Experimenten, die überliefert sind, etwas zum Anschauen. Es hat sich aber hier sehr

viel getan in dieser Zeit. Sie sehen auch hier jetzt, sind circa 100 Jahre dazwischen, auch da

hat sich die Wissenschaft entwickelt, jedoch war es dann so um 1900, also vor nicht circa 100 Jahren,

dass sich sehr viel getan hat in dieser Wissenschaft mit den Theorien. Hier war ein

Herr, Herr Ernest Rutherford und was hat der gemacht? Er hat auch Experimente gemacht,

sozusagen wie schaut der Aufbau der Materie aus. Damals wusste man schon, okay, es gibt gewisse

Ladungen, es ist positiv und negativ geladen. Es hat so ein Rosinenkuchenmodell gegeben,

wo man glaubt, es gibt sozusagen einen Klumpen, der aussieht wie ein Rosinenkuchen und der Teig

ist positiv geladen, die Rosinen sind negativ geladen. Jetzt hat er einen Streuversuch gemacht

und er hat sich probiert, er hat eine Goldfolie genommen, diese Goldfolie ganz, ganz dünn aus

sozusagen gezogen oder gewalkt sozusagen oder plattiert und dieser Goldfolie ist wirklich nur

ein Hauch, also ein paar Atomlagen und er hat dann hier mit einem, also einem Alphastrahler sozusagen,

also er hat gewisse Teilchen auf diese Goldfolie geschossen und er hat sich angesehen, wie diese

Teilchen sozusagen von dieser Goldfolie gestreut werden. Das heißt, ich schieße mit kleinen,

positiv geladenen Teilchen auf Gold und schaue mir, wie sieht das sozusagen danach aus und das

Spannende, was Sie hier auch sehen, ist, dass der meiste Teil von diesen Teilchen gerade durchging.

Das heißt, obwohl da Materie ist, sind die sozusagen durchgegangen und hinten kam das

größere Signal. Sie sehen aber auch, einige Teilchen sozusagen wurden abgelenkt und ganz

wenige kamen wirklich zurück. Was hat er daraus sozusagen, was ist die Aussage von diesem

Experiment, von dieser Beobachtung? Er hat ein gewisses Modell aufgestellt und hat gesagt,

okay, es muss irgendwie, die Materie muss so aussehen, dass die meisten Teilchen hindurch

gehen. Das heißt, da ist eigentlich keine Masse da, was das streuen kann, aber es gibt auch

massereiche Teile, aber die sind im Vergleich sehr gering und somit hat er einen Atomkern,

dass sozusagen der Atom ein Kern ist und eine Elektronenhülle und ein Atom besteht aus einem

positiv sehr kleinen Kern, wenn er mit ist und da drin ist nahezu die gesamte Masse enthalten

und eine Hülle mit diesen negativen Elektronen und das war sozusagen das erste Modell, wo man

sagt, okay, es geht schon in eine Richtung. Diese Modelle wurden ständig weiterentwickelt,

also es gab auch Personen dazwischen, die hier Ideen einbrachten mit Publikationen und so weiter

und ein sehr, sehr bekanntes Atommodell, also heute noch immer sehr bekannt, ist das Atommodell von

Herrn, das Borsche Atommodell von Herrn Nils Bohr und was hat der Herr Bohr gemacht? Herr Bohr hat

sich Spektrallinien, das heißt, er hat mit Licht oder Emissionen von gewissen Gasen experimentiert

und was er sozusagen gesehen hat, dass es gewisse Energieniveaus gibt, sozusagen, die aufgenommen

oder emittiert werden. Es gibt sozusagen, das ist das und er hat hier gesagt, es gibt eine Quantelung

der Energie, das heißt, es gibt nicht sozusagen eine kontinuierliche Energie, sondern in diesen

Bereichen gibt es sozusagen wie so Energiepakete, die Quantelung. Und er hat gesagt, die Elektronen

befinden sich auf gewissen Kreisbahnen, sozusagen, nur in gewissen Bereichen halten sich diese

Elektronen auf, nicht überall und diese Elektronen können nur gewisse Energiewerte annehmen und

ein Elektron kann eben dieses Energieniveau nur durch die Aufnahme und Abgabe von einer

diskreten Energiedifferenz ändern. Das heißt, wie wäre das zum Beispiel, wenn wir uns vorstellen,

hier wäre der Atomkern und sie hätten hier die verschiedenen Schalen, das wären die Tische und

die Elektronen können nur auf diesem Tisch, also auf diesem Energieniveau sein oder sozusagen eine

Energiedifferenz erhalten, die von diesem Tisch auf diesen Tisch geht, aber sie können sich nicht

dazwischen aufenthalten. Das heißt, es ist diese Quantelung und das ist ein wichtiges Prinzip, das

werden wir auch sehen. Jedoch gab es bei diesem Atommodell Widersprüche zur klassischen Physik.

Sie sind divers, also es wäre zum Beispiel eben auch, dass sozusagen diese Elektronen,

sie bewegen sich um sozusagen diese Schale oder warum fallen die Elektronen, die ja negativ

geladen sind, nicht in diesen Kern hinein. Wenn sie sich bewegen, müssten sie Energie abgeben

und so weiter. Also es war ein Modell, aber es gibt viele Widersprüche. Trotzdem ist es auch heute

noch ein sehr oft verwendetes Modell und man kann es auch sozusagen einfach anschaulich machen,

es ist aber nicht richtig. Was wir uns aber hier herauslesen können ist, dass wir uns kurz das

ansehen. Wir sind auf dem Niveau Atomschalenmodell und wir haben hier im Kern haben wir sozusagen

diese positive Ladung, das sind die Protonen, aber es gibt auch im Kern die Neutronen. Neutronen

sind auch Kernteilchen, welche keine Ladung haben, aber eine Masse. Zwischen diesen Protonen und

Neutronen gibt es Kernkräfte, das sind ganz kleine, sehr kurz Distanz wirksame, sehr starke

Anziehungskräfte und das ist auch sozusagen, was diesen Kern zusammenhält und durch das,

dass die so stark sind, wenn sozusagen der Atomkern gespalten wird, werden diese Kräfte

frei und es kommt zur Energie. Jedenfalls eben haben wir noch die Elektronen in der Hülle.

Hier sehen sie nur schematisch, wie diese angeordnet sind. Was jedoch hier wichtig ist,

wir haben schon gesehen, dass Elemente sind neutrale Teilchen. Das heißt, wenn wir im

Periodensystem sozusagen so ein Element uns ansehen und das aufzeichnen, dann haben sie

gleich viele Protonen wie Elektronen in diesem Element und das hier zum Beispiel wäre das

Kohlenstoffatom. Hier haben wir sechs Protonen und sechs Elektronen. Gut, hier sehen wir auch,

dass die Masse eben von den Elektronen ist sehr, sehr klein. Gut, wie ist es nun weitergegangen?

Also wir haben schon gehört, das Porsche-Atommodell war jetzt nicht das Letzte. Wir sehen es oft noch

auch in gewissen Fernsehserien, wo wir einen Kern haben und die Elektronen schwirren so herum.

Jedoch ist es nicht das aktuell gültige Modell. Es war damals schon, dass der Herr Louis de

Prolly hat, also damals wusste man schon, zum Beispiel Licht hat, es gibt Photonen und es gibt

aber auch die Lichtwelle. Das heißt, es gibt auch bei Licht quasi Teilchen, aber auch Welle. Also

Licht ist Teilchen und Welle und das ist sozusagen dieser Welle-Teilchen-Dualismus.

Das heißt auch, und der Herr Louis de Prolly hat damals, ich glaube es war sogar seine Doktorarbeit,

also sehr, sehr früh in seiner Laufbahn aufgestellt ein Postulat, okay, dass nicht

nur das Licht sozusagen diesen Welle-Teilchen-Dualismus hat, sondern auch Materie und

hat diesen Begriff der Materiewellen postuliert. Und es war damals, also ihr habt nur etwas die

Geschichte gelesen sozusagen von diesen Physikern und es war ein Widerspruch, also es war so ein

Paradigmenwechsel. Sozusagen dieser wellenmechanistische Ansatz ist, oder die Quantenmechanik selber,

die sich daraus entwickelt hat, steht im Widerspruch zur klassischen Physik. Also sehr spannend und

er war eben auch ein junger Wissenschaftler. Und was können wir eben hier sehen? Hier nur ganz

kurz diese Formel. Die Wellenlänge sozusagen, das ist ein Charakter von einer Wellenwelle und Sie

sehen hier P mit dem Impuls und der Impuls hier noch einmal zeigt, P ist die Masse mal der

Geschwindigkeit, das heißt es ist eine Teilchen-Eigenschaft. Und das Ganze ist verbunden

eben mit dem Blankchen-Wirkungsquantum, seine Konstante und sozusagen das eine steht mit dem

anderen in Verbindung. Und hier haben Sie vielleicht schon einmal das Doppelspalt-Experiment gehört.

Falls nicht, hier nur eine kleine Erklärung, aber Sie könnten das auch sich noch einmal in

einem Video ansehen. Es ist sehr spannend, weil was hier gemacht wird, Sie haben ein Experiment und

Sie haben einen Spalt und Sie nehmen ein Atom oder ein Elektron und Sie schießen das auf diesen

Spalt hindurch. Und jetzt ist es so, dass was Sie sehen, wenn Sie einen Doppelspalt haben,

was Sie beobachten können, ist hinten ein Interferenzmuster, so ein Beugungsmuster. Das

heißt, das ist wie wenn zwei Wellen sozusagen sich überlagern und Sie haben dann dieses Muster

dahinter. Und das bekommen Sie bei Elektronen sozusagen und das zeigt diesen Wellencharakter.

Wenn Sie jetzt nun aber hier eine Messung durchführen bei einem dieser Spalte und definieren,

wo geht diese Welle hindurch, sozusagen einfach diese Charaktereigenschaft des Teilchens auslesen,

sehen Sie ein anderes Bild dann dahinter. Das heißt, ist es jetzt Teilchen oder ist es Welle?

Es hat beides von den Eigenschaften her. Und das Spannende ist, es geht nicht nur mit Elektronen,

sondern Sie können auch Materie hier, also relativ große Moleküle wie zum Beispiel Fularene, das

sind so Kohlenstoffwelle, mit denen ist auch das Experiment gemacht worden und auch diese

Fularene zeigen dieses Beugungsmuster. Und eben, das ist je nach Art der Messung, ist eben dieses

Elektronenteilchen oder eine Welle. Was gibt es noch für einen Begriff oder einen Wissenschaftler?

Das war der Herr Werner Heisenberg, der die Heisenbergische Unschärferelation aufgesagt hat.

Was ist das, was wir uns herauslesen? Also er hat gesagt, dass es eben unmöglich ist, den Impuls,

das ist die Geschwindigkeit und die Energie und den Ort von einem Elektron gleichzeitig und exakt

genau zu bestimmen. Und daraus resultiert eben dann eine Unschärfe. Das heißt, entweder ich

bestimme den Energiezustand, weiß aber nicht genau, wo es ist, oder ich habe den exakten Ort,

aber kann den Energiezustand nicht genau zu machen. Was heißt es dann für uns? Okay, eben,

wenn ich einen exakten definierten Energiezustand habe, dann gibt es keinen exakt definierten Ort,

das heißt auch nicht diese Bahnen, aber sozusagen es gibt gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeiten,

das heißt es sind gewisse Räume, wo diese Elektronen wahrscheinlich sind. Und hier,

das ist noch komplizierter, ist die Schrödinger Gleichung, vielleicht auch hier wichtig,

also Herr Schrödinger war auch in Wien, Österreicher, und es gibt eine Wellengleichung

mit der Wellenfunktion und es gibt hier eine Wellenfunktion und warum ist das wichtig? Hier

kommt der Begriff des Orbitals hervor und das sozusagen berechnet uns dann auch,

man kann sich eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit eben dann berechnen. Was heißt es jetzt? Wir

merken uns den Begriff der Orbitale, ein Orbital ist sozusagen der Raum, wo sich dieses Elektron

aufhält. Und wir gehen jetzt weiter und das ist jetzt nun die Atomorbitaltheorie und da ist es so,

dass sich diese Elektronen je nach Energiezustand in einem gewissen Bereich aufenthalten, das heißt,

sie sind nicht mehr auf diesen Bahnen, sondern in gewissen Bereichen und diese Bereiche werden

Orbitale genannt. Das heißt, noch einmal zum Überblick, eine kleine, wie kann man sich das

vorstellen? Vorher hat es sozusagen den Atomkern gegeben und die Elektronen in der Hülle, aber

umgeordnet sozusagen. Dann ist es weiter eingegrenzt worden, wo sind diese Elektronen? Dann gibt es

sozusagen das Atomschalenmodell, das hier leider nicht dargestellt ist, aber ich hoffe, Sie können

sich das noch vorstellen mit diesen Schalen. Sie sehen das perfekt und es ist nur in der Folie

nicht. Und dann gibt es das Atomorbitalmodell und Sie sehen hier, sehen Sie sozusagen diesen Kern,

Nukleus und Sie sehen hier sozusagen diese Bereiche in verschiedenen Farben. Und hier sehen

Sie ja auch schon diese Abkürzungen, zum Beispiel das 1s-Orbital oder das 2s-Orbital und wir werden

uns das jetzt dann ansehen, wie das aufgebaut ist. Oder es gibt diese handelförmigen Orbital,

das sind andere Bereiche und das wäre das 2p-Orbital zum Beispiel oder das 2z-Orbital.

Da gibt es verschiedene Orbitale und das sind sozusagen diese Aufenthaltsbereiche der Elektronen

bei einem definierten Energiezustand. Und diesen exakten Energiezustand von eben diesen Elektronen

kann man eben mit den Quantenzahlen bestimmen. Die Quantenzahlen resultieren aus der Schrödinger

Gleichung und sind sozusagen solche Werte. Wir brauchen aber nicht die Schrödinger Gleichung

lösen können, aber was wir uns merken, sind eben diese vier Quantenzahlen, wo wir eben diesen

Energiezustand beschreiben können. Und es gibt hier die Hauptquantenzahl, die ist mit N bezeichnet

und diese ist auch sozusagen diese Schalen bezeichnet mir diese Zahl. Diese finden wir eben

auch im Periodensystem dann. Es gibt dann die Nebenquantenzahl, das hier ist ein kleines L

und hier sozusagen, diese charakterisiert mir die Form dieses Orbitals. Und Sie sehen hier,

diese Zahl L geht bis zur Zahl N bis minus 1, also kann 0, 1, 2, 3, 4 sein. Es gibt weiter dann eben

diese Zahlen und das, was wir uns merken werden, sind das S-Orbital, das P-Orbital, das D-Orbital

und vielleicht das F-Orbital, aber die sind ja schon sehr exotisch. Aber das Ganze eben,

dass Sie den Hintergrund verstehen, resultiert eben aus diesen Zahlen und aus dieser Schrödinger

Gleichung, wo das Ganze berechnet wird. Und es gibt dann noch die Magnetquantenzahl M,

diese gibt mir einfach nur an, also wenn die Magnetquantenzahl 0 ist, dann habe ich nur eine

Magnetquantenzahl, das heißt, es gibt nur ein Orbital von dieser Art. Das kann man sich auch

dann merken, also wir sehen das dann noch. Und es gibt dann die Spin-Quantenzahl, das ist eine

eigene, also ein Elektron hat quasi einen Drehimpuls und das hat, sagt man entweder Spin plus 1,5 oder

minus 1,5, meistens sagt man Spin-Up oder Spin-Down. Gut, das Ganze jetzt einmal so,

wir werden das alles noch sehen und verstehen dann auch. Hier noch einmal kurz zu den Orbitalen,

wie sehen diese aus? Also wir haben die s-Orbitale und diese s-Orbitale, von den s-Orbitalen gibt es

nur eines. Das Ganze ist eine kugelsymmetrische Form, also eine Kugel. Und hier den Hintergrund,

warum gibt es sozusagen nur s1? Weil diese Nebenquantenzahl 0 ist, dadurch ist die

Magnetquantenzahl 0, das heißt, es ist nur 1, das heißt, es gibt nur ein s-Orbital. Es gibt drei,

das nächste ist sozusagen das p-Orbital, diese sind durch sozusagen die Nebenquantenzahl l

gleich 1 definiert und hier gibt es m von minus 1, 0, 1, 3. Es gibt keine 5 p-Orbitale, sondern 3.

Das hier sind die d-Orbitale, hier im Blau sehen Sie diese, hier gibt es 5 verschiedene,

diese haben auch sozusagen verschiedene Formen und 5 d-Orbitale und dann gibt es noch die f-Orbitale

und hier gibt es 7 verschiedene. Das, womit Sie oder wir uns meistens beschäftigen, sind die s-

und die p-Orbitale, d-Orbitale kommen seltener vor. Sie sehen das auch schon hier, ein Beispiel,

wie man sich das vorstellt. Gut, vielleicht noch dazu eben, dass wenn Sie ein Elektron in

einem Atom haben, können Sie dieses eine Elektron mit genau diesen vier Quantenzahlen beschreiben.

Das heißt, wenn wir uns jetzt vorstellen, wir hätten ein Atom und die Elektronen sind Menschen,

quasi, dann hätten wir vier verschiedene Charaktereigenschaften oder äußere Eigenschaften,

wie wir diese Person beschreiben können und das wären eben zum Beispiel die Farbe der Kleidung

oder die Farbe der Haare, also so etwas, so könnten Sie sich das vorstellen. Das sind diese

vier Quantenzahlen und wenn Sie jetzt sagen, okay, Sie müssen an jedes dieser Elektronen sozusagen

mit diese vier Quantenzahlen beschreiben und wenn wir jetzt eine Nebenquantenzahl, also wenn wir in

der Hauptschale die Zahl n1 haben, dann haben wir in der Nebenquantenzahl sozusagen l1, die

Magnetquantenzahl, dann eine Elektronenkonfiguration, die Spin-Quantenzahl und das Ganze resultiert

daraus. Gut, vielleicht noch ein Beispiel, wie man das verstehen kann. Wenn Sie jetzt sozusagen,

vielleicht später, also wenn Sie jetzt sozusagen ein Atom besetzen oder wenn ein Atom besetzt wird,

dann haben Sie sozusagen immer verschiedene Energieniveaus und Sie besetzen immer mit den

niedrigsten und ein Beispiel dazu vielleicht, wenn wir uns vorstellen, ein Atom ist wie ein Haus und

die Elektronen sind sozusagen die Personen, die hineinkommen, dann sind die Orbitale die Räume in

einem Haus und je nach sozusagen Energiezustand sind verschiedene oder gibt es verschiedene Levels

von den Ebenen und Sie haben ein Atom und Sie hätten hier sozusagen im ersten Stock, das wäre

das Hauptniveau, die Hauptenergiezustand, hier hätten Sie einen Raum und in diesem einen Raum

hätten Sie zwei Sesseln und diese Sesseln können Sie mit den vier verschiedenen Quantenzahlen

beschreiben und diese Besetzung von diesem Haus passiert immer im niedrigsten Niveau. Das heißt,

das ist die erste Regel, was man sagt, das im niedrigsten Niveau. Es gibt eine zweite Regel,

das wäre das Pauli-Prinzip und das Pauli-Prinzip sagt, dass zwei Elektronen in einem Atom dürfen

nicht in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen. Das ist logisch, weil sonst wäre das eine Elektron

gleich dem anderen Elektron. Das heißt, sie müssen sich unterscheiden und aus diesem Prinzip kommt

heraus, dass pro Orbital maximal zwei Elektronen mit eben diesen entgegengesetzten Spin vorhanden

sind. Und dann haben wir noch die Hundsche-Regel. Hier ist es so, dass energiegleiche Orbitale,

also diese Orbitale, diese Räume zuerst mit einem Elektron besetzt werden und dann erst das

zweite Elektron in den selben Raum hineinkommt. Das können Sie sich auch so vorstellen, dass wir

hier noch einmal das Beispiel mit dem Haus veranschaulichen. Also hier hätten wir diese

Energiezunahme und das wäre sozusagen dieses Level. Sie hätten hier im ersten Stock einen Raum,

eins ist sozusagen dieser Hauptniveau und S wäre dieses Orbital, der Raum und hier hätten Sie zwei

Sesseln, sozusagen einer mit Spin-Up und einer mit Spin-Down. Im zweiten Niveau, hier ist es so,

dass im zweiten Stock, es gibt einen S-Raum, das ist der 2S-Raum und es gibt aber auch schon die

P-Räume und im P, hier gibt es drei Räume und diese drei Räume werden laut der Hundschen-Regel

eben zuerst mit einem Elektron besetzt und dann kommt das zweite hinzu, auch energetische. Das

Ganze bezeichnet man eben dann die Elektronenkonfiguration und Sie sehen hier, das hier

zum Beispiel, das ist Kohlenstoffatom und hier haben Sie, im Kohlenstoffatom haben Sie sechs

Elektronen und diese sechs Elektronen, wie werden diese nun verteilt auf die verschiedenen Räume

quasi oder wo sind diese und Sie sehen dann hier, ein Elektron wird mit einem Pfeil angeschrieben

und Sie sehen hier einen Pfeil in die obere Richtung, einen Pfeil in die untere Richtung

und Sie haben hier zunächst besetzt man das unterste Niveau, also man fängt von unten an,

man hat hier 1, 2 Elektronen, das heißt ich brauche noch 4, 4 und 5 und dann ist das nächste Niveau,

3 und 4 und hier ist 5 und 6 und hier gilt eben dann die Hundschen-Regel, das Verteilen sich auf

den anderen Raum. Das ist wie wenn wir in die U-Bahn einsteigen und hier ist ein Platz besetzt,

wir setzen uns auch auf den anderen Platz, also es wird sich verteilt, auch weil sozusagen,

wenn diese Spins zusammenkommen, ist energetisch, also von der Energie her,

hat das einen, es ist nicht ganz so günstig, es braucht einen Energieaufwand. Und das jetzt

zusammengefasst, die Elektronenkonfiguration wäre dann so ein Kohlenstoff, das ist eigentlich nur,

man kann den Kohlenstoff mit einem C beschreiben, aber ich kann sozusagen diesen Kohlenstoff auch

beschreiben mit eben dieser Beschreibung von diesem Atom, von den verschiedenen Energieniveaus

und wie viele Elektronen da drinnen sitzen und das wäre das 1s, hier unten sehen Sie das, 1s,

das wäre das Hauptenergieniveau, s, welches orbital, hoch 2, das ist die Summe der Elektronen,

die in diesem Orbital drinnen sitzen, dann haben Sie das zweite Niveau, hier gibt es auch einen

Raum, 2s, da sitzen auch zwei Elektronen drinnen und dann gibt es noch den 2p, hier sitzen auch

zwei drinnen, p und d, es wird zusammengefasst. Und eben hier kann man noch einmal sagen, eben,

dass jedes Element sich in dieser Verteilung unterscheidet und Sie haben hier eben dann

diese verschiedenen Dinge. Sie haben die Hauptenergieniveaus, Sie haben die Orbitalart

und Sie haben die Summe der Elektronen und hier haben Sie diese Begriffe noch einmal als Beispiele.

Sie können das dann alles auch im Tutorium üben, also es ist vielleicht jetzt etwas viel,

man muss sozusagen auch mit gewissen Begriffen umgehen, die man noch nicht ganz versteht,

prinzipiell ist es nicht schwer. Es ist rein nur diese Zusammenfassung der Elektronen,

wie sie halt besetzt werden. Und wenn Sie hier jetzt sehen, Sie hätten hier n, das ist das Symbol

für den Stickstoff. Sie sehen im Periodensystem, das sehen wir uns gleich an, Stickstoff hat sieben

Elektronen, wie werden diese Elektronen verteilt und hier sehen Sie sozusagen wieder dieses 1s

Orbital, hier sind 1, 2, 3, 4 und 5, 6, 7 in den p-Orbitalen. Warum ist das auf diesem Niveau

jetzt wichtig? Sie werden das wiederfinden in der organischen Chemie, hier werden Sie auch,

vor allem mit dem Kohlenstoff, sich das ansehen. Und man fasst dann einfach bei der Elektronen

Konfiguration sozusagen, man summiert es auf, 1s hoch 2, 2s hoch 2 und 2p hoch 3. In Summe dann

hier wieder die Elektronen, 3, 2, 2 ergibt 7. Gibt es dazu Fragen?

Okay, sehr gut, dann haben wir die Elektronenkonfigurationsübung geschafft

und gehen noch einmal weiter in Richtung dem Periodensystem. Das Periodensystem der Elemente,

wahrscheinlich kennen Sie alle dieses Bild von dieser Tabelle, das ist die Langform von dem

Periodensystem und hier ist es so, dass es auch dafür eine Entwicklung gibt sozusagen oder wie

ist es entstanden oder wer hat es aufgestellt und wie hat man das gesehen oder wie aufgebaut

sozusagen. Und da hat es auch jetzt vor 150 Jahren den Herrn Dimitri Mendelejev und den Herrn Lothar

Mayr gegeben. Davor hat es schon einige gegeben, danach auch, wobei diese beiden eben die Begründer

für das heutige, gültige Periodensystem genannt sind. Und das Spannende hier ist, dass diese zwei

Herren sich nicht kannten und auch die wissenschaftliche Arbeit von beiden, also von

den jeweils anderen nicht bekannt war. Der Herr Mendelejev in Russland, ja auch in griechischer

Sprache, also Schrift und der Herr Lothar Mayr eben in Deutschland. Und was hier gemacht worden

ist, man hat schon gesehen, dass eben man hat ein paar Elemente gekannt und man wusste auch, sie

haben eine gewisse Masse. Und man hat diese hier eben nach der Masse gereiht und was man auch schon

wusste ist, dass es sozusagen sich wiederholende Eigenschaften, dass es wiederholende Eigenschaften

gibt bei den Elementen und man hat diese auch eben in so Perioden gereiht. Und Sie sehen diese

Ursprungsformen und das Spannende war aber auch, vor allem der Herr von Herrn Mendelejev war

überliefert, dass er auch schon gewusst hat, wo ist ein Loch in diesem System, also wo ist ein

Element, was wir noch nicht kennen und er hat auch schon gewisse Eigenschaften von diesem Element

vorhersagen oder abschätzen können. Und das finden wir eben dann wieder im Periodensystem. Also aus

dem Periodensystem können wir auch Ähnlichkeiten von Elementen abschätzen. Und hier ist es so,

wir haben heutzutage das Langperiodensystem mit eben diesen 118 Elementen. Vielleicht haben Sie

das noch nicht so gesehen, dass es sozusagen so auseinandergezogen ist. Normalerweise sieht man

diesen Block von den Landanoiden und Aktenoiden heruntergesetzt, sozusagen wo diese hineingehören.

Und hier sehen wir auch wieder eine Aufteilung. Wir haben hier Perioden und Gruppen und hier

sehen wir uns noch einmal an, wie das eben heutzutage geordnet ist. Das Periodensystem

prinzipiell ist geordnet, nicht mehr nach der Masse, sondern nach der Anzahl der Protonen im

Kern. Und diese Anzahl der Protonen im Kern, also man fängt an mit 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 bis 118. Und

das, weil wir eben wissen, dass die Elemente neutrale Teilchen sind, sozusagen ist in diesem

Elementan oder in dem Elementzustand gibt es auch gleich viele Elektronen, sozusagen in der Hülle.

Das heißt, die Ordnungszahl Z ist die Anzahl der Protonen im Kern und gleich auch die Anzahl der

Elektronen in diesem neutralen Element. Es gibt dann eine Massezahl, das ist die Massezahl A und

das ist die Summe eben aus Nukleonen, also das sind die Protonen und die Neutronen im Kern.

Neutronen sozusagen haben die gleiche Masse wie die Protonen, aber keine Ladung. Und jetzt ist

es so, dass eben ein Element definiert ist über die Protonen. Das heißt, wenn ich einen Proton

habe, das ist immer der Wasserstoff, zwei ist Helium. Jetzt ist es aber so, dass diese Elemente

auch verschiedene Anzahlen von Neutronen haben können. Das heißt, wenn ich den Wasserstoff habe,

kann der einen Proton und einen Neutron haben, aber er kann auch sozusagen also rein nur ein

Proton haben oder ein Proton und ein Neutron, ist noch immer der Wasserstoff, oder er hat ein Proton

und zwei Neutronen und der ist noch immer der Wasserstoff. Und diese Typen sozusagen, die eine

verschiedene Neutronenanzahl im Kern haben, diese nennt man Isotope. Sie sind prinzipiell das gleiche

Element, aber verschiedene Isotope dazu. Und hier eben dieses Beispiel, man sieht auch hier schon,

dass man sozusagen, hier noch einmal, sozusagen ein Isotop wäre ein Nuklid und ein Nuklid ist

das genaue Definition von Protonen- und Neutronenanzahlen. Sie sehen, hier wäre das

Elementsymbol mit M, hier mit M und hier heroben haben sie die Massezahl, das ist sozusagen die

Summe aus Protonen und Neutronen und hier unten hätten sie die Ordnungszahl. Und hier als Beispiel

eben der Wasserstoff haben sie eine Bezeichnung aus, also für manche Isotope gibt es auch eigene

Namen. Das wäre hier der Wasserstoff, der nur ein Proton hat, das Protium oder das Deuterium.

Deuterium kennt man vielleicht oder das Tritium. Es gibt Tritium, also Reaktoren in der Kernfusion

oder Kernspaltung gibt es eben diese Begriffe dann sozusagen. Und eben das Tritium hier wäre

radioaktiv, das heißt, es hat eine gewisse Halbwertszeit, nach der sozusagen dieser Kern

zerfällt. Und hier sehen sie eben hier heroben die Massezahl, hier die Ordnungszahl und hier

können sie eben sehen, okay, die Ordnungszahl ist 1, die Massezahl 2, das heißt, es ist ein Neutron,

ein Proton. Gut, die relative Atommasse. Jetzt ist es so, dass wenn sie einen Haufen an Wasserstoff,

okay, nehmen wir ein anderes Beispiel, zum Beispiel Kohlenstoff. Wenn sie Kohlenstoff

in der Hand hätten, dann hätten sie diesen Kohlenstoff und der Kohlenstoff ist ein Isotopengemisch,

das heißt, sie finden hier verschiedene Isotope drinnen. Das heißt, es ist immer Kohlenstoff,

weil immer sechs Protonen im Kern sind, aber sie haben zum Beispiel eben das C12, was wir heute

schon gesehen haben, wo sie auch sechs Neutronen haben. Gibt aber auch C13 zum Beispiel, wo sie

sieben Neutronen haben oder C14. Hier haben sie acht Neutronen und immer sechs Protonen. Und

dadurch, dass es ein Gemisch ist, gibt es eben eine verschiedene Masse von diesem Element und

das ist diese relative Atommasse. Und das ist eben eine durchschnittliche Masse der Isotope eines

Elements. Und diese Isotope kommen auch in verschiedenen Anteilen fort. Und hier hätten

wir ein Beispiel, wenn sie jetzt Chlor hernehmen und sie haben Chlor als das Atom oder das Element

und von diesen Chloratomen, also wenn sie 100 haben, haben sie 75. Von diesen Chloratomen haben

eine Masse von 35 Unit oder 35 Gramm per Mold und 25 davon haben 37 Unit. Das heißt, es ist Chlor

Isotope 35 oder Chlor Isotope 37. Und diese relative Atommasse berechnet man einfach sozusagen

mit dem Anteil und der Masse und man kommt auf eine relative Atommasse und diese finden sie im

Periodensystem. Aber so kommt man dazu. Deswegen stehen dort keine ganzen Zahlen, weil es eben

ein Isotopengemisch gibt. Und das ist eben auch die molare Masse von Chlor. Es gibt gewisse Elemente,

die keine Isotopen haben. Da müsste ich jetzt nachsehen, welche das sind. Aber die meisten

bestehen aus so einem Isotopengemisch. Und wo kann man sich das zum Beispiel zunutze machen? Es gibt

zum Beispiel eine Radiocarbonmethode, also C14-Methode für eine Altersbestimmung. Vielleicht

haben Sie das schon einmal gehört. Und da ist es eben so, dass das Element Kohlenstoff hat

verschiedene Isotope, eben das C12. Das ist circa 99, nicht ganz, 98,9 Prozent. Das C13 1,1 Prozent

und das C14 ist in einem 10 hoch minus 10 Prozent sozusagen Anteil vorhanden. Jetzt ist es aber so,

dass sozusagen bei lebenden Organismen gibt es einen ständigen Austausch von dem Kohlenstoff.

Das heißt, wir nehmen Kohlenstoff zu uns, wir essen Zucker oder etwas anderes, wo der Kohlenstoff

beinhaltet ist und es gibt diesen Austausch, diesen kontinuierliche Aufnahme von allen Isotopen. Da

ist auch eine gewisse Menge an C14 vorhanden. Wenn jetzt sozusagen dieser Organismus stirbt,

dann gibt es diesen Austausch nicht mehr und sozusagen auch diese C14-Atome zerfallen

mit einer gewissen Halbwertszeit und sozusagen es gibt weniger C14. Und dieses Verhältnis zwischen

dem Gleichgewicht, also den normalen C14 und diesen weniger gemessenen, zerfallenen C14 kann

man verwenden für die Altersbestimmung, weil das sozusagen abnimmt. Gut, hier noch einmal kurz zur

Einteilung im Periodensystem. Sie sehen hier, wir haben hier eben die Perioden. Die Perioden sind

eine Waagerechte, also wir haben die erste Periode, die zweite, die dritte, die vierte, die fünfte,

die sechste, die siebte und das ist auch gleich mit der Hauptquantenzahl, mit dem Hauptenergieniveau.

Früher waren es sozusagen auch diese Schalen im Borschen-Atommodell und es gibt dann die Gruppen,

noch. Die Gruppen sind von oben nach unten, die haben auch Zahlen hier mit den römischen

Ziffern bezeichnet und in diesen Gruppen, was hier wichtig ist auch zu merken, in den Gruppen

sind Elemente mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Das heißt, es steigt hier in

der Periode sozusagen die Anzahl der Protonen im Kern und auch die Masse quasi und die Anzahl

der Elektronen. Also hier hätten wir Wasserstoff mit eins, hier Helium mit zwei, Lithium drei,

Protonen im Kern, vier Protonen im Kern und in diesen Gruppen sind auch sozusagen Elemente

zusammengefasst, die eben gleiche Eigenschaften haben und was auch wichtig ist für die Chemie,

in diesen Gruppen haben wir Atome oder Elemente mit der gleichen Anzahl von Valenzelektronen,

Valenzelektronen sind jene Elektronen, die in dieser äußersten Schale sind, auf dem äußersten

Energieniveau und damit werden wir uns morgen vor allem auch beschäftigen. Das heißt, hier hätten

wir in der ersten Gruppe, das ist ein Elektron sozusagen in dieser äußersten Schale, hier

hätten wir eben in der Gruppe sieben, sind sieben von diesen Valenzelektronen in der äußersten

Schale. Hier noch einmal, sie wissen, dass diese Zeichnung nicht richtig ist, aber zur

Veranschaulichung sehr nützlich. Und sie sehen eben hier die Anzahl der Valenzelektronen, hier

hätten sie Helium in dieser äußersten Schale, quasi zwei, hier hätten sie den Stickstoff mit

fünf, sie finden den Stickstoff hier in der fünften Hauptgruppe und Nummer sechs. Sie haben

vielleicht erkannt, dass es bei manchen Periodensystemen eben auch diese drei hier gibt,

also es gibt diese Nebengruppen und diese Hauptgruppen. Es ist aber gleich bedeutend,

wenn sie hätten hier eins, zwei, drei, vier, fünf, hier schließen sie mit zwölf ab und hier ist es

13. Also es geht entweder sozusagen die 13. Gruppe oder die dritte Hauptgruppe. Und sie sehen auch

hier bei 13 wären hier die Valenzelektronen. Genau, und eben nur diese Valenzelektronen sind an der

Ausbildung von Bindungen beteiligt, nicht die inneren. Und hier vielleicht noch einmal zur

Veranschaulichung, hier gibt es eben diese Übergangsmetalle, die sind in diesem Block,

hier gibt es einen Block, der sind die, sie haben auch verschiedene Namen, sind die Alkalimetalle

oder die Erdalkalimetalle, die sind hier zusammengefasst. Und warum heißen sie hier S-Block?

Das ist hier benannt als sozusagen, welche Elektronen oder wo sind die äußersten Elektronen

in was für einem, was für einer Orbitalart sind diese enthalten. Und wenn sie hier haben zum

Beispiel Wasserstoff, wir sind jetzt erst in S-Orbital und sie haben dann hier ein Elektron im

S-Orbital, im 1S-Orbital, hier zwei Elektronen und dann ist das Orbital voll, weil maximal zwei

Elektronen pro Orbital. Und dann ist die nächste Schale, also diese nächste Hauptquantenzahl,

sie hätten hier Lithium, hier wären sie, hätten sie sozusagen auch unten aufgefüllt sozusagen das

1S-Orbital und sie haben aber drei Elektronen, weil drei Protonen. Und hier hätten sie ein

Elektron in dem 2S-Orbital, dann hier mit Beryllium und dann ist es so, dass wir auch sozusagen in der

zweiten Schale haben wir auch die p-Orbitale. Das Ganze ergibt sich eben aus diesen Hauptquantenzahlen

und diesen Aufbau, Elektronenkonfiguration und so, also das hängt miteinander zusammen. Und

dann hätten sie hier bei Bor, Bor hat eins, zwei, drei, vier, fünf Protonen und fünf Elektronen

und hier ist es so, dass es jetzt nun einen neuen Raum sozusagen gibt, das ist das p-Orbital und

hier ist ein Elektron dabei. Das heißt, das letzte Elektron ist in diesem p-Block, in diesem p-Orbital.

Dann hätten sie den Kohlenstoff mit eben der Ordnungszahl 4, insgesamt hat es sechs Elektronen,

zwei sind sozusagen in dem 1S-Orbital in der untersten Schale, dann gibt es die zweite,

zweites Energieniveau und hier haben sie vier Elektronen und das sehen sie eben auch aus der

Stellung aus dem Periodensystem heraus. Kohlenstoff, vierte Hauptgruppe, vier Valenzelektronen,

eben zwei in den 2S, aber die letzten in den 2G-Orbitalen. Es gibt dann auch noch andere

Benennungen, sie haben hier die Bor-Gruppe oder Kohlenstoffgruppe, Stickstoffgruppe, Kalkogene,

auch eher unbekannt. Das, was man auch kennt, sind die Halogene von den Salzbildnern, das sind die

Elemente in der siebten Hauptgruppe, sie haben hier eben Fluorchlor, Brom, Iod und Astat und

als letzte Gruppe haben sie hier die Edelgase. Die Edelgase haben eine besondere Stellung im

Periodensystem, weil hier die Edelgase sozusagen, die haben eine Schale oder dieses ganze

Energieniveau ist voll mit Elektronen und das sind die Edelgase. Helium, Neon, Argon, Krypton,

Xenon und Radon sind Gase, sind gasförmige Substanzen. Vielleicht auch hier noch, also es

gibt auch andere Darstellungen von dem Periodensystem, das ist auch noch eine eher geläufige.

Sie sehen hier noch eingeteilt eben, das Ganze kann man in Nichtmetalle, Halbmetalle und Metalle

einteilen und auch mit dem Aggregatzustand, also gibt es Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase. Hier

sehen Sie, dass eben in der Ursprungsdarstellung war das hier falsch, Helium ist definitiv ein Gas,

bei unserem Zustand. Es gibt zwei Elemente, die Flüssigkeiten darstellen, das Brom und das

Quecksilber. Vielleicht kennen Sie das Quecksilber, das ist ein flüssiges Metall. Ansonsten sind hier

die Metalle, die Metallfeststoffe und hier haben sie die Nichtmetalle, die haben ein gasförmiges.

Das hier ist eine Form des Periodensystems, das sehr detailliert ist. Sie sehen hier auch noch

einmal die Beschreibungen, also meistens haben die Periodensysteme eine Legende und es kann

sehr viel darin verpackt sein. Sie hätten hier die Ordnungszahl, Sie hätten hier das Symbol,

den Namen, Sie haben die relative Atommasse, Sie haben auch Begriffe hier wie Elektronegativität,

hier hätten Sie sogar die Elektronenkonfiguration gegeben und auch den Schmelz- und Desidetemperatur

und auch die Oxidationszahlen, die möglichen, die angenommen werden können. Es ist recht praktisch

zum Ansehen, vielleicht auch durch das eben etwas verständlicher, wo, wie das Bezeichnis ist mit

den Konfigurationen. Zuletzt würde ich noch kurz gern einstreuen ein paar Begriffe. Vielleicht

haben Sie das schon mal gehört, das ist die Elektronegativität und das ist ein Maß, wie

stark eben die Atome die Elektronen an sich ziehen. Das heißt, Sie können das wirklich in einer

Bindung, wenn Sie zwei Atome haben, wer zieht stärker die Elektronen an sich. Und das ist dieses

Maß. Es gibt eine Skala von 0,7 bis 4 und Sie finden diese Werte auch im Periodensystem. Und

Sie können hier das veranschaulicht sehen, dass hier oben, so rechts oben, das Fluor die höchste

Elektronegativität hat. Warum sind in dieser Skala die Edelgase nicht enthalten? Edelgase

gehen normalerweise keine Bindungen ein, also bilden keine Verbindungen aus. Deswegen, weil

Sie hier eben die Definition in einer Bindung haben, haben Sie hier keine Elektronegativität

der Edelgase. Für was ist das wichtig? Die Elektronegativität ist wichtig für die Bestimmung

von einer Polarität, von einer Verbindung. Wo ist der Ladungsschwerpunkt? Wo ist es negativ,

wo ist es positiv? Das werden wir uns auch noch ansehen. Die Ionisierungsenergie ist ein weiterer

Begriff, das hier nur ist die Energie, die benötigt wird, um ein Atom zu ionisieren. Das

heißt, ein Elektron aus dieser Hülle heraus zu entfernen. Das heißt, wie viel Energie muss ich

da drauf schießen? So auf die Art. Die Elektronenaffinität ist dann wieder etwas anders. Da

ist es so, wenn Sie ein einfach negativ geladenes Ion, also Ion ist der Begriff für ein geladenes

Teilchen haben und Sie hätten hier zum Beispiel das Fluorid, also F-, und wie viel Energie brauchen

Sie, um diesen Fluorid, das eine Elektron sozusagen wegzunehmen. Und nur noch kurz, es gibt gewisse

Trends im Periodensystem, das heißt, es sind verlaufende Trends. Es gibt einen Atomradius,

der zunimmt. Das heißt, hier sind die kleineren, quasi logisch mit der Anzahl der Protonen wird das

Ganze immer wieder größer und auch die Elektronen, das heißt, hier nimmt der Atomradius quasi zu.

Die Elektronegativität nimmt in die andere Richtung zu, das heißt, ist am höchsten beim

Fluor. Auch so, dass die Protonen hier die größte Anziehungskraft haben und die Ionisierungsenergie

ist gleichläufig. Hier ein anderes Bild, hier sehen Sie das noch einmal veranschaulicht. Sie

haben von oben nach unten nimmt der Atomradius zu. Sie haben sozusagen mehr Schalen oder mehr

Protonen und auch von hier in diese Richtung sehen Sie den Atomradius, der zunimmt. Das ist

sozusagen, weil die Anziehung sozusagen der Elektronenstärke ist bei dem Fluor als bei

den anderen. Das heißt, es sind diese Trends. Genau. Das war's von der ersten Einheit. Vielleicht

gibt es auch noch zwei Fragen oder zwei Dinge, die Sie mitnehmen heute oder dass Sie sich überlegen,

okay, wie schaut die Welt aus oder wie ist es so, aus was das besteht und auch sozusagen,

vielleicht, wenn Sie Interesse haben, beim Periodensystem nachzulesen, wie das sich

entwickelt hat. Gut, ich sage Dankeschön, falls Sie Fragen haben, auch gerne hier,

sonst sehen wir uns morgen wieder. Passt.

Bis zur nächsten Zeit!

Tschüss!

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