Erdalkalimetalle

Die Erdalkalimetalle sind chemische Elemente, die sich in der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems, auch IIa genannt befinden. Zu den Erdalkalimetallen gehören folgende Elemente:

·         Beryllium*, im Periodensystem der Elemente hat es das Symbol Be. Beryllium ist ein sprödes, graues Metall, das erstmals vom französischen Chemiker Louis Nicolas Vauqueline im Jahre 1797 entdeckt wurde. Sieht man sich die Erdkruste an, so findet man es an 51. Stelle. Benutzt wird Beryllium meist in Computern, Fernsehern und in der Lasertechnik, sowie in kugelsicheren Westen. Es schmilzt bei ca. 1.287°C, siedet bei ca. 3.000°C und hat eine Dichte von 1,85 Gramm pro cm³. Man zählt Beryllium als leichtestes Metall.

·         Magnesium*, Symbol: Mg. Magnesium ist ein silberweißes metallisches Element. Es ist nicht ganz korrekt, wenn man es, verglichen mit den Elementen Strontium, Calcium und Barium, zu den Erdalkalimetallen zählt, da es chemisch eher Ähnlichkeiten mit Zink und Lithium zeigt. Entdeckt wurde es, wie viele andere Metalle auch, vom britischen Chemiker Sir Humphry Davy im Jahre 1808. Mit der Ausnahme von Beryllium ist es das leichteste Metall. Es weist eine Dichte von 1,74 auf, siedet bei 1.107°C und schmilzt bei 649°C. Beim Erhitzen ist Magnesium geschmeidig und formbar. Es reagiert mit Säuren, wird von Sauerstoff und Wasser bei Raumtemperatur nicht angegriffen. In der Erdkruste findet man es an sechster Stelle. In der Natur tritt es nur in Verbindung mit anderen Elementen auf: z. B. in den Mineralien Carnallit, Dolomit und Magnesit.

·         Calcium*, Symbol: Ca. Calcium ist ein silberweißes metallisches Element. Wie auch Magnesium wurde es von Sir Humphry Davy im Jahre 1808 entdeckt. Setzt man es an der Luft aus, so läuft es

blitzschnell grauweiß an. Greift man auf die Erdkruste zurück, so findet man Calcium an fünfter Stelle. Das geschmeidige und formbare Metall schmilzt bei 839°C, siedet bei 1.484°C und hat eine Dichte von 1,54. In kalter und trockener Luft wird Calcium kaum angegriffen. Wenn man es aber erhitzt, reagiert es mit Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff u. a. Außerdem reagiert es mit Wasser.

·         Strontium*, Symbol: Sr. Strontium ist ein leicht-formbares, geschmeidiges, metallisches Element. Ebenso wie bei den vorherigen zwei Metallen wurde Strontium im Jahre 1808 von Sir Humphry Davy entdeckt. Die Dichte beträgt 2,6, es schmilzt bei 769°C und siedet bei 1.384°C. Da es möglich ist, Strontium kleinster Mühe durchzuschneiden, erkennt man eine silberweiße Farbe. Verbrennt man es, so färbt sich die Flamme leuchtend rot. Gleichbenannte Salze, Strontiumsalze, verwendet man für Feuerwerkskörper in der Pyrotechnik, sowie für Eisenbahnleuchtsignale.

·         Barium*, Symbol: Ba. Barium ist ein weiches, silberglänzendes metallisches Element. Es wurde ebenfalls im Jahre 1808 von Sir Humphry Davy entdeckt. Es reagiert heftig mit Wasser und zerstört sich in kürzester Zeit an der Luft. Verbrennt man es, so entsteht eine grüne Flamme. In der Natur kommt es nur in Verbindungen vor*. Barium steht an 14. Stelle der Häufigkeit des Auftretens und macht ein Zweitausendstel der Erdkruste aus. Verwendung findet es als Beschichtung elektrischer Leiter in Elektrogeräten und in den Zündanlagen der Autos. Ansonsten wird es wenig verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt bei ca. 725°C, siedet bei etwa 1.640°C und besitzt eine Dichte von 3,7.

·         Radium*, Symbol: Ra. Radium ist ein reaktionsfreudiges, silbrig-weißes, radioaktives Element. Seinen Namen hat es vom lateinischen Wort radius, was soviel wie Strahl bedeutet. Entdeckt wurde es vom französischen Wissenschafterehepaar Marie und Pierre Curie. Es besitzt stark radioaktive Substanzen. Radium entsteht beim radioaktiven Zerfall von Uran und findet sich daher in allen Uranerzen wieder. Es wird aus dem Erz nach Zugabe einer Bariumverbindung* gewonnen. Heutzutage nutzt man Radium vor allem zu kerntechnischen und zu Forschungszwecken. Es besitzt eine Dichte von 5,5 und schmilzt bei etwa 700°C.

Im Allgemeinen zählt man Beryllium und die Erdalkalimetalle zu den Leichtmetallen. Eine Ausnahme bildet dabei das radioaktive und schwere Radium. Beryllium wurde gerade einzeln genannt, da es mehr dem Aluminium als den anderen Erdalkalis ähnelt. Erdalkalimetalle leiten die Elektrizität gut und verbrennen beim Erhitzen schnell in der Luft. Bei der obigen Auflistung konnte man feststellen, daß alle Erdalkalimetalle mit Wasser reagieren und von Sauerstoff angegriffen werden.

Alkalimetalle

Die Alkalimetalle sind im Vergleich zu anderen Metallen sehr weich. Im Periodensystem der Elemente findet man sie in der ersten Hauptgruppe. In der Natur kommen sie nur in Verbindung mit anderen Elementen vor*. Alkalimetalle geben leicht ein Elektron ab und reagieren heftig mit Wasser. Zu den Alkalimetallen gehören folgende Elemente:

·         Lithium*, Symbol Li. Lithium ist ein reaktionsfreudiges, metallisches Element. Es besitzt von allen Metallen die geringste Dichte, nämlich 0,53. Sein Schmelzpunkt liegt bei etwa 181°C und es siedet bei rund 1.342°C. Entdeckt wurde Lithium im Jahre 1817 von Johann A. Arfvedson. Lithium ähnelt eher dem Magnesium aus der zweiten Hauptgruppe, den Erdalkalimetallen, als seinem „Gruppenpartner“, dem Natrium. Hier einige Beispiele: Lithium und Magnesium bilden bei der Verbrennung an der Luft jeweils ein Oxid, Natrium ein Peroxid; bei der Umsetzung mit Stickstoff bilden Lithium und Magnesium Nitride – das ist beim Natrium nicht der Fall; Lithiumsalze, wie z. B. ihre Carbonate und Phosphate* , ähneln sich in ihrem Löslichkeitsverhalten in Wasser eher den entsprechenden Salzen des Magnesiums als denen des Natriums.

An der Luft läuft die silbrig weiße Metalloberfläche sehr schnell an, weswegen man Lithium auch in einer nicht oxidierenden Flüssigkeit, wie z. B. Paraffinöl, aufbewahrt. In der Rangfolge der Erdkruste steht es an 35. Stelle. In der Natur tritt es wie bei vielen anderen Elementen nur in Verbindungen auf*.

·         Natrium*, Symbol Na. Natrium ist ein weiches, silberweißes metallisches Element. Entdeckt wurde es, wie viele andere Metalle auch, nur ein Jahr früher (1807) von Sir Humphry Davy. Da Natrium bei einer Härte von 0,4 so weich ist, kann man es mühelos mit einem Messer durchtrennen. Die Dichte beträgt 0,97, der Siedepunkt liegt bei etwa 883°C und es schmilzt bei rund 98°C. An der Luft läuft es schnell mattgrau an. Natrium bildet eine heftige Reaktion mit Wasser, wobei Natriumhydroxid und Wasserstoff entsteht*. Bei der Reaktion mit Halogenen oder

 Chlorkohlenwasserstoffen besteht sogar Explosionsgefahr. In der Natur tritt es daher nur in

Verbindungen auf*. Natrium nutzt man beispielsweise in der Metallurgie als Reduktionsmittel zur Gewinnung schwer reduzierbarer Stoffe wie z. B. Titan, Zirconium, Uran oder Thorium. Früher wurde der überwiegende Teil des Natriums zur Herstellung des Antiklopfmittels verwendet. In der Rangfolge der Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste steht Natrium an der siebenten Stelle. Etwa 2,5 Prozent der obersten Erdkruste bestehen aus chemisch gebundenem Natrium. 

·         Kalium*, Symbol: K. Kalium ist ein extrem weiches, reaktionsfreudiges metallisches Element. Außerdem ist es silberweiß und kann ziemlich leicht mit dem Messer geschnitten werden. Es hat nämlich eine Härte von 0,5, eine Dichte von 0,86, schmilzt bei 63°C und hat seinen Siedepunkt bei 774°C. Es wurde 1807 vom britischen Chemiker Sir Humphry Davy entdeckt. Das Metall oxidiert direkt an der Luft und reagiert heftig mit Wasser zu Kaliumhydroxid* und gasförmigem Wasserstoff. Da es spontan verbrennen kann, wird Kalium in einer Flüssigkeit aufbewahrt, mit der es nicht reagiert (dafür wird meist Petroleum gebraucht). Kalium kommt in der Natur in großen Mengen vor: Es ist in den Mineralien Carnallit, Feldspat, Salpeter, in Grünsanden und Sylvin enthalten. Außerdem ist Kalium Bestandteil des Pflanzen- und Tiergewebes sowie fruchtbarer Böden. Es steht an achter Stelle in der Häufigkeit der Erdkrustenelemente. Verwendung findet metallisches Kalium in Photozellen, sowie in vielen Verbindungen*.

·         Rubidium, Symbol: Rb. Rubidium ist ein reaktionsfreudiges, silberweißes metallisches Element, welches 1860 von dem Chemiker Robert Wilhelm Bunsen und dem Physiker Gustav Robert Kirchhoff entdeckt wurde. Benannt wurde es nach den dunkelroten Linien, die in seinem Spektrum auftreten. Abgeleitet wird es vom lateinischen Wort rubidius, was soviel wie dunkelrot bedeutet. Rubidium ist sehr weich und nach Cäsium das drittreaktivste der Alkalimetalle. Wie bei vielen anderen Metalle auch, bildet sich bei Rubidium eine Oxidschicht beim ersten Kontakt mit der Luft. Mit Wasser reagiert es heftig. In seinem chemischen Verhalten ähnelt es den „Gruppenpartnern“ Natrium und Kalium. Es schmilzt bei 39°C und siedet bei 686°C. Die Dichte beträgt 1,53. Es steht an 16. Stelle in seiner Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste. Es wird zur Herstellung bestimmter Katalysatoren und in Photozellen verwendet. Verbindungen bildet es keine.

·         Cäsium*, Symbol: Cs. Cäsium ist ein leicht goldglänzendes, weiches Metall. Entdeckt wurde es, genau wie Rubidium, im Jahre 1860 von Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff. Das Metall schmilzt bei etwa 28°C und siedet bei etwa 669°C. Die Dichte beträgt 1,88. In seinem chemischen Reaktionsverhalten ähnelt Cäsium stark dem Alkalimetall Kalium. Es oxidiert beispielsweise genau wie Natrium und Kalium sehr schnell an der Luft und reagiert heftig mit Wasser .

·         Francium*, Symbol: Fr. Francium ist ein radioaktives metallisches Element. Es ähnelt in seinen chemischen Eigenschaften stark dem Alkalimetall Cäsium. Es wurde im Jahre 1939 von der französischen Forscherin Marguerite Perey entdeckt. Natrium ist von Natur aus radioaktiv und entsteht z. B. beim Zerfall des radioaktiven Elements Actinium. Francium ist das schwerste Alkalimetall und auch das elektropositivste aller Elemente.

Man konnte feststellen, daß die Alkalimetalle ebenso wie die Erdalkalimetalle mit Wasser reagieren.

Edelgase

Die Edelgase befinden sich in der 18. Gruppe, auch VIIIa genannt, des Periodensystems der Elemente. Die drei schwersten Edelgase sind Krypton, Xenon und Radon. Zu den Edelgasen gehören:

·         Helium, Symbol: He. Helium ist ein farb- und geruchloses gasförmiges Element. Der Name Helium leitet sich von dem lateinischen Wort helios (Sonne) ab. Entdeckt wurde es vom französischen Astronom Pierre Janssen während einer Sonnenfinsternis im Jahre 1868. Nach Wasserstoff ist Helium das zweitleichteste aller Gase. In der Natur kommt es nur Atomar vor, d. h., seine Atome bilden keine Moleküle. Das Edelgas gefriert bei einem Druck von rund 3.000 Kilopascal bei etwa –271°C, also nahe beim absoluten Gefrierpunkt. Es siedet bei gleichem Druckverhältnis bei –268,9°C. Seine Dichte beträgt bei Raumtemperatur 0,1664 Gramm pro Liter. Helium ist ein inertes Element, d. h., es geht keine Verbindungen ein. Es ist im Universum nach dem Wasserstoff das zweithäufigste Element. Auf Meereshöhe besteht die Erdatmosphäre zu 5,4 Millionstel Teilen aus Helium. Außerdem ist es von allen Gasen am schwersten zu verflüssigen und kann auch bei Normaldruck nicht im festen Zustand existieren. Deswegen hat flüssiges Helium eine große Bedeutung als Kühlmittel in der Tiefsttemperathurtechnik. Zusätzlich wird Helium noch als inertes Schutzgas beim Schweißen leichter Metalle verwendet. Weil Helium nicht

 brennbar ist, wird es auch noch als Füllgas für Ballons verwendet und dem Sauerstoff und

 Stickstoff zur Atemluft beim Tauchen hinzugesellt.

·         Neon, Symbol: Ne. Neon ist ein farb- und geruchloses gasförmiges Element, aus dem ein kleiner Teil (weniger als zwei Tausendstel) der Luft besteht. Es wurde 1898 von dem britischen Chemiker Sir William Ramsay anhand seines roten Sprektrallichtes entdeckt. Es macht ein 18millionstel der Erdatmosphäre aus. Neon schmilzt bei –248,6°C, siedet bei –246,08°C und hat bei 0°C sowie einem Druck von 100 Kilopascal ein Litergewicht von 0,8888 Gramm. Gebraucht wird Neon als Füllgas in Neonlampen, weil es bei der Glimmentladung in Leuchtröhren ein scharlachrotes Licht erzeugt (Neon- und Leuchtröhre unterscheiden sich: Leuchtröhren füllt man mit anderen Gasen und leuchten farbig.). Ebenso wie Helium wird auch flüssiges Neon in der Kühltechnik angewandt: Es hat die 40fache Kühlkapazität pro Volumeneinheit von flüssigem Helium.

·         Argon, Symbol: Ar. Argon ist ein inertes (keine Verbindungen eingehendes), farb- und geruchloses gasförmiges Element, das bei der Erdatmosphäre enthaltenen Gasen nach Gewichtsprozenten an dritter Stelle steht. Es wurde 1894 von den britischen Wissenschaftlern Sir William Ramsay und John Rayleigh entdeckt. Argon ist zu 0,93 Prozent Anteil der Erdatmosphäre, siedet bei –185,86°C und schmilzt bei –189,3°C. Zusätzlich ist es ein schlechter Wärmeleiter. Gewonnen wird Argon aus flüssiger Luft. Es wird in großen Mengen als Füllstoff für Glühbirnen verwendet. Argon wird außerdem bei Entladungslampen eingesetzt. Argon (im Gegensatz zu Neon à rotes Licht) erzeugt blaues Licht. Argonröhren erfordern eine geringere Spannung als Neonröhren.    

·         Krypton, Symbol: Kr. Krypton ist ein farb- und geruchloses gasförmiges Element. Es hat seinen Namen vom griechischen Wort kryptos (verborgen). Ein geringer Anteil ist in der Erdatmosphäre vorhanden (1:20 Mio. Volumenteile bzw. 1:7 Mio. Massenteile). Entdeckt wurde Krypton wie andere Gase auch, von Sir William Ramsay im Jahre 1898, diesmal aber in Zusammenarbeit mit dem Chemiker Morris William Travers. Es wird allein oder in Mischung mit Argon und Neon in Glühlampen eingesetzt. In Gasentladungsröhren erzeugt Krypton orangerotes Licht. Derartige mit Krypton gefüllte Lampen setzt man u. a. zur Beleuchtung von Flugzeuglandebahnen ein. Flüssiges Krypton hat eine Dichte von 2,41. Es siedet bei –153,35°C und schmilzt bei –157,21°C.

·         Xenon, Symbol: Xe. Xenon ist ein farb- und geruchloses gasförmiges Element. Entdeckt wurde es, wie Krypton auch, im Jahre 1898 von Sir William Ramsay und Morris Travers. Xenon kommt in winzigsten Mengen in der Erdatmosphäre vor und wird zu Beleuchtungszwecken, wie z. B. in Hochleistungsbildröhren, verwendet. Sein Schmelzpunkt liegt bei –111,8°C und Xenon siedet bei –108,1°C.

·         Radon, Symbol: Rn. Radon ist ein farb- und geruchloses, radioaktives gasförmiges Element. Es ist das schwerste der Edelgase. Entdeckt wurde es im Jahre 1900 von dem deutschen Chemiker Friedrich Ernst Dorn. Höhere Konzentrationen von Radon sind sehr gesundheitsschädlich. Sein Schmelzpunkt liegt bei rund –71°C und es siedet bei –62°C. Die Dichte beträgt bei einem Druck von 100 Kilopascal und einer Temperatur von 0°C 9,73 Gramm pro Liter.

Von Helium, Neon und Argon kann man keine Verbindungen erzeugen. Sie sind inert, weil sich die Elektronen dichter am Atomkern befinden.

Wichtige Verbindungen

 ... der Erdalkalimetalle

·         Magnesiumcarbonat, Formal: MgCO₃. Es entsteht bei der Reaktion eines Magnesiumsalzes mit Natriumcarbonat. Das Carbonat wird beispielsweise als feuerfestes und wärmeisolierendes Material eingesetzt. Außerdem nutzt man es u. a. als Füllstoff in der Papier- und Kunststoffherstellung.

·         Magnesiumchlorid, Formel: MgCl₂ · 6H₂O. Es entsteht durch die Reaktion von Magnesiumcarbonat oder   –oxid mit Salzsäure. Das Chlorid dient als Füllstoff für Baumwoll- und Wollgewebe.

·         Magnesiumoxid, Formel: MgO. Es wird auch gebrannte Magnesia genannt. Beim Verbrennen von Magnesium in Sauerstoff oder beim Erhitzen von Magnesiumcarbonat entsteht das Oxid. Je nach Herstellungsverfahren gibt es verschiedene Magnesiumoxidtypen. Verwendet wird es bei der Herstellung von Baustoffen, sowie bei der Stahlerzeugung.

·         Magnesiumhydroxid, Formel: Mg(OH) _2.  Es wird in der Medizin als Abführmittel verwendet und bei der Zuckerraffination eingesetzt.

·         Calciumcarbonat, Formel: CaCO₃. Es ist in Calcit, Marmor, Kalkstein und Kreide enthalten.

·         Calciumhydroxid, Formel: Ca(OH) _2.  Es ist in Kalk, Zement und Mörtel als chemisch gebundenes Calcium

 enthalten.

·         Calciumchlorid, Formel: CaCl₂ · 6H₂O. Geschmolzen dient es zur Herstellung von Calcium mittels Elektrolyse.

·         Strontiumhydroxid, Formel: Sr(OH) _2. Es tritt bei der Reaktion von Strontium mit Wasser auf.

·         Strontiumcarbonat, Formel: SrCO₃  Es wird bei der Herstellung von Bildschiermglas für Farbfernseher eingesetzt.

·         Bariumcarbonat, Formel: BaCO₃ . Es wird in Rattengiften verwendet.

... der Alkalimetalle

·         Natriumhydroxid, Formel: Na(OH) _2. Es entsteht bei der Reaktion von Natrium mit Wasser.

·         Natriumchlorid, Formel: NaCl. Es ist in Meerwasser und in so genannten Salzsolen enthalten. Außerdem entspricht es dem Kochsalz.

·         Natriumcarbonat, Formel: Na₂CO₃ . Es entspricht dem Soda. Man findet Na₂CO₃ in riesigen Mengen in amerikanischen Seen. Gewonnen wird es nach dem Solvay-Verfahren. Verwendet wird es in der Glasindustrie. Zusätzlich ist es eines der ältesten Waschmittel und wird in der Waschmittelherstellung sowie in der Papier- und Zellstoffindustrie verwendet. Es findet sich zusammen mit Kaliumcarbonat in Asche enthalten.

·         Kaliumhydroxid, Formel: KOH. Es dient zur Herstellung von metallischem Kalium: Durch Elektrolyse wird geschmolzenes KOH dazu verwendet. Es wird auch Ätzkali genannt und ist ein weißer Feststoff, der von der Luftfeuchtigkeit aufgelöst wird. Genutzt wird es zur Seifenproduktion und als chemisches Element.

·         Kaliumcarbonat, Formel: K₂CO_3. Es wurde ursprünglich Pottasche genannt. Früher wurde es durch Auslaugen von Holzaschen gewonnen. Heute wird der weiße Feststoff aus Asche von Holz bzw. anderen verbrannten Pflanzenteilen oder durch die Umsetzung von Kaliumhydroxid mit Kohlendioxid hergestellt. Es findet sich zusammen mit Natriumcarbonat in Asche enthalten. Beim Erzeugen von Glas und Schmierseife wird es verwendet.

·         Cäsiumhydroxid, Formel: CsOH. Durch Erhitzen von CsOH mit Magnesium, Calcium oder Aluminium läßt sich Cäsium im Wasserstoffstrom gewinnen.

·         Cäsiumcarbonat, Formel: Cs₂CO₃. Durch Erhitzen von Cs₂CO₃ mit Magnesium, Calcium oder Aluminium läßt sich Cäsium im Wasserstoffstrom gewinnen.

... der Edelgase

... existieren nicht, weil alle Edelgase inert sind. Ausnahme: Krypton

Waschwirkung

Waschwirkung ist mit Hilfe von Waschmitteln nötig. In einem Waschmittel sind folgende Bestandteile enthalten:

·         Bleichmittel. Bleichmittel sind Substanzen, die die Farbaktivität von Farbstoffen zerstören. Bekannte Bleichmittel sind Ozon, Wasserstoffperoxid (H₂O₂; ölige Flüssigkeit; Schmelzpunkt: -0,4°C) und Chlor. Per-Verbindungen, wie Wasserstoffperoxid haben übrigens immer etwas mit Bleichmitteln zu tun.

·         Tenside. Stoffe, die in Wasser unlösliche Stoffe löslich machen, nennt man Tenside. In Seife z. B. sind anionische und nichtionische Tenside enthalten (Unter Ionen versteht man Atome oder Moleküle, die elektrisch nicht neutral sind.).

·         Enthärter. Durch Enthärtung werden die die Härte des Wassers bedingenden gelösten Salze entfernt. Bei den Salzen handelt es sich um Calciumsulfat und Calciumcarbonat. Im Enthärter sind Phosphate und Zeolithe enthalten.

·        

Licht (sichtbar)

IR = Infrarot UV = Ultraviolett

Optische Aufheller. Die Farben rot, grün und blau vermitteln als optische Aufheller verschiedene Farben. Sie sind der Skala nach die sichtbaren Farben:

	IR						UV

blau

grün

rot

    

Beim optischen Aufheller wird UV zu blau.

Hinzu käme noch Parfum, was ebenfalls in Waschmittel enthalten ist, aber es trägt nicht der Waschwirkung bei, sondern vermacht dem „Gewaschenen“ einen ordentlichen Duft.

Seife, auch ein Waschmittel, ist beispielsweise aus pflanzlichen und tierischen Ölen gemacht und enthält Alkalihydroxide. Hergestellt wird sie durch die Reaktion von Fetten mit Soda (Na₂CO₃).