Glossar

Das Glossar erklärt Fachbegriffe, die im Projekt „Die Struktur der Stoffe” benutzt werden.

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aliphatische Verbindungen

Aliphatische Verbindungen (kurz Aliphaten) sind organische Stoffe, bei denen die Kohlenstoffatome in einer Kette angeordnet sind. Die Kette kann gerade oder verzweigt sein und Substituenten tragen. Dagegen treten bei cyclischen Verbindungen (dazu gehören auch die Aromaten) Ringe von Kohlenstoffatomen auf. Beispiele für Aliphaten sind Pentan oder Essigsäure.

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Allotropie

Bei einigen Elementen bilden sich Moleküle unterschiedlicher Größe. Beispiele sind „gewöhnlicher” Sauerstoff O2 und Ozon O3 oder die verschiedenen Fullerene ( C60, C70 und andere ).

Diese Erscheinung heißt Allotropie, die einzelnen „Formen” (z.B. O2 und O3) heißen allotrope Modifikationen des Elements.

Verwandtes Thema : Polymorphie .

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CAS-Nummer

Der Chemical Abstracts Service der American Chemical Society vergibt für jeden Stoff eine Nummer, die CAS–Nummer. Diese Nummer wird heute immer mehr zur eindeutigen Identifizierung von Stoffen verwendet.

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Cracken

Unter dem Begriff „Cracken” fasst man mehrere Verfahren zusammen, mit denen man aus hochsiedenden Bestandteilen des Erdöls (schweres Heizöl und Destillationsrückstände, die langkettige Kohlenwasserstoffe enthalten) niedrigsiedende Kohlenwasserstoffe (Benzin, leichtes Heizöl mit kurzen Kohlenstoffketten) herstellen kann.

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Curie–Temperatur

Ferromagnetische Stoffe (das sind diejenigen, die man umgangssprachlich einfach als „magnetisch” bezeichnet – Eisen, Cobalt und Nickel gehören dazu) verlieren oberhalb einer bestimmten Temperatur ihren Ferromagnetismus. Diese Temperatur ist für jeden Stoff verschieden, sie heißt Curie–Temperatur.

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Dicarbonsäure

Eine Dicarbonsäure ist eine organische Säure, die 2 Carboxylgruppen (sie haben die Formel –COOH) enthält.

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Dimer

Ein Dimer ist ein Molekül, dass aus 2 gleichen Molekülen (oder Formeleinheiten bei ionischen Verbindungen) durch Reaktion entstanden ist.

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Druckeinheiten

Im internationalen SI–Einheitensystem ist die Einheit des Druckes das Pascal. Es ist definiert durch
1 Pa = 1 kg / (m * s2) = 1 N / m2 = 1 J / m3.

Da ein Druck von einem Pascal sehr klein ist, werden die in Alltag und Technik vorkommenden Drücke meist in Megapascal (MPa, 106 Pa) oder Gigapascal (GPa, 109 Pa) angegeben.

Neben dem Pascal sind, besonders in der Technik, noch ältere Bezeichnungen gebräuchlich. Dazu gehören :

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Edelgaskonfiguration

Enthält die Valenzschale eines Atoms genau 8 Elektronen, sagt man, dass sie die Edelgaskonfiguration besitzt. Grund ist, dass die Edelgase 8 Valenzelektronen haben (Ausnahme ist Helium, bei dem die Valenzschale mit 2 Elektronen voll besetzt ist).

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elastischer Stoß

Ein Stoß heißt elastisch, wenn bei ihm keine kinetische Energie verloren geht.

Die kinetische Energie, die zu Beginn des Stoßes durch Verformung der Stoßpartner in andere Energieformen umgewandelt wird, wird dann, wenn sich die Stoßpartner wieder trennen, in kinetische Energie zurückgewandelt.

Kinetische Energie kann also beim elastischen Stoß von einem Stoßpartner auf den anderen übertragen werden, aber nicht dauerhaft in potentielle oder andere Energie umgewandelt werden.

So ist zum Beispiel der Stoß zweier Stahlkugeln elastisch, der Aufprall einer Stahlkugel auf eine Gummimatte dagegen nicht elastisch.

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Elektronegativitätsdifferenz

Die Elektronegativität eines Elements gibt an, wie stark ein Atom dieses Elements Elektronen in einer Bindung anzieht.

Ist die Differenz der Elektronegativitäten zweier Elemente hoch (über 2,0), liegt eine Ionenbindung vor. Ist sie Null, liegt eine reine Atombindung, dazwischen eine mehr oder weniger stark polare Atombindung vor.

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Elementarzelle

In Kristallen sind Atome oder Ionen regelmäßig räumlich angeordnet. Man wählt aus dem Kristall einen möglichst kleinen Ausschnitt (wenige Atome), aus dem man durch Aneinandersetzen in alle 3 Raumrichtungen den gesamten Kristall aufbauen kann. Dieser Ausschnitt heißt Elementarzelle. (Fast) jeder Stoff hat eine andere Elementarzelle.

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Emission

Freisetzung von Stoffen in die Umwelt (Atmosphäre, Boden, Wasser), die dort normalerweise nicht vorkommen. Obwohl es auch natürliche Emissionsquellen gibt (z. B. Vulkane), wird der Begriff meist im Zusammenhang mit vom Menschen verursachten, unerwünschten Emissionen benutzt.

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Friedel–Crafts–Reaktion

Bei einer Friedel–Crafts–Reaktion reagiert eine aromatische Verbindung mit einem Säurechlorid (zu einem Keton) oder mit einem Alkyhalogenid oder Alken (zu einer alkylierten aromatischen Verbindung). Solche Reaktionen werden durch Lewis–Säuren wie AlCl3, BCl3, FeCl3, SbCl5 und SnCl4 katalysiert. Diese Katalysatoren heißen dann auch Friedel–Crafts–Katalysatoren.

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Geschwindigkeit von Elektronen in metallischen Leitern

Elektronen bewegen sich in metallischen Leitern nicht etwa mit Lichtgeschwindigkeit, sondern ziemlich langsam. Die Geschwindigkeit hängt vom Querschnitt des Leiters, von seinem Material und von der Stromstärke ab. Zum Beispiel beträgt sie in einem Kupferdraht von 1 mm2  Querschnitt und einer Stromstärke von 1 A nur ca. 30 cm pro Stunde. Die Bewegung der Elektronen breitet sich jedoch annähernd mit Lichtgeschwindigkeit aus, so dass Elektronen in einer elektrischen Leitung fast gleichzeitig beginnen, sich zu bewegen.

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Gibbssche freie Enthalpie

Für Zustandsänderungen eines Systems gilt : ΔG = ΔH –T ΔS.

Dabei ist G die von dem amerikanischen Physiker Josiah Willard Gibbs um 1875 eingeführte freie Enthalpie, H die Enthalpie oder Reaktionswärme, T die Temperatur und S die Entropie.

Man kann die Reaktionen klassifizieren :

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Halogene

Die Elemente der 7. Hauptgruppe des Periodensystems (Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat) nennt man Halogene. Der Name kommt von den griechischen Worten „hals” (Salz) und „gennan” (erzeugen), bedeutet also Salzbildner. Verbindungen zwischen Halogenen und Metallen sind immer Salze.

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homogener Stoff

Ein Stoff heißt homogen, wenn er äußerlich einheitlich ist. Das heißt, weder mit bloßem Auge noch mit Lupe oder Mikroskop lässt sich erkennen, ob der Stoff ein Reinstoff ist oder ob er ein Gemisch aus mehreren Bestandteilen ist.

Beispiele für homogene Stoffe sind alle Reinstoffe (Elemente und Verbindungen) und homogene Gemische, wie zum Beispiel Luft, Benzin, Meerwasser.

Außer den homogenen Stoffen gibt es heterogene Gemische und Kolloide.

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Hydride

Hydride sind Verbindungen eines Elements mit Wasserstoff.

Unter den Hydriden der Nichtmetalle sind so bekannte und verbreitete Verbindungen wie Methan, Ammoniak und Wasser. Sie bilden polare Moleküle.

Im Gegensatz dazu sind die Metallhydride eher exotische Stoffe. Der Wasserstoff ist negativ geladen, und sie reagieren leicht und schnell mit Wasser. Trotzdem haben sie wichtige technische Anwendungen, etwa im Nickel–Metallhydrid–Akku.

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isotrop

Ein Körper (Stoff) heißt isotrop, wenn alle physikalischen Eigenschaften richtungsunabhängig sind.

Zum Beispiel sind Gase immer isotrop, Kristalle nie.

Verwandtes Thema : Anisotropie .

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Katalysator

Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt, dabei aber nicht verbraucht wird.

Es gibt unzählige Reaktionen, die durch Katalysatoren beschleunigt werden können. Hier sind einige Beispiele :

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Konformere

Diejenigen Konformationen eines Moleküls, die minimale Energie besitzen, heißen Konformere. Zum Beispiel sind beim Cyclohexan die Sessel– und die Twistformen, die Energieminima entsprechen, Konformere, während die energiereiche Wannenform kein Konformeres ist.

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konjugiertes System

Ein konjugiertes System liegt vor, wenn Elektronen in einem Molekül über eine weitere Entfernung als eine Bindung frei beweglich sind.

Voraussetzungen dazu sind :

Stoffe mit ausgedehnten konjugierten Systeme sind oft farbig.

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Koordinationszahl

Die Koordinationszahl eines Atoms (in einem Kristall) ist die Zahl seiner nächsten Nachbaratome.

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kritische Temperatur

Oberhalb einer bestimmten Temperatur kann man Gase nicht mehr durch Anwendung von Druck verflüssigen. Diese Temperatur, die für jeden Stoff verschieden ist, heißt kritische Temperatur.

Den Druck, den man benötigt, um ein Gas bei der kritischen Temperatur zu verflüssigen, nennt man den kritischen Druck.

Zum Beispiel hat Kohlendioxid eine kritische Temperatur von 31,0 °C und einen kritischen Druck von 73,9 * 105 Pa (=73,9 bar).

Befindet sich ein Stoff oberhalb der kritischen Temperatur, nennt man ihn überkritisch.

Werte für die kritische Temperatur und den kritischen Druck : Ammoniak, Kohlendioxid, Propan, Schwefeldioxid, Wasser.

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Ligand

In einer Komplexverbindung gruppieren sich um ein Zentralatom mehrere Atomgruppen. Diese nennt man die Liganden des Komplexes.

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Normalbedingungen

Viele Stoffeigenschaften hängen von der Temperatur und, besonders bei Gasen, vom Druck ab. Dazu gehören :

Gibt man die Werte für solche Eigenschaften an, muss man immer dazusagen, bei welcher Temperatur und bei welchem Druck diese gemessen wurden. Zur Vereinfachung für Tabellenwerke und zur besseren Vergleichbarkeit ist es sinnvoll, immer die gleichen Temperatur– und Druckwerte zu wählen. Aus dieser Idee heraus ist der Begriff der Normalbedingungen entstanden. Leider gibt es keine einheitlichen Normalbedingungen. Hier eine unvollständige Auswahl :

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Oktettregel

Atome oder Ionen versuchen ihre Valenzschale (das heißt ihre äußerste Elektronenschale) mit 8 Elektronen zu besetzen.

Für die Elemente der 2. Periode (Lithium bis Neon) gilt die Oktettregel streng. Das heißt, diese Elemente können nie mehr als 8 Valenzelektronen haben.

Für die Elemente der 3. und der weiteren Perioden gilt die Regel nur noch eingeschränkt. Die Valenzschale nimmt oft 8 Elektronen auf, da diese Konfiguration stabil ist, kann aber auch mehr Elektronen aufnehmen.

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pKa–Wert

Der pKa–Wert (früher oft pKs–Wert genannt) ist ein Maß für die Stärke einer Säure. Je niedriger er ist, umso stärker ist die Säure.

Er ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Protolysereaktion der entsprechenden Säure.

Dabei ist c(HA) die Konzentration der Säure, c(A) die Konzentration des Säurerestions und c(H3O+) die Konzentration der Hydroniumionen.

Hat eine Säure 2 oder mehr Wasserstoffatome, die sie abgeben kann, hat sie auch genauso viele pKa–Werte, für jedes einen.

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Plasma

Plasma ist ionisiertes Gas. Es entsteht bei sehr hoher Energiezufuhr (in der Größenordnung von 105 kJ/mol). Man erreicht solch hohe Energien zum Beispiel durch Erhitzen auf mehrere Tausend Grad, im elektrischen Lichtbogen oder durch Beschuss mit energiereichen Elektronen (über 10 eV).

Im Plasma sind die Atome in Elektronen und Ionen zerfallen, die sich unabhängig voneinander bewegen. Moleküle existieren nicht mehr.

Früher wurde das Plasma manchmal als „vierter Aggregatzustand” bezeichnet. Wir vermeiden dies, da die Stoffe im Plasmazustand nicht mehr unverändert vorliegen.

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polare Bindung

Eine Bindung heißt polar, wenn sich die Elektronen dieser Bindung nicht völlig gleichmäßig zwischen den beiden Atomen aufhalten, sondern zu einem der beiden Atome hingezogen werden.

Werden die Bindungselektronen nur wenig zu einem der Atome hingezogen, liegt eine polare Atombindung vor. Werden sie vollständig oder fast vollständig einem Atom zugeordnet, liegt eine Ionenbindung vor.

Ob eine Bindung schwach polar, stark polar oder eine Ionenbindung ist, entscheidet man anhand der Differenz der Elektronegativitäten der beteiligten Atome.

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polares Molekül

Ein Molekül heißt polar, wenn es zwar als Ganzes ungeladen ist, aber trotzdem eine ungleichmäßige Ladungsverteilung besitzt. So hat zum Beispiel im Wassermolekül das Sauerstoffatom eine geringe negative Ladung, während die Wasserstoffatome kleine positive Ladungen tragen. Dadurch ist das Wassermolekül an „einem Ende” ein wenig negativ, am „anderen Ende” etwas positiv geladen.

Polare Moleküle haben bemerkenswerte Eigenschaften : Zum Beispiel sind sie meist reaktionsfreudig, können Wasserstoffbrückenbindungen bilden und werden im elektrischen Feld abgelenkt.

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Polyeder

Ein Polyeder (griechisch Vielflächner) ist ein Körper, der von ebenen Flächen begrenzt ist. Bei regulären Polyedern sind diese Flächen gleich. Beispiele für reguläre Polyeder sind Tetraeder, Würfel und Oktaeder. Nichtreguläre Polyeder sind zum Beispiel die trigonale Bipyramide, die quadratische Pyramide oder auch eine sechseckige Säule.

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Polymorphie

Viele Stoffe können in Kristallen von unterschiedlicher innerer Struktur auftreten. Beispiele sind Kohlenstoff (Diamant, Graphit) oder Zinksulfid (Zinkblende, Wurtzit).

Diese Erscheinung heißt Polymorphie, die einzelnen „Formen” (z.B. Diamant und Graphit) heißen polymorphe Modifikationen des Stoffes.

Verwandtes Thema : Allotropie .

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Pyrolyse

Pyrolyse ist ein Oberbegriff für chemisch–technische Verfahren, bei denen Stoffe durch Hitzeeinwirkung (Temperaturen in der Regel über 1000 °C) und unter Ausschluss von Luft zersetzt werden.

Gemeint ist also nicht die Müllverbrennung, sondern die Herstellung von Zwischenprodukten, die anders nicht in großen Mengen gewonnen werden können.

Beispiel : Pyrolyse von Methan zu Ethin (Acetylen).

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Reinstmetalle

In großtechnischem Maßstab hergestellte Metalle sind in der Regel nicht allzu rein. Diese Reinheit (z.B. 95 – 99 %) reicht für viele technische Anwendungen aus. Höhere Reinheiten kann man auf verschiedenen Wegen erreichen :

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Rotationsbarriere

Die Rotationsbarriere eines Moleküls ist der Energieunterschied zwischen der energieärmsten und der energiereichsten Konformation des Moleküls.

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Scherkräfte

sind Kräfte, die aus entgegengesetzten Richtungen auf einen Gegenstand wirken. Ein Beispiel .

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Treibhauseffekt

Wie funktioniert ein Treibhaus ? Sonnenstrahlen gelangen durch das Glasdach und die Glaswände ins Innere des Treibhauses und erwärmen es. Die Wärmestrahlung kann nicht durch das Glas nach draußen entweichen, und es bleibt warm im Treibhaus.

Etwas Ähnliches passiert in der Atmosphäre. Sonnenstrahlen gelangen in die Atmosphäre und erwärmen sie. Wasserdampf und Kohlendioxid in der Atmosphäre wirken nun wie das Glas des Treibhauses : Sie verhindern, dass die Wärme wieder in den Weltraum entweicht.

Durch diesen natürlichen Treibhauseffekt ist die Temperatur auf der Erde etwa 33 °C höher als ohne ihn. Er ist also die Grundlage des Lebens auf der Erde. Durch menschliche Aktivitäten (z.B. Verbrennung von Kohle, Öl und Gas in Kraftwerken, Kraftfahrzeugen und Heizungen) steigt die Menge des Kohlendioxids und anderer so genannter Treibhausgase. Man geht davon aus, dass dadurch eine Erwärmung der Atmosphäre und globale Klimaveränderungen eintreten.

mehr über den Treibhauseffekt :

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Trimer

Ein Trimer ist ein Molekül, dass aus 3 gleichen Molekülen (oder Formeleinheiten bei ionischen Verbindungen) durch Reaktion entstanden ist.

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Tripelpunkt

Ein Tripelpunkt ist ein Punkt im Phasendiagramm eines Stoffes, in dem 3 Phasen dieses Stoffes im Gleichgewicht sind. Die bekanntesten Tripelpunkte sind die, bei denen der feste, der flüssige und der gasförmige Zustand im Gleichgewicht sind. Tripelpunkte werden durch die Angabe des Druckes und der Temperatur beschrieben.

Zum Beispiel liegt ein Tripelpunkt von Wasser bei + 0,0099 °C und 610,5 Pa (0,0061 bar). Dort stehen gasförmiges, flüssiges und festes Wasser (genauer : Eis I) im Gleichgewicht.

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Valenzelektronen und Valenzschale

Die Valenzschale ist die äußerste Elektronenschale eines Atoms. Die Elektronen auf dieser Schale heißen Valenzelektronen. Nur die Valenzelektronen bestimmen das chemische Verhalten des Atoms.

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Viskosität

Beim Fließen einer Flüssigkeit werden einzelne Moleküle der Flüssigkeit gegenüber ihren Nachbarn verschoben. Treten dabei große Kohäsionskräfte auf, fließt die Flüssigkeit nur langsam und zäh, und ihre innere Reibung ist groß. Die Viskosität gibt die Größe dieser inneren Reibung an.

Zum Beispiel haben Glyzerin oder Olivenöl eine viel höhere Viskosität als Wasser.

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Wassergas

Wassergas ist kein gasförmiges Wasser.

Als Wassergas bezeichnet man ein Gemisch aus ca. 50 % Wasserstoff, 40 % Kohlenmonoxid und geringen Teilen Kohlendioxid, Methan und Stickstoff. Es entsteht bei der Reaktion von Kohle mit Luft und Wasserdampf bei hohen Temperaturen. Man kann daraus Wasserstoff, Kohlendioxid und andere Basischemikalien herstellen.

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