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Das bekannteste Element der 5. Hauptgruppe ist der Stickstoff. Er ist mit 78 Vol.-% Hauptbestandteil der Luft. Neben Stickstoff gehören die Elemente Phosphor, Arsen, Antimon, und Bismut zur 5. Hauptgruppe. Stickstoff und Phosphor sind Nichtmetalle, Arsen und Antimon Halbmetalle, und Bismut ist ein Metall.
Die Häufigkeiten der Elemente in der Erdkruste liegen ungefähr bei einem Verhältnis von 5 000 (Stickstoff) : 1 500 (Phosphor) : 9 (Arsen) : 0,3 (Bismut).

Die Elemente der 6. Hauptgruppe werden auch als Chalkogene (Erzbildner) bezeichnet; zu ihnen gehören Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur und Polonium. Während Sauerstoff und Schwefel Nichtmetalle sind, erhöht sich der Metallcharakter mit steigender Ordnungszahl. Polonium ist ein radioaktives Metall.
Sauerstoff ist ein wichtiger Bestandteil der Luft.

Zur vierten Hauptgruppe gehören die Elemente Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei.

Der Metallcharakter der Elemente nimmt mit steigender Ordnungszahl zu. Kohlenstoff ist ein typisches Nichtmetall, Germanium ein typisches Halbmetall, Blei ein typisches Metall.
Kohlenstoff besitzt von allen Elementen die ausgeprägteste Tendenz zur Bildung von Ketten und Ringen und bildet zahlreiche Verbindungen mit C-C - oder C-Element-Mehrfachbindungen. Daraus resultiert eine Vielzahl von Verbindungen, die die Grundlage für das Leben auf der Erde bilden und Thema der organischen Chemie sind.

Kohlenstoff als Element der IV. Hauptgruppe bildet fast ausschließlich polare Atombindungen zu anderen Partnern aus. Dabei entsteht eine Vielzahl von Molekülverbindungen, angefangen von den Kohlenwasserstoffen über die ungeheure Vielfalt der anderen organischen Verbindungen bis hin zu den anorganischen Kohlenstoffoxiden. Kohlenstoffverbindungen spielen eine wichtige Rolle in der Natur (z. B. Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße als Grundbausteine des Lebens), in der Umweltchemie (z. B. das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid), im Alltag (z. B. organische Säuren als Konservierungsmittel) und in der Technik (z. B. Erdölprodukte oder Werkstoffe).

* 07.10.1939 in Wisbech (Cambridgeshire)

Harold Kroto ist ein britischer Chemiker. Er forscht und lehrt an der Universität in Sussex.
Gemeinsam mit seinen Kollegen Robert F. Curl und R. Smalley erhielt er 1996 den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung einer neuen Modifikation von festem Kohlenstoff, in der die Atome zu polyederartigen Hohlkörpern mit fünf- und sechseckigen Seitenflächen verknüpft sind, den Fullerenen.

* 08.02.1834 Tobolsk
† 02.02.1907 St. Petersburg

DMITRIJ IVANOVIC MENDELEEV lebte und arbeitete, von einigen Studienreisen abgesehen, in St. Petersburg, wo er auch sein Studium absolviert hatte.

Berühmt wurde er für die Ordnung der Elemente im Periodensystem, wie es auch heute noch verwendet wird. MENDELEEV sagte die Existenz einiger Elemente voraus, die später entdeckt wurden.

Nach ihm wurde das künstlich hergestellte, radioaktive Element mit der Ordnungszahl 101 – Mendelevium – benannt.

* 19.08.1830 in Varel
† 11.04.1895 in Tübingen

Vor über 100 Jahren entwickelte der Russe D. I. MENDELEJEW und der Deutsche LOTHAR MEYER unabhängig von einander ein Ordnungssystem für die damals bekannten Chemischen Elemente.
Sie ordneten die Elemente nach ihren Atomgewichten bzw. Atomvolumina und ihren ähnlichen chemischen Eigenschaften und schufen so das Periodensystem der Elemente, das bis in die heutige Zeit durch neue Entdeckungen ergänzt wird. Bereits in seinen „Modernen Theorien“ hatte LOTHAR MEYER sechs Elementgruppen nach ihren Eigenschaften und Atomgewichten zusammengestellt, die späteren Haupt- und Nebengruppen. Daran anknüpfend ordnete er in einer weitaus umfangreicheren Tabelle 52 Elemente an. Ehe er sich allerdings dazu entschloss, diese Ergebnisse 1870 zu publizieren, hatte bereits MENDELEJEW seine unabhängig davon laufenden Ergebnisse 1869 veröffentlicht.

Vor nicht allzu langer Zeit kannte man nur zwei Zustandformen (Modifikationen) des Kohlenstoffs – Grafit und Diamant. Diese beiden Stoffe sind sehr gut untersucht, ihr Bau ist bekannt und die Palette der Verwendungsmöglichkeiten ausgereizt.

Der elementare Kohlenstoff wurde für Wissenschaftler erst wieder am Ende des letzten Jahrtausends richtig interessant, als neue Strukturen des Kohlenstoffs gefunden und hergestellt werden konnten. Dazu gehören die kugelförmigen Fullerene und kleine zylinderförmige Kohlenstoffmoleküle mit einem Durchmesser von nur einem Nanometer. Insbesondere die Nanotubes könnten sehr stabile Carbonfasern liefern oder als Speicher für Wasserstoffmoleküle dienen und auf diese Weise bei der Umsetzung wichtiger Schlüsseltechnologien eine Rolle spielen.

Zwischen dem Atombau und der Stellung des jeweiligen Elements im Periodensystem besteht ein enger Zusammenhang. Bei den Hauptgruppenelementen bis zur Ordnungszahl 20 kann man mit einem Blick den Bau der Atome ablesen. Danach wird der Atombau etwas komplizierter, besonders bei den Nebengruppenelementen.

* 28.02.1901 in Portland,  
† 19.08.1994 in Californien

Der zweifache Nobelpreisträger LINUS CARL PAULING wurde am 28. Februar 1901 in Portland, Oregon geboren. Große Verdienste erwarb er sich um die molekularbiologische Untersuchung der Sichelzellenanämie (auch Sichelzellanämie) und schuf die gedankliche Grundlage für die Aufklärung der Struktur der DNS. Für die Chemie von besonderer Bedeutung war seine Klassifizierung zur Unterscheidung der drei Verbindungstypen. PAULING engagierte sich gegen die Tests von Atomwaffen und führte den Begriff der orthomolekularen Medizin ein. Von Bedeutung ist auch die von ihm entwickelte Therapie zur Behandlung koronarer Herzerkrankungen ohne Chirurgie. PAULING starb 93-jährig am 19. August 1994 auf seiner Ranch in Californien.

Das von MENDELEJEW formulierte Gesetz der Periodizität besagt, dass sich die Eigenschaften der Elemente periodisch – also regelmäßig wiederkehrend - in Abhängigkeit von den Atomgewichten bzw. Massen ändern. Damit ist gemeint, dass in den Perioden und Hauptgruppen des PSE immer wiederkehrende Tendenzen der Elementeigenschaften zu beobachten sind. Dazu gehören die Änderungen der Atomradien, der Elektronegativität, des Metallcharakters und der Wertigkeit der Elemente.

Heute wissen wir, dass die Ursachen für die periodische Änderung der Eigenschaften im inneren Aufbau der Atome also der Kernladungszahl und der Besetzung der Elektronenschalen zu suchen sind.

Phosphor als Element der V. Hauptgruppe tritt in mehreren Modifikationen auf. Da besonders der weiße Phosphor außerordentlich reaktionsfreudig ist und Phosphor mit Sauerstoff stabile polare Atombindungen eingeht, spielen vor allem die Sauerstoff-Verbindungen eine wichtige Rolle in Natur und Technik.

Phosphorsäure ist eine mittelstarke Säure und wird in der Getränkeindustrie als Konservierungsmittel eingesetzt. Der Hauptanteil dient jedoch der Herstellung verschiedener Phosphate.
Phosphorverbindungen sind im Organismus in der Knochensubstanz, in der DNA und im ATP enthalten und somit biologisch von großer Bedeutung. Daher sind Phosphate wichtige Nährstoffe für Pflanzen und müssen diesen als Düngemittel zugeführt werden. Daraus und aus der Anwendung als Komplexbildner in Waschmitteln ergibt sich das Umwelt schädigende Potenzial von Phosphaten. Der unkontrollierte Eintrag in Gewässer führt zu einem Massenwachstum an Algen und Wasserpflanzen und letztendlich zum Absterben aller Lebewesen in diesen Gewässern.

* 13.03.1733 in Fieldhead bei Leeds
† 06.02.1804 in Northumberland, Pennsylvania

Joseph Priestley war ein britischer Naturwissenschaftler, Theologe und Philosoph.
Er entdeckte unabhängig von Carl Wilhelm Scheele das Element Sauerstoff, außerdem den Ammoniak, das Lachgas, die schweflige Säure, Chlorwasserstoff und Kohlenstoffmonooxid. Die pneumatische Wanne, die zum Auffangen von gasförmigen Reaktionsprodukten verwendet wird, stammt auch von ihm. Am bekanntesten wurde Priestley durch seine Versuche zur Reinigung „verdorbener“ (durch Verbrennungsvorgänge) Luft durch Pflanzen.
Priestley erfand auch den Radiergummi.

Das Periodensystem der Elemente ist heute ein ganz wichtiges Arbeitsmittel für jeden, der sich mit der Chemie beschäftigt. In ihm sind die Elemente in Abhängigkeit von ihrem Bau angeordnet. Daher kann man aus dem Periodensystem wesentliche Fakten zum Atombau der Elemente und daraus resultierend über die Eigenschaften der Elementsubstanzen ablesen.
An der Entwicklung des Periodensystems der Elemente haben viele bekannte Wissenschaftler mitgearbeitet. Klicken Sie auf das nebenstehende Bild, um ein Vollbild des Periodensystems zu sehen. Dort können Sie für jedes Element zahlreiche Informationen abrufen. Durch Klicken auf die einzelnen Elementsymbole erhalten Sie Informationen zu wichtigen Eigenschaften der Elektronenkonfiguration, Vorkommen, Verbindungen und den wichtigsten Anwendungen. Außerdem sind jeweils die wichtigsten Stoffkonstanten und die Häufigkeit des Vorkommens in der Natur angegeben. Dazu gehört auch eine Übersicht über die häufigsten Isotope der einzelnen Elemente und einen kurzen historischen Abriss über die Entdeckung des jeweiligen Elements.

Roentgenium ist ein künstliches Element mit der Ordnungszahl 111, das im Jahr 1994 von einer Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von S. HOFMANN in Darmstadt durch Beschuss von ^{2 0 9}Bi mit ^{6 4}Ni-Kernen synthetisiert wurde. Gemäß der Elektronenkonfiguration [Rn] 5f^{1 4}6d^{1 0}7s¹ ist das 111. Element ein schweres Homologes des Elements Gold, ein Element der 11. Gruppe (1. Nebengruppe). Genauere Kenntnisse über die Eigenschaften des Elements und seiner Verbindungen liegen noch nicht vor.

Sauerstoff ist ein Element der VI. Hauptgruppe und bildet mit fast allen Elementen des Periodensystems stabile Oxide. Als Bestandteil der Oxide und anderer Verbindungen (z. B. Silicate, Carbonate) ist Sauerstoff das häufigste Element der Erdkruste. Reaktionen unter Beteiligung von Sauerstoff wie die Verbrennung von Kohle oder von Kohlenhydraten (Atmung) sind wichtige Prozesse in Natur und Technik. Solche Prozesse bezeichnet man als Oxidationsreaktionen.

Der Luftsauerstoff und das häufigste Elementoxid, das Wasser, ermöglichen erst das Leben auf der Erde. Aber auch viele technisch wichtige Werkstoffe wie Glas (Siliciumdioxid), Keramiken (Aluminiumoxid) oder Erze (Eisenoxid) sind Oxide. Aus der Reaktion der Oxide mit Wasser entstehen entweder Säuren oder Basen.

Schwefel als Element der VI. Hauptgruppe kommt sowohl gediegen als auch in Form von Sulfiden und Sulfaten in der Erdkruste vor. Schwefel und viele Schwefel-Verbindungen sind vor allem in der chemischen Industrie von außerordentlicher Bedeutung. So werden jährlich über 150 Millionen Tonnen Schwefelsäure als einer der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie produziert. Diese werden vor allem zur Herstellung von Düngemitteln und zur Aufbereitung von Titanerzen benötigt.

Der hohe Schwefelgehalt in fossilen Brennstoffen trägt zur Entstehung des sauren Regens bei. Das bei der Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas entstehende Schwefeldioxid muss deshalb in Entschwefelungsanlagen aus den Abgasen von Industrieanlagen und Kraftwerken entfernt werden.

Silicate bilden den Hauptanteil der Erdkruste. Formal kann man sie aus Quarz ${\text{(SiO}}_{\text{2}}\text{)}$ ableiten, indem man Siliciumatome durch andere Metalle ersetzt. Sie sind als bedeutende Baustoffe im Beton oder Ziegelstein, haben aber auch große Bedeutung als Katalysatoren, oder Waschmittelzusatz (Zeolithe), wo sie als Ionenaustauscher fungieren.

Silicium als Element der IV. Hauptgruppe ist das zweithäufigste Element in der Erdkruste. Allerdings kommt es nur in Form von Siliciumdioxid und davon abgeleiteten Verbindungen, z. B. den Silicaten, vor. Viele Gesteine und Mineralien wie Quarz, Feldspat oder Tonerden sind Silciumverbindungen. Reines Silicium kann nur industriell hergestellt werden und ist von großer Bedeutung als Halbleiter in elektronischen Bauelementen und in der Solartechnik.
Siliciumdioxid und Silicate sind die Hauptbestandteile von Glas, finden aber auch andere vielfältige Anwendungen, z. B. als Schleifmittel oder technische Katalysatoren. Auch leistungsfähige keramische Werkstoffe und die als Dichtungsmaterial bekannten Silicone sind Verbindungen des Siliciums.

Silicone sind siliciumorganische Kunststoffe, in denen die Siliciumatome noch organische Reste tragen. Sie ähneln in ihrer Struktur organisch modifiziertem Quarz, weisen eine ähnliche Beständigkeit auf und besitzen aber die Flexibilität von Kunststoffen.

Durch Variation der Synthesebedingungen kann die Struktur und damit die Eigenschaften der Silicone gezielt beeinflusst werden, sodass das Anwendungsspektrum nahezu unbegrenzt ist.
Silicone werden auch als Polysiloxane bezeichnet. Dabei steht „sil“ für Silicium, „ox“ für Sauerstoff und „an“ für die gesättigte Struktur der Verbindung.

Silicone sind chemische Verbindungen, die uns täglich begegnen. Wir finden sie in allen Bereichen der industriellen Produktion aber auch im Alltag sind sie allgegenwärtig. Beispiele finden sich im Bereich der Bauindustrie bzw. des Bautenschutzes.

Nicht nur die Dehnungsfugen im Haushaltsbereich basieren auf Siliconen. In der dritten Welt ermöglichen silicongetränkte und damit wasserabweisende Faserzementplatten den Einsatz eines preiswerten Baustoffs, der sonst bei den vorherrschenden feuchten Klimabedingungen undenkbar wäre. In der chemischen Industrie, der Elektro- und Elektronikindustrie, dem Verkehrs- und Medizinwesen finden sich viele Anwendungen. Sogar im Haarshampoo oder beim Abziehbild finden wir sie wieder.

* 06.06.1943 in Akron (Ohio)
† 28.10.2005

RICHARD SMALLEY ist ein amerikanischer Chemiker. Er beschäftigt sich mit Quantenchemie, der Herstellung organischer Polymere und den Modifikationen des Kohlenstoffs.

Gemeinsam mit seinen Kollegen ROBERT F. CURL (geb. 1933) und HAROLD W. KROTO (geb. 1939) erhielt er 1996 den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung einer neuen Modifikation von festem Kohlenstoff, in der die Atome zu polyederartigen Hohlkörpern mit fünf- und sechseckigen Seitenflächen verknüpft sind, den Fullerenen.

Stickstoff ist ein Element der V. Hauptgruppe und mit einem Anteil von 78,1 Vol-% Hauptbestandteil der Luft. Stickstoffverbindungen sind technisch von besonderer Bedeutung. Nitrate werden hauptsächlich als Düngemittel in der Landwirtschaft, aber auch für die Herstellung von Sprengstoffen, Kunststoffen und Farbstoffen eingesetzt.
Ausgangsstoff für die meisten industriell genutzten Stickstoffverbindungen ist Ammoniak. Damit stellt die Ammoniaksynthese nach dem HABER-BOSCH-Verfahren eines der wichtigsten chemischen Verfahren dar.

Die Oxide des Stickstoffs sind in vielen Abgasen enthalten und tragen zur Entstehung des sauren Regens bei. Auch die in den Düngemitteln enthaltenen Nitrate haben bei unkontrollierter Anwendung ein Umwelt schädigendes Potenzial.
Wichtige organische Stickstoffverbindungen sind Eiweiße und die organischen Amine, die zur Herstellung von Farbstoffen und Kunststoffen verwendet werden.