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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Kernchemie“.

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Actinium ist ein radioaktives Schwermetall der 3. Nebengruppe. Alle Isotope sind radioaktiv. Das langlebigste Nuklid ²²⁷Ac hat eine Halbwertszeit von 21,8 Jahren. Gewonnen werden kann Actinium aus Kernabbränden oder durch Bestrahlung von ²²⁶Ra mit Neutronen, wobei das entstehende ²²⁷Ra unter ß-Strahlung in ²²⁷Ac zerfällt. Das silberweiße Metall lässt sich in Mengen von über 10 Gramm, z. B. durch Reduktion von AcF mit Kalium herstellen. Chemisch ähnelt das Actinium dem Lanthan und bildet Verbindungen mit der Oxidationszahl III.

Aluminium ist das in der Natur häufigste Metall. Es ist ein reaktives Leichtmetall, das sich an der Luft mit einer stabilen, vor weiterer Korrosion schützenden Oxidschicht überzieht. Als Element der III. Hauptgruppe (sog. Erdmetalle) bildet es Verbindungen in denen es in der Oxidationsstufe +III vorliegt. Das durch Schmelzflusselektrolyse gewonnene Metall wird in der Technik zur Herstellung von Drähten, Verpackungsmaterial und als Bestandteil zahlreicher Legierungen als Werkstoff (Fahrzeugbau) und Baustoff (Profile, Rohre, Bleche) verwendet.

Americium ist ein reaktionsfähiges, silbrig glänzendes, dehnbares Schwermetall. Es ist das 6. Element der Actinoide. Das Metall löst sich leicht in Säuren und bildet überwiegend Verbindungen mit der Oxidationsstufe III. Aber auch rotgelbe Am^{4 +}- Ionen, die in wässriger Lösung nicht beständig sind, und gelbe AmO₂ ⁺- Ionen sind bekannt. Americium wird in Kilogramm-Mengen bei Kernreaktionen aus ²⁴¹Pu gebildet. Einige Verbindungen dienen Spezialzwecken in der Technik und der Medizin.

Antimon bildet neben einer instabilen schwarzen Modifikation eine stabilere graue metallische Modifikation. Diese ist silberweiß, glänzend und spröde. Das wichtigste Mineral ist der Grauspießglanz, Sb₂S₃. Reines Antimon wird durch Reduktion von SbCl₃ mit Wasserstoff gewonnen. Das Element bildet Verbindungen überwiegend mit den Oxidationsstufen +III und +V. Antimon ist ein wichtiges Legierungs- (Letternmetall, Schrot) und Lagermetall. Wichtige Halbleiter enthalten Antimon, z. B. AlSb und InSb.

Argon ist ein reaktionsträges Edelgas (VIII: Hauptgruppe), das in der Luft mit ca. 1 Vol-% enthalten ist und durch fraktionierte Destillation verflüssigter Luft gewonnen wird. Argon wird als Schweiß- und Schutzgas in der Technik eingesetzt und als Füllgas für Glühlampen verwendet.

Arsen (5. Hauptgruppe) tritt in mehreren Modifikationen auf. Das beständige graue Arsen ist spröde und metallisch glänzend. Gelbes Arsen zeigt nichtmetallische Eigenschaften. Die Verbindungen leiten sich von den Oxidationsstufen III und V ab, aber auch Arsenide (z. B. Na₃As) sind bekannt. Meist wird Arsen aus den bei den Verhüttungsprozessen anfallenden As2O3 durch Reduktion mit Kohle gewonnen. Arsenverbindungen sind giftig. Das Element wird als Legierungsbestandteil, für die Herstellung von Halbleitern und einige Verbindungen werden in begrenztem Umfang bei der Schädlingsbekämpfung eingesetzt.

Astat ist ein radioaktives Element der 7. Hauptgruppe, dessen Eigenschaften noch nicht vollständig bekannt sind. Das langlebigste Isotop hat eine Halbwertszeit von 8,3 Stunden. Es ist sublimierbar und bildet At₂-Moleküle. Verbindungen sind mit den Oxidationszahlen -I (Astatide, At), +I (AtO) und +V (AtO₃ ) bekannt. Astat kann in Mikrogrammmengen durch Beschuss von Bismut mit α-Teilchen gewonnen werden. Verwendet werden Astat-Verbindungen in der Nuklearmedizin.

Auf der Grundlage des Atommodells von E. RUTHERFORD entwickelte N. BOHR ein Schalenmodell, mit dem der Widerspruch zwischen der klassischen Physik und der Quantentheorie durch Postulate ausgeglichen werden sollte. Die Leistungsfähigkeit des Modells zeigte sich bei der quantitativen Interpretation der Spektren des Wasserstoffatoms, seine Grenzen jedoch bei der Deutung von Spektren von Atomen mit mehreren Elektronen. Das bohrsche Atommodell wurde daraufhin von A. SOMMERFELD verfeinert und somit auch für Mehrelektronensysteme anwendbar.
Mit diesem einfachen Atommodell nach BOHR und SOMMERFELD können Elektronenkonfigurationen aufgestellt und viele Zusammenhänge zwischen der Struktur der Elektronenhülle und den Eigenschaften der Elemente im Periodensystem hergestellt werden. Es steht jedoch im Widerspruch zu den Gesetzen der klassischen Physik und kann auch nicht zur Erklärung der Atombindung herangezogen werden.

Der äußere lichtelektrische Effekt wird auch als äußerer Fotoeffekt oder nach seinem Entdecker, dem deutschen Physiker WILHELM HALLWACHS (1859-1922), als HALLWACHS-Effekt bezeichnet.
Der Effekt beinhaltet: Wird eine negativ geladene Metallplatte mit geeignetem Licht bestrahlt, so werden aus der Oberfläche Elektronen herausgelöst.
Der äußere lichtelektrische Effekt war einer der ersten Resultate physikalischer Untersuchungen, die das Wellenmodell des Lichtes infrage stellten. Eine erste umfassende Deutung dieses Effekts wurde von ALBERT EINSTEIN (1879-1955) im Jahr 1905 gegeben. Insbesondere für diese Leistung erhielt er 1921 den Nobelpreis für Physik.

Barium ist ein silberweiß glänzendes reaktives, weiches Leichtmetall der 2. Hauptgruppe (Erdalkalimetalle), das an der Luft mit grüner Flammenfärbung zum Oxid, BaO und zum Nitrid, Ba₃N₂, verbrennt. Bariumsulfat und -carbonat sind die wichtigsten Ausgangsverbindungen für die Herstellung des Metalles und seiner Verbindungen. Durch aluminothermische Reduktion des Oxides kann Barium gewonnen werden. Lösliche Bariumverbindungen sind giftig. Metallisches Barium wird in der Technik selten (Gettermetall), einige Verbindungen wie BaSO₄ (Anstrichfarbe, Füllmittel für Papier) und BaCO₃ (Keramiken, Gläser) werden häufig verwendet.

Berkelium ist das 8. Element der Actinoide. Es ist ein duktiles, silberweißes, reaktives Schwermetall, das in seinen Verbindungen überwiegend in den Oxidationsstufen III und IV vorkommt. Durch Umsetzung von BkF₄ mit Lithium kann das Metall gewonnen werden. Bei der mehrmonatigen Bestrahlung von einigen hundert Gramm ²⁴²Pu mit Neutronen bilden sich nur 0,5 g Berkelium. Die beigefarbenen Bk(IV)-Ionen sind in Wasser stabil.

Bismut ist ein silberweiß, mit rötlichem Schimmer glänzendes, sprödes Halbmetall der 5. Hauptgruppe. Die wichtigste Oxidationsstufe ist die Stufe +III (z. B. Bi₂O₃, BiCl₃). Weniger häufig tritt Bismut mit den Stufen +V (NaBiO₃) oder -III (BiH₃) auf. Durch Reduktion von Bi₂O₃ mit Kohlenstoff kann das Metall gewonnen werden. Bei Raumtemperatur ist es an der Luft beständig. Beim Erwärmen reagiert es z. B. mit Sauerstoff, den Halogenen und Schwefel.
Niedrig schmelzende Legierungen für Schmelzsicherungen enthalten neben Bismut auch Sn, Pb und Cd. Bismutpharmaka, z. B. als Darmantiseptika haben nur noch geringe Bedeutung.

Blei ist ein weiches, blaugraues Schwermetall der 4. Hauptgruppe. Seine Verbindungen leiten sich von den Oxidationszahlen +II (z. B. PbO, PbI₂) und +IV (z. B. PbO₂, (NH₄)₂[PbCl₆] ab. An der Luft bildet das Metall eine vor weiteren Angriffen schützende Oxidschicht. Bei Temperaturerhöhung steigt die Reaktivität deutlich an. Das Metall wird aus Bleiglanz, PbS, meist nach dem Röstreduktionsverfahren gewonnen. Wegen der Toxizität von Bleiverbindungen werden Bleirohre als Trinkwasserleitungen nicht mehr verwendet. Als Kabelummantelung, als Legierungsmetall (Letternmetall mit Sb und Sn; Lagermetall mit geringen Mengen von Ca, Na, Li) und zur Herstellung von Bleiakkumulatoren wird Blei technisch genutzt.

Bohrium wurde 1981 von einer Arbeitsgruppe unter Armbruster und Münzenberg in Darmstadt hergestellt. Beim Beschuss einer ²⁰⁹Bi- Folie mit ⁵⁴Cr-Kernen wurden 6 Atome des neuen Elementes nachgewiesen. Genauere Kenntnisse über das Element Bohrium, einem Homologen des Rheniums (7. Nebengruppe) liegen noch nicht vor.