Was sind Elemente?

Das Universum ist aus Materie aufgebaut. Jetzt, in diesem Moment bist du davon umgeben. Die Luft die du atmest, die Gerüche die du wahrnimmst - alles, was du sehen kannst ist Materie. Materie ist alles, was einen Raum einnimmt und Gewicht hat. Die Wissenschaftler sagen, Materie hat Volumen und Masse.

Schon seit langem haben Menschen darüber nachgedacht, ob die Materie aus wenigen Grundbauteilen zusammengesetzt ist. (Etwa so, wie ein Kasten mit Bauklötzen, aus dem man sehr viele verschiedene Dinge bauen kann.) Im Altertum haben die Gelehrten geglaubt, Erde, Wasser, Luft und Feuer seien die "Vier Elemente", also die Grundstoffe, aus denen alle anderen Stoffe bestehen. Diese Vorstellung war falsch. Heute wissen wir, es handelt sich dabei um die Aggregatzustände fest ("Erde"), flüssig ("Wasser"), gasförmig ("Luft") und Plasma ("Feuer"). Aggregatzustände beruhen darauf, dass die einzelnen Bauteile verschieden stark aneinander kleben. Es sind somit keine Bauteile.

Die Gelehrten des Altertums hatten aber mit ihrer Idee, dass unsere Materie aus Grundstoffen aufgebaut ist, recht. Es gibt in der Chemie etwa hundert verschiedene Grundstoffe, die wir Elemente nennen: Eisen, Gold, Silber, Schwefel, Phosphor usw. Diese Elemente können unterschiedliche Aggregatzustände einnehmen.

Die Bauteile, aus denen die Elemente bestehen nennt man Atome. Oder anders herum betrachtet: Etwas das nur aus einer Art von Atomen besteht nennen wir Element.

Heute können wir uns Atome ansehen, indem wir ein Gerät benutzen, das „Elektronen-Mikroskop“ heißt. Damit kann man Dinge sehen, die sogar noch Millionen mal kleiner sind als das, was uns normale Mikroskope zeigen.

Der Diamant ist das härteste, was wir kennen, und besteht aus Kohlenstoff

Die Welt der Elemente

Die meisten Dinge um uns herum bestehen aus mehr als einem Element, aber manche Dinge bestehen auch nur aus einem einzigen. Stell dir mal einen Diamanten vor: er besteht aus einem Element, das wir Kohlenstoff nennen - und nun denk mal an die Mine deines Bleistifts: Sie ist übrigens nicht aus Blei! - Sie ist, genauso wie der Diamant, aus Kohlenstoff. Das Element hat nur eine andere Struktur: man nennt es Graphit. Die Eigenschaften der Dinge hängen nicht nur davon ab, aus welchen Elementen sie bestehen, sondern auch davon, in welcher Form die Atome angeordnet sind. Kohlenstoff kann also als Diamant klar wie Glas sein – oder tiefschwarz als Graphit.

Hier ein paar Beispiele für Dinge, die aus einem Element sind:

Eine Getränkedose aus Aluminium.
Wertvoller Schmuck aus Gold oder Silber.
Das Gas Helium in einem Ballon, der nach oben fliegt, wenn du ihn loslässt.

Um ehrlich zu sein: Sehr oft gibt es Verunreinigungen durch andere Elemente. Diese Beispiele sind darum eigentlich keine reinen Elemente. Und gerade Metalle werden oft mit anderen Metallen gemischt, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Wäre der „eiserne Gartenzaun“ wirklich aus Eisen, könntest du ihn verbiegen. Tatsächlich ist er aus Stahl. Stahl besteht aus dem Element Eisen, dem andere Elemente wie Kohlenstoff oder Mangan zugefügt wurden.

Nur wenige Elemente kommen in der Natur als reine Elemente vor. Gold und Schwefel kann man in reiner Form finden – oder Kohlenstoff als Diamant. Aber die meisten Elemente findet man nur in Verbindung mit anderen Elementen. Ein Beispiel:

Wasser hat die chemische Formel
H₂O.
Das bedeutet, dass ein Wasser-Molekül aus
zwei Atomen Wasserstoff (H) und einem Atom Sauerstoff (O) besteht.

Als Moleküle werden Gruppen von Atomen bezeichnet, die durch chemische Bindung zusammen gehalten werden. Es gibt Moleküle, die aus verschiedenen Atomen, also verschiedenen Elementen aufgebaut sind, wie die des Wassers. Andere Moleküle bestehen aus mehreren gleichen Atomen. So treten Atome des Sauerstoffs (O) in der Luft fast immer zu zweien gepaart auf. Gruppieren sie sich dagegen zu dritt, entsteht das giftige Ozon. Dies ist ein weiteres Beispiel, dass ein und das selbe Element verschiedene Eigenschaften haben kann.

Die Menschen des Altertums wussten schon, wie man Elemente trennt – z. B. wie man das Eisen aus dem Eisenoxid in Erzen herausholt. Sie erhitzten Eisenerz, das sie aus dem Boden gegraben haben, zusammen mit Holzkohle. Eisenoxid ist eine Verbindung aus zwei Elementen – Eisen und Sauerstoff. In der Holzkohle steckt das Element Kohlenstoff – wenn sie zusammen erhitzt werden, verbinden sich die Sauerstoffatome mit dem Kohlenstoff und lassen das Eisen zurück. Allerdings ist das Eisen verunreinigt und - nach heutigen Maßstäben - minderwertig, aber immer noch härter als Kupfer.

Das Periodensystem der Elemente ist eine Tabelle, in der die verschiedenen Elemente angeordnet sind. Die meisten davon wurde schon vor vielen Jahren entdeckt. Bis heute wurden 81 Elemente identifiziert, die natürlich vorkommen, und ungefähr 25 Elemente wurden künstlich vom Menschen erschaffen.

Zurück | Hoch | Weiter