sowie der chemischen Elemente · 2020. 11. 8. · Inhaltsverzeichnis Mathematik 1. Zahlengesetze Seite Peter Plichta Die vier Dimensionen unseres Universums „Hoch“ 1, 2, 3, 4

Terminologix Vorklinix

Basiswissen

in

Physik

sowie der

chemischen Elemente

Mit einem völlig neuen Blick auf die Mathematik zu Beginn und einem gemessenen Übergang in die Chemie am Ende.

Konzipiert für das Studium der Medizin, der Zahnmedizin,

und der Pharmazie, aber auch für deren marginale Berufe.

Doch ebenso sehr geeignet für viele andere naturwissen-

schaftliche Studiengänge. Und fürs Gymnasium sowieso.

Grund und Absicht dieses Buches

Derzeit werden in Deutschland rund 43.000 Bewerber pro Jahr für den Studiengang Humanmedizin re-gistriert. Dabei stehen für das Wintersemester lediglich 9.000, und fürs Sommersemester gerade mal 1.650 Plätze zur Verfügung. Das sind also mehr als 4 Bewerber je Studienplatz! Hiervon werden 20% an die Abiturbesten und weitere 20% an die Wartesemester verteilt. Die restlichen Studienplätze dür-fen die Universitäten selbst vergeben; auch über Auswahlgespräche. Obligatorisch für dieses Studium ist seit Jahrzehnten die Abiturnote (Stichwort NC Numerus Clausus). Der Medizinertest (TMS Test für Medizinische Studiengänge) war dies zwischen 1986 und 1996, wobei er von man-chen Hochschulen mittlerweile wieder verlangt wird. Bewerben kann man sich bei der SfH Stiftung für Hoch-

schulzulassung (bis 2008 ZVS Zulassungsstelle für die Vergabe von Studienplätzen), oder an einer Mediziner-Uni direkt. Nebenbei: Die Ausbildung eines jeden Medicus vom 1. Semester bis zu seiner Approbation kostet den Staat per Stand 2019 mehr als 200.000 €. Schon die Schulbildung bis zum Abitur kostet gut 80.000 € pro Schüler! All jene mitsamt deren Eltern erachten das fast immer als selbstverständlich in unserem Lande. Und dass sämtliche Schulbücher gratis gestellt werden, sowieso. Bis vor kurzem waren 15 Jahre lang und je nach Bundesland Studiengebühren zwischen 50 und 500 € pro Semester ans Studentenwerk fällig, was jedes Jahr zu empörten Protesten führte. Zum Vergleich: in den USA muss jeder Student rund 30.000 $ bezahlen, für jedes Semester! In Kanada je nach Uni zwischen 4.000 und 16.000 $; in Australien sind es 17.000 $; in England 3 ½ bis 5.000 ₤. Und auch in fast jedem anderen Land auf der Erde werden Schul- resp. Studiengebühren verlangt. Jedes Jahr, je-des Semester! Für all die nichtlamentierenden Bürger mit achtendem Blick auf unseren Staat drängt sich dabei schon die Frage auf, ob all jene Protestler unser Bildungssystem und mehr noch unser So-zialsystem auch nur im geringsten zu achten und zu schätzen wissen...!? Wurde jeder Schüler noch (s)einer Klasse zugeordnet, innerhalb welcher er Jahr für Jahr und wie völ-lig selbstverständlich einen Stundenplan in die Hand gedrückt bekam – er also organisatorisch nichts für seinen Bildungslebensweg tun musste – reagieren fast alle Studienanfänger mit orientierungsüber-fordertem Frust darauf, dass man sich an Hochschulen um das Ergattern vieler Kurse selbst bemühen muss. Was oftmals chaotisch und nervenaufreibend ist; jedes Halbjahr aufs Neue! Zumindest beim Studiengang Medizin ist das an vielen Universitäten so. Bücher werden selbstverständlich nicht zur Verfügung gestellt und von Dozenten zumeist auch keine Empfehlungen hierzu ausgesprochen. Falls aber doch, so sind gerade solche Lehrbücher fast immer die für Studenten ungeeigneten, da in diesen viel zu viel Detailwissen drin steht; was zu dem Zeitpunkt aber kaum ein Studicus beurteilen kann. Darüber hinaus ist vor allem die Medizin ein bücheraspektlich sehr kostspieliges Studium. Allein für die Vorklinik belaufen sich die Ausgaben dafür auf locker 1.000 €. Wer sich aber nicht jeweils einen ½ Tag Zeit nimmt für ein weitsichtig kluges Auswählen des jeweils adäquaten Lehrbuches (pro Fach!), wird ganz schnell 2.000 € dafür ausgegeben haben! In diesem Zusammenhang noch etwas äußerst Wichtiges: Die richtige Lernstrategie ist im Medizin-studium entscheidend. Und die ist im Wesentlichen nun mal weit weniger individuell, als gemeinhin be-hauptet wird. Dabei ist das Angebot an lernstrategisch frustrierenden Büchern uferlos. Die Regelzeit für den Studiengang Humanmedizin beträgt 12 Semester plus 3 Monate, in der Realität sind es allerdings fast 7 Jahre pro Student. Davon erfordert der Vorklinische Abschnitt mindestens 4 Semester – nicht selten benötigt man 5 dafür – und endet mit dem Physikum, dem 1. Abschnitt der ärztlichen Prüfung, welches schriftlich und mündlich abgelegt werden muss. Hat man das Physikum nicht bestanden, darf man es zwar 1 Mal wiederholen, fällt man da aber nochmals durch, so kann man sein weiteres Medizinstudium an den Nagel hängen und sich nach einer anderen Berufsausbildung umschauen. Und um es klar zu sagen: Im Vergleich zum Physikum erscheint das Abitur den meisten rückblickend wie eine Kinderprüfung. Deshalb lege ich den Fokus im Folgenden ausschließlich auf den 1. Studienabschnitt und erwähne die restlichen Studienjahre hier nur noch der Vollständigkeit halber sowie der Übersicht wegen: Der an die Vorklinik anknüpfende klinische Abschnitt dauert weitere 6 Semester und mündet ins sog. Hammer-examen, da dieses sowohl qualitativ als auch quantitativ super schwer ist! Hat man auch das bestan-den, folgt das Praktische Jahr, welches 9 Monate später mit einer mündlich-praktischen Prüfung en-

© Terminologix Vorklinix BASISWISSEN IN PHYSIK SOWIE DER CHEMISCHEN ELEMENTE 3

det. Danach ist man zwar endlich fertiger Arzt, bis zum Facharzt sind es anschließend allerdings aber-mals mehrere Jahre, je nach Fachausrichtung. Die Vorklinik baut sich – im Schaubild von unten nach oben durchlaufen – wie folgt auf:

1. Abschnitt der Ärztlichen Prüfung das Physikum

Berufsfelderkundung Physiologie * Einführung in die Klinische Medizin

Biochemie * Histologie plus Mikroskopische Anatomie * Anatomie *

Physik für Mediziner

Chemie für Mediziner

Biologie für Mediziner

Psychologie und Soziologie *

Ausbildung in Erste Hilfe Medizinische Terminologie Praktikum der Krankenpflege

Die Ausbildung in Erste Hilfe findet außerhalb der Universität statt (DRK, etc.), dauert 1 Tag und am Ende, nach Bestehen einer kleinen Prüfung, erhält man eine Teilnahmebescheinigung. Das insgesamt 90 Tage dauernde Krankenpflegepraktikum hat man in einer geeigneten Einrichtung zu absolvieren. Das geht an einem Stück, oder in zwei, oder in maximal drei Blöcken à 30 Tage. Auch dafür erhält man ein Zertifikat. Beide Scheine sind für die Zulassung zum Physikum erforderlich. Berufsfelderkundung und Einführung in Klinische Medizin sind nicht sonderlich zeit- und lernauf-wändig, aber alle anderen Fächer sind es dafür umso mehr! Deshalb gilt: Je besser man auf ein Fach vorbereitet ist und je klarer man schon weiß, was dort auf einen zukommt, desto weniger läuft man Ge-fahr, dass einen der gewaltige Lernstoff erdrückt. Deshalb mein dringlicher Rat: Bereiten Sie sich auf die Grundlagen vor! Schon vor Beginn Ihres Studiums!! Auch wenn ich sehr wohl weiß, wie reizvoll es für Sie ist, möglichst rasch die Anatomie kennenzuler-nen oder sich gar ein Stethoskop lässig um den Hals zu hängen, so kann ich Ihnen trotzdem nicht na-he genug legen, es nicht laut genug und nicht oft genug sagen: Lernen Sie die Terminologie! Lernen Sie zuerst die Sprache – und Sie werden mir rückblickend einfach nur dankbar sein für diesen Tipp. Hören Sie nicht auf all die Möchtegerncoolen, die hierzu pseudosouverän abwinkend bekunden, dies lerne man ...ja sowieso im Laufe der Zeit nebenbei. Alles Verstehen baut auf Sprache auf. Wer die vorklinischen Fachbegriffe von der Pike auf beherrscht, wer also allein schon anhand der Bezeichnung einer jeden anatomischen Struktur oder eines jeden physiologischen Vorganges sofort weiß, was das bedeutet – denn die Fachwörter besagen dies doch schon...verdammtnochmal !!! – der erspart sich gewaltig viel an völlig unnötiger Auswendiglernerei. Es war und ist einfach nur dumm weil mit Blick auf die Qualität der universitären Ausbildung zum Arzt schlicht verantwortungslos, unsere Fachsprache derart verkümmern und mit Anglizismen gespickt ver-zerrren und verstümmeln zu lassen, sodass man heutzutage als Medizinstudent nur noch einen lächer-lichen Kursus der Medizinischen Terminologie zu absolvieren braucht; welcher dann auch noch in seinem Stellenwert wie eine überflüssig nervige Nebensache abgehandelt wird. Insofern wundert es sprachlich Verantwortungsvolle natürlich nicht, dass infolgedessen auch die 'Lehr'-bücher hierfür entsprechend rudimentiert und darüber hinaus mit derart pädagogischem Unverstand aufgebaut sind, sodass man als bewusst und mit Weitblick Denkender nur noch fassungslos resigniert dem Niedergang dieser einstmals so klaren und präzisen Fachsprache hinterherschauen kann. Aber auch die Grundlagen in Physik, Chemie und Biologie sind sehr wichtig. Zum einen wird man sich dann viel leichter tun beim Lernen der im Schaubild aufgeführten und mit * markierten 5 Kernfächer, und zum anderen wird man sie dann auch richtig interessant finden können. Und innere Genugtuung empfinden. Nämlich nicht nur alles mit Blick auf Prüfungen zu beherrschen, sondern dieses Wissen auch ein Leben lang in sich zu bewahren. Und das, liebe Leute, ist ein höchst erfüllendes Gefühl...! ☺

4 BASISWISSEN IN PHYSIK SOWIE DER CHEMISCHEN ELEMENTE © Terminologix Vorklinix

Wer ein Gebäude wirklich sicher bauen möchte, legt größten Wert auf das Fundament. Diese Boden-platte heißt Medizinische Terminologie. Doch solch eine Person wird dann natürlich auch das Keller-geschoss entsprechend solide mauern. Dessen 3 Räume sind im übertragenen Sinne die Physik für Mediziner, die Chemie für Mediziner und die Biologie für Mediziner. Wer diese 4 Basisfächer wirklich ernst genommen und deshalb gediegen gelernt hat, dem werden all die Jahre an der Uni nicht nur viel leichter fallen, sondern auch richtig Lust und Erfüllung in seinem Medizinstudium finden. Und sich zudem sogar ein wenig Freizeit abseits des Campus gönnen können; was bei diesem Studiengang nämlich alles andere als selbstverständlich ist! An sich sollte man das Essenzwissen dieser 4 Fächer ja sämtlich schon während der Schulzeit gelernt haben, was somit Auftrag all der gymnasialen Lehrer gewesen wäre. Die Realität aber zeigt, dass un-säglich viele dieser 'Pädagogen' ihren Beruf nicht wirklich können, etliche lustlose Schüler aber auch nichts beigebracht bekommen wollen. Doch die Wurzeln allen Übels sind auf den Oberschulämtern zu suchen... und in der Politik. Und in jedem einzelnen Elternhaus. Das allerdings ist ein ebenso frustrier-endes wie hoffnungsloses wie beschämendes Thema für sich. Im Gegensatz zu Ihrer Schulzeit wird Ihnen an kaum einer Uni in Deutschland ein Stundenplan in die Hand gedrückt. Sondern haben Sie sich in der Regel um die Teilnahme für die entsprechenden Kurse selbst zu bemühen; was natürlich stets mit Zeit, Stress und nicht selten auch mit Frust verbunden ist. In jeder ersten Woche eines Halbjahres wieder; was einen jedesmal schon zu Semsterbeginn ins lern-stoffliche Hintertreffen geraten lässt. Deshalb auch hier mein Rat: Übernehmen Sie sich nicht! Bürden Sie sich nicht zu viele Fächer pro Semester auf! Allerdings kann man sich bei all den Kursen im vorklinischen Abschnitt, die innerhalb von 2 Jahren ab-solviert werden sollten (Regelstudienzeit), leider auch kein lockeres Halbjahr leisten. Insofern habe ich Ihnen mal die ideale Abfolge des 1. Abschnitts eines Medizinstudiums skizziert: 1. Semester: Terminologie – Physik – Biologie 2. Semester: Chemie – Histologie und Mikroskopische Anatomie 3. Semester: Makroskopische Anatomie – Biochemie – Berufsfelderkundung 4. Semester: Physiologie – Psychologie und Soziologie – Einführung in die Klinische Medizin Während hierbei die ersten 2 Semester schon viel Lernstoff beinhalten, wird es bei den restlichen ge-waltig viel sein. Allein insofern ist es für jeden Studenten mit Vernunft und Verstand von alles überra-gender Bedeutung, sich schon Wochen vor Beginn seines Medizinstudiums auf die genannten 4 Grundlagenfächer gut vorzubereiten. Eben dafür schafft dieses Buch eine Teilvoraussetzung. Dieses, plus das andere von mir verfasste Werk mit dem Titel MEDIZINISCHE TERMINOLOGIE – DAS LEHRBUCH. Crede experto: Bereiten Sie sich vor! Zwischen Abitur und Studienbeginn! Entweder alleine; oder zu zweit, was weit besser weil nachhaltiger ist. Die Alternative stellen Intensivkurse dar, wie sie von diversen Privatinstituten in Großstädten angeboten werden. Diese dauern ca. 3 ½ Monate und kosten mehrere tausend Euro; ohne Wohn- und Lebenskosten in all der Zeit! Das mag zwar für die meisten eine hohe Geldsumme darstellen, sofern aber ein Kursanbieter didaktisch klug aufgestellt ist, mag ich sie Ihnen gerne ans Herz legen. Denn im Falle einer pädagogisch guten Führung ist solch ein konzen-trierter Vorbereitungskurs de facto hundertmal besser, als im stillen Kämmerlein auf seinen beruflichen Lebensweg ganz alleine hinzuarbeiten. Mit meinen Büchern kann man sich aber auf jeden Fall auch autark auf dieses faszinierende Studium gut vorbereiten. Doch wie auch immer Sie es angehen wollen, Hauptsache ist: Sie tun es!

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Inhaltsverzeichnis Mathematik

1. Zahlengesetze Seite

Peter Plichta

Die vier Dimensionen unseres Universums „Hoch“ 1, 2, 3, 4 • Punkt • Strahl • Gerade • Fläche • Dreieck • Volu- men • Tetraeder • Universum • offener Raum • finisimal • infinisimal

Die vier Dimensionszahlen als Fundament der Mathematik Basiszahlen • Erste echte Primzahl • Pubertät der Zahlen • Der 24er-Kreis Die Zahlen 6, 24 und 81 • chemische Elemente • stabile Isotope • 209

Bismut • 34-Gesetz • Kreisfläche • Kugeloberfläche • Lichtgeschwindigkeit

Die wahre Verteilung der Primzahlen 6 • Sex • Hex • Kraft • 6er-Achsen • Primzahlstrahlen • Die wahre Defini- tion der Primzahlen • 8 Hauptgruppen • Kernteilchen Wasserstoff und Helium

Die helikale Ausbreitung 300 • Zahlenwert der Lichtgeschwindigkeit • Zahlencodierung • Kernfusion Neutronenerweiterungszahlen • Zeit • Hawking • Absoluter Nullpunkt

7

2. Mathematische Grundlagen Seite

Rechenregeln der Algebra Kommutativgesetz • Assoziativgesetz • Distributivgesetz • Gleichungen • Brüche • Potenzen • Wurzeln • Logarithmen • Fakultät • Eulersche Zahl ‘e‘

Funktion, Differentiation und Integration ganz-rational • gebrochen-rational • Graph • Polynom • Kurvenverläufe • Logarithmusfunktion • Exponentialfunktionen • Ableitungen • Steigung • Hochpunkt • Tiefpunkt • Wendepunkt • Stammfunktionen (Integrale)

Geometrie und Trigonometrie Strahlensätze • Rechtwinkliges Dreieck • Rechteck • Quadrat • Kreiszahl Pi • Kreisfläche • Kreisumfang • Kreisbogen • Einheitskreis • Gradmaß • Bogen- maß • Ankathete • Gegenkathete • Hypotenuse • Sinusfunktion • Cosinus- funktion • Phasenverschiebung • Quader • Würfel • Kreiszylinder • Kugel

Skalare und Vektoren Maßzahl • Betrag • Graphische Addition und Subtraktion • Graphische Zer- legung von Vektoren in Komponenten • Skalarprodukt • Vektorprodukt

Statistik Mittelwert • Varianz • Standardabweichung • Standardfehler des Mittelwerts • Gauß-Normalverteilung • absolute - relative - systematische - zufällige Fehler

Mathematische Größenordnungen

13

1 Deka - Hekto - Kilo • Mega • Giga • Tera • Peta • Exa • Zetta • Yotta dezi - centi - milli • micro • nano • pico • femto • atto • zepto • yokto

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Die Mathematik

Mathematike techne g → „Die Kunst des Lernens“; „Zum Lernen gehörig“ von Mathema g → Gelerntes

1. Zahlengesetze Das allertiefste Gesetz in der Mathematik ist noch immer kaum jemandem bekannt, nämlich die wahre Natur der Zahlen. Einerseits, da – man mag es kaum glauben – dieses Fundament in seiner atembe-raubenden Harmonie erst vor gut 40 Jahren von einem Eigenbrödler in mühsamster Geistesarbeit peu à peu entschlüsselt, und vor rund 30 Jahren erstmals publiziert wurde. Und andererseits, weil all die führenden, größtenteils höchst ehrenkäsigen Leberwurstwissenschaftler die glasklare Stimmigkeit da-rin rein aus Trotz nicht anerkennen wollen – und sie deshalb völlig totschweigen. Und dies nur aus einem einzigen lächerlichen Grund: Deren Egos können den Gedanken nicht ertra-gen, dass sie in dem Falle bis dato hochtrabend Mathematisches, Physikalisches und Chemisches ver-zapft haben, welches sich auf Basis jener wahren Zahlengesetze als hinfällig erweist. Diese Tatsache ist ebenso banal wie offenkundig wie erbärmlich! Nur deswegen weigern sich all jene Wissenschaftler mit geradezu sinnesatresialer Vehemenz, diese universalen Zahlengesetze auch nur anzuschauen. Ich werde nun sicher nicht all das erklären können, was jener Genius namens Peter PLICHTA Schritt für Schritt erarbeitet hat. Wen es interessiert – und das ist wärmstens zu empfehlen – der darf gerne sein atemberaubend spannendes Werk DAS PRIMZAHLKREUZ (PZK) lesen. Auf den folgenden Seiten mag ich lediglich das wunderbarste aller Zahlengesetze kurz und hoffentlich

gut verständlich darlegen. Doch zuerst etwas, das seltsamerweise (so) nicht in Plichta’s Büchern steht.

1.1 Die vier Dimensionen unseres Universums Mathemat. Dimension

Mathemat. Ausdruck

Notwendi-ge Punkte

Geomet- rische Form

Lage bzw. Rich- tungen im Raum

Kartesisches Koordinatensystem

Hoch 0 Punkt 1 Punkt keine Richtung 0-Punkt

Hoch 1 Gerade 2 Strecke Länge x-Achse

Hoch 2 Fläche 3 Dreieck Länge + Breite x-y-Achse

Hoch 3 Volumen 4 Tetraeder Länge + Breite + Höhe x,y,z-Achse, endlich

Hoch 4 Universum – offener Raum Länge + Breite + Höhe x,y,z-Achse, unendlich

Der mindestens notwendige eine Punkt zur realen Darstellbarkeit der Dimension „Hoch 0“ ist mathematisch bereits der Hinweis auf die nachfolgende Dimension „Hoch 1“ im Universum.

Die mindestens notwendigen zwei Punkte zur realen Darstellbarkeit der Dimension „Hoch 1“ ist mathematisch bereits der Hinweis auf die nachfolgende Dimension „Hoch 2“ im Universum.

Die mindestens notwendigen drei Punkte zur realen Darstellbarkeit der Dimension „Hoch 2“ ist mathematisch bereits der Hinweis auf die nachfolgende Dimension „Hoch 3“ im Universum.

Die mindestens notwendigen vier Punkte zur realen Darstellbarkeit der Dimension „Hoch 3“ ist mathematisch bereits der Hinweis auf die nachfolgende Dimension „Hoch 4“ im Universum!


Da es aber in der Dimension „Hoch 4“ nicht mehr möglich ist, eine Mindestanzahl notwendiger Punkte zu ihrer realen Darstellbarkeit überhaupt zu erfassen, muss die einzige logische Schlussfolgerung lau-ten: Eine geometrische Dimension „Hoch 5“ kann in diesem Universum nicht real existent sein!

1.2 Die vier Dimensionszahlen

Aus der Tabelle auf der vorherigen Seite fordert die Logik aber zudem: Die Zahlen 1, 2, 3 und 4 sind Dimensionszahlen. Diese bilden nicht nur die absolute Basis, nämlich des Raumes sowie der Zahlen selbst, sondern erzeugen diese vier Basiszahlen überhaupt erst das Universum! Auch wenn sich dies auf den ersten Blick verrückt liest. Zugleich bedeutet das: Erst nach der Vier – nämlich mit der 5 – tritt die erste echte Primzahl auf! Zahlen müssen sozusagen zuerst in die Pubertät kommen, d.h. teilbar werden, um überhaupt als prim gelten zu dürfen! Und die erste teilbare Zahl, die im Zahlenstrahl von 1 bis ∞ auftritt, ist nun mal die 4. Folglich ist die bisherige und seit Jahrtausenden gültige Definition – Eine Primzahl ist eine natürliche Zahl größer als 1 und ausschließlich durch 1 und durch sich selbst teilbar – falsch weil unzureichend. Die ersten drei Dimensionszahlen addiert resp. multipliziert ergeben jeweils 6 – und verleihen dadurch dem dreidimensionalen Raum überhaupt erst die Entfaltung sowie die erforderliche Stabilität. Diese 6 addiert mit der letzten Dimensionszahl 4 ergibt 10 – und legt auf diese Weise das natürliche 10er-Sys-tem fest. Die 6 multipliziert mit der 4 ergibt 24. Hier bricht die Paar-Bildung der Primzahlen links und rechts der 6 erstmals ab – und bildet so den Kreis, genauer gesagt die Spirale S. 11 – auf welcher sich die natürlichen Zahlen von 1 bis ∞ zyklisch ausbreiten.

Links und rechts der Zahl Sechs sowie deren Viel-fachen – und nur dort! – befinden sich alle Prim-zahlen des Universums. Beginnend mit der 5 und 7 jeweils neben der 6, der 11 und 13 jeweils neben der 12, der 17 und 19 jeweils neben der 18, sowie der 23 und 25 jeweils neben der 24. Der Leser dieser Zeilen wird nun natürlich sofort einhaken, die Zahl 25 sei nicht prim. Stimmt! Aller-dings ist sie das Quadrat der 5, welche wiederum die allererste echte Primzahl darstellt. rechte Seite Weiter gehts mit der 29 und 31 jeweils neben der 30 sowie der 35 und 37 jeweils neben der 36. Und auch hier wird nun jeder sogleich denken, die Zahl 35 sei nicht prim. Stimmt! Aber sie ist das Produkt der ersten beiden Primzahlen 5 und 7. Und so geht es weiter bis ins Unendliche; wie dies auf den Schaubildern der folgenden Seiten für je-den mit logischem Hirn leicht zu erkennen ist.

Der dreidimensionale Raum – also die Zahl 3 – potenziert mit der Zahl 4 ergibt 81. Deshalb können im Universum auch nur 81 chemische Elemente existieren, die zumindest ein stabiles Isotop besitzen. Da allerdings das Weltall wie die Zahlenabfolge selbst unendlich ist, kann auch das scheinbar letzte sta-bile Isotop – nämlich 209

Bismut – nicht stabil bleiben. Erscheint uns aber und darf auch real als stabil gelten, da es eine Halbwertszeit aufweist, die milliardenfach(!) größer ist, als das Universum existiert. Und der Kehrwert von 81 schließlich erzeugt rechts vom Komma die Abfolge der natürlichen Zahlen: 0123456789(10)(11)(12)(13)... Aus demselben Grund sind auch mathematische Gleichungen nur bis zur 4. Dimension überhaupt lös-bar. Und eben deshalb wird die Kreisfläche multipliziert mit der ganzen Zahl 4 zur Kugeloberfläche. Nicht „Raum und Zeit“ ist das stimmige Komplementär, sondern Raum und Zahlen! Im Weltall herrscht das 34- Gesetz. Das ist nun mal so! Und bedürfte eigentlich gar keines mathematischen Beweises, da es so offensichtlich ist für jeden, der nur hinschauen mag. Und dennoch: Plichta hat es bewiesen!


1.3 Die Verteilung der Primzahlen primus l → erst, zuerst, einfach

Die Summe der Zahlen 1 + 2 + 3 ergibt 6. Das Produkt der Zahlen 1 ∙ 2 ∙ 3 ist ebenfalls 6. Deshalb be-deutet die Zahl 6 (lateinisch Sex, altgriechisch Hex) in der Esoterik ja auch Kraft.* Denn in der Abfolge der natürlichen Zahlen existieren außer bei diesem Triplett keine zwei, und erst recht keine drei Zahlen nebeneinander, die sowohl addiert als auch multipliziert denselben Betrag ergeben.

Links und rechts der Zahl 6 sowie deren Vielfachen befinden sich sämtliche Primzahlen. Des Weiteren fällt auf, dass ausschließlich auf dem ersten Primzahlstrahl die Quadrate aller Primzahlen in ihrer na-türlichen Abfolge liegen. Ebenso erkennt nun jeder mit stimmigem Verstand, dass sich die als prim pos-tulierten Zahlen 2 und 3 außerhalb der 8 Primzahlstrahlen befinden.

Dass Plichta daraus nicht schon vor 40 Jahren einzig logisch geschlussfolgert hat, dass eben diese zwei Zahlen dann auch nicht prim sein können! – und somit die bisherige, jahrtausende alte Defini-tion der Primzahlen schlicht falsch (präziser ausgedrückt: unzureichend weil unvollständig) ist – bleibt mir ein Rätsel.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 1 – ZAHLENGESETZE 9

*: ... und hat nichts mit „Teufel im Bunde“ zu tun,

ihr verleumderisches Bibelpack!

hang mit der ersten Schale im Periodensystem der Elemente erwähnt, in welcher sich nur 2 Elemente befinden können – nämlich Wasserstoff und Helium. Dabei sei auch nochmals auf die zahlenmäßige Stimmigkeit der Kernteilchen sowie auf die Elektronenkonfiguration aller Atome hingewiesen Seite 179

1.4 Die helikale Ausbreitung der Zahlen helix g → gekrümmt, gebogen

Die Zahlen von 1 bis 24 summiert ergeben 300, die von 25 bis 48 → 876, die von 49 bis 72 → 1.452, usw. Man mache sich nochmals bewusst: Der geschlossene Raum ist dreidimensional, der offene d.h. unendliche hingegen ist vierdimensional und dehnt sich kugelartig aus. Kreise hingegen sind stets nur zweidimensional.

Denkt man nun aber an ein Schneckenhaus oder an eine Galaxie, so erkennt man, dass hinter dieser Zahlenabfolge kein kreisförmiges sondern ein spiralenförmiges Phänomen stecken muss. Eine Spirale kann sowohl zwei- als auch dreidimensional gebildet sein, besitzt aber stets, ebenso wie der Kreis, ei-nen Umfang von 360°. Folglich muss beim ersten Umlauf die Zahlenabfolge von 0 bis 24 gezählt wer-den, beim zweiten von 24 bis 48, beim dritten von 48 bis 72, usw. Also immer 25 Zahlen! In diesen Summen ergeben die zahlenspiraligen Umläufe 1 ∙ 300, 3 ∙ 300, 5 ∙ 300, etc. Ohne nun noch weiter in die Tiefe zu gehen: Die ersten 10 Kreise, im Hinblick auf das Zehnersystem, ist ein deutlicher Hinweis für den exakten Zahlenwert der Lichtgeschwindigkeit 3 ∙ 1010

(cm/s). Und eben nicht der von Menschen berechnete! Seite 38 hier sowie ab Seite 476 im Buch „Das Primzahlkreuz“ (PZK), Band I

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 1 – ZAHLENGESETZE 11

2. Mathematische Grundlagen

Mathematike techne g → „Die Kunst des Lernens; Zum Lernen gehörig“ von Mathema g → „Gelerntes“

Es versteht sich von selbst, dass hier nicht sämtliche Mathematikgesetze sowie Bausteine von der Grundschule bis zum Abitur nochmals abgehandelt werden können. Um aber das OP-Besteck für Physik und Chemie überhaupt be-nutzen zu können, sind nachfolgend in aller Kürze nochmals die Grundprinzipien der Rechenlehre aufgeführt.

2.1 Rechenregeln der Algebra al-gabr arab → Das Zusammenfügen gebrochener Teile

Addition addere l → hinzufügen

Multiplikation multiplicare l → vervielfachen

Punktrechnung geht stets vor Strich- rechnung! ...hat mir mal ein Pastor gesagt ☺

Kommutativgesetz a + b = b + a a ⋅ b = b ⋅ a commutare l → vertauschen

Assoziativgesetz (a + b) + c = a + (b + c) (a ⋅ b) ⋅ c = a ⋅ (b ⋅ c) associare l → verknüpfen, vernetzen

Distributivgesetz a ⋅ (b + c) = (a ⋅ b) + (a ⋅ c) distribuere l → verteilen

Entsprechend gilt dasselbe für die Subtraktion sowie für die Division, logisch! subtrahere → unten wegziehen; dividere → trennen, (zwei)teilen

Bruchrechnen

1

2 +

1

2 =

2

2 = 1

1

2 +

1

3 =

3

6 +

2

6 =

5

6

2

5 ⋅

3

7 =

6

35 ;

3

5 ⋅

2

9 =

6

45 =

2

15

2

5 :

4

9 =

2

5 ⋅

9

4 =

2⋅9

5⋅4 =

18

20 =

9

10

Null problemo. Zuerst den gemeinsamen Nenner Einfach die Zähler und die Nenner jeweils Der 2. Bruch wird durch den 1. dividiert, in- Sogar für Alf. eruieren, dann die Zähler addieren. miteinander multiplizieren und ggf. kürzen. dem sein Kehrwert mit ihm multipliziert wird.

Man stelle sich einfach 1 runde Torte vor. Als Ganze ist sie „die 1“; einzelne Stücke davon sind ihre Bruchteile, je nach Größe. Torta sl → rundes Brot

Gleichungen

a + b + c = d + e + f a + b = d + e + f – c a + b + c – d = e + f a = d + e + f – b – c

Was auf der einen Seite addiert wird, muss auf der anderen Seite subtrahiert werden was im Prinzip schon im Kommutativgesetz oben so definiert ist.

a ⋅ b ⋅ c = d ⋅ e ⋅ f a ⋅ b = d ⋅ e ⋅ f : c a ⋅ b ⋅ c : d = e ⋅ f a : e = d ⋅ f : b : c

Dasselbe in Bruchform: a ⋅ b = d ⋅ e ⋅ f

→ a ⋅ b ⋅ c

= e ⋅ f → a

= d ⋅ f

c d e b ⋅ c

Was auf der einen Seite dividiert wird, muss auf der anderen Seite multipliziert werden was im Prinzip schon im Assoziativgesetz oben so dargelegt ist.

Potenzen Potentia l → Macht, Kraft, Gewalt

3 ⋅ 3 ⋅ 3 ⋅ 3 = 3⁴ = 81 Allgemein: aⁿ = n ⋅ n ⋅ … ⋅ n n mal Sonderfall: a⁰ = 1

a⁻ⁿ = 1

Bsp.: 3⁻⁴ = 1

= 1

1⁰ = 1 ; 2⁰ = 1 ; ... aⁿ 3⁴ 81

aᵐ ⋅ aⁿ = aᵐ⁺ⁿ → Beispiel: 10² ⋅ 10³ = 10²⁺³ = 10⁵ aⁿ

= aⁿ⁻ᵐ → Beispiel: 10³

= 10³⁻² = 10¹ = 10 100 ⋅ 1000 = 100.000 aᵐ 10²

aⁿ ⋅ bⁿ = (a ⋅ b)ⁿ aⁿ = (

a ) ⁿ

→ 3²

(aᵐ)ⁿ = aᵐ˙ⁿ → 10² ⋅ 10² ⋅ 10² = (10²)³ = 10²˙³ 3² ⋅ 4² = (3 ⋅ 4)² = 144 bⁿ b . 4² 100 ⋅ 100 ⋅ 100 = 1.000.000

Wurzeln

3 ⋅ 3 = 3² = 9 → √9 = 3 exakt: √92

= 3 3 ⋅ 3 ⋅ 3 = 3³ = 27 → √273

= 3 3 ⋅ 3 ⋅ 3 ⋅ 3 = 3⁴ = 81 → √814

= 3

So lange es sich um ganzzahlige Ergebnisse handelt, ist es trivial. Doch was ist die Wurzel aus 2 ? Oder √967 ? Oder √813

? → Ohne Taschenrechner, bitte! ☺ In heutiger Zeit stehen einem zwar überall computergestützte Hilfsmittel zur Verfügung, aber Wurzelfunktionen, deren Ergebnis keine ganze Zahl liefert, von Hand und im Kopf ausrechnen zu können, ist sicher kein Fehler. Wie das geht, möge sich gegebenenfalls bitte jeder selbst beibringen. Zumin-dest sollte man sich doch immer mal wieder vergegenwärtigen, dass die Diagonale eines Quadrats mit der Kantenlänge 1 die Wurzel aus 2 ist. Seite 18

aᵐ/n = √𝑎𝑛 m Beispiele: a½ = √𝑎2 1 = √𝑎 ; a¾ = √𝑎4 3 ; a⅝ = √𝑎

8 5 Bedingung: a ≧ 0


Logarithmen

aᵇ = c → b = loga c Lies: b ist der Logarithmus von c zur Basis a. b ist derjenige Ex- 3⁴ = 81 → log3 81 = 4 Logos g → Lehre

ponent, mit dem man a potenzieren muss, um c zu erhalten. Arithmos g → Zahl

Veranschaulicht:

log b a ⋅ log a b = 1 log b c ⋅ log c a = log b a log c (a ⋅ b) = log c a + log c b log c (a : b) = log c a – log c b log c ab = b ⋅ log c a log 4 3 ⋅ log 3 4 = 1 log 4 5 ⋅ log 5 3 = log 4 3 log 5 (3 ⋅ 4) = log 5 3 + log 5 4 log 5 (3 : 4) = log 5 3 – log 5 4 log 5 3⁴ = 4 ⋅ log 5 3 0,792 ⋅ 1,262 = 1 1,161 ⋅ 0,683 = 0,792 1,544 = 0,683 + 0,861 –0,178 = 0,683 – 0,861 2,730 = 4 ⋅ 0,6826

Sonderschreibweisen: lg bei log zur Basis 10 ln bei log zur Basis e naturalis lb bei log zur Basis 2 binaris

Umrechnungen:

lg a = x ⋅ ln a → x = lg e ≈ 0,43429... → lg a = 0,434... ⋅ ln a → lg 3 = x ⋅ ln 3 → 0,4771 = 0,4343 ⋅ 1,0986

ln a = 1 ⋅ lg a → 1 = ln 10 ≈ 2,30258... → ln a = 2,303... ⋅ lg a → ln 3 = 1 ⋅ lg 3 → 1,0986 = 2,3026 ⋅ 0,4771 x x x

Die Fakultät „!“ Facultas l → Fähigkeit, Möglichkeit, Erlaubnis, Vollmacht

... ist in der Mathematik eine Funktion, die einer natürlichen Zahl das Produkt aller natürlichen Zahlen (ohne die Null) kleiner und gleich dieser Zahl zuordnet. Sie wird durch ein, dem Argument nachgestell-tes Ausrufezeichen „!“ abgekürzt. Fakultäten für negative oder nichtganze Zahlen sind nicht definiert. Für alle natürlichen Zahlen n ist n! = 1⋅2⋅3⋅...⋅n als das Produkt aller natürlichen Zahlen von 1 bis n de-finiert. Da das leere Produkt – also dem mathemathischen Sonderfall eines Produktes mit 0 Faktoren, welchem der Wert 1 zugewiesen wird – stets 1 ist, gilt: 0! = 1. Fakultäten kommen z.B. bei der Sinus-funktion und bei der Exponentialfunktion vor. Ebenso dient sie zur Definition der Euler‘schen Zahl.

0! = 1 = 1 5! = 1⋅2⋅3⋅4⋅5 = 120 10! = 1⋅2⋅3⋅4⋅…⋅7⋅8⋅9⋅10 = 3.628.800 1! = 1 = 1 6! = 1⋅2⋅3⋅4⋅5⋅6 = 720 11! = 1⋅2⋅3⋅4⋅…⋅8⋅9⋅10⋅11 = 39.916.800 2! = 1⋅2 = 2 7! = 1⋅2⋅3⋅4⋅5⋅6⋅7 = 5.040 12! = 1⋅2⋅3⋅4⋅…⋅ 9⋅10⋅11⋅12 = 479.001.600 3! = 1⋅2⋅3 = 6 8! = 1⋅2⋅3⋅4⋅5⋅6⋅7⋅8 = 40.320 13! = 1⋅2⋅3⋅4⋅…⋅10⋅11⋅12⋅13 = 6.227.020.800 4! = 1⋅2⋅3⋅4 = 24 9! = 1⋅2⋅3⋅4⋅5⋅6⋅7⋅8⋅9 = 362.880 14! = 1⋅2⋅3⋅4⋅…⋅11⋅12⋅13⋅14 = 87.178.291.200

Die Euler’sche Zahl e

... spielt in der gesamten Analysis und allen damit verbundenen Teilgebieten der Mathematik eine zen-trale Rolle, insbesondere in der Differential- und Integralrechnung. Sie gehört zu den wichtigsten Kon-stanten der Mathematik. e ist die Basis des natürlichen Logarithmus und der natürlichen Exponential-funktion. Diese spezielle Exponentialfunktion wird aufgrund der Beziehung zur Zahl e meist auch kurz e-Funktion genannt. Die Schallenergie z.B. zerfällt mit zunehmender Entfernung von der Schallquelle um einen Faktor, be-zogen auf e. Da diese Zahl sehr oft auftritt, wird sie auch als Basis des natürlichen Logarithmus ver-wendet. Ebenso lassen sich trigonometrische und hyperbolische Funktionen als e-Funktion schreiben. Die Eulersche Zahl e ist die einzige Funktion, bei der Ausgangs-, Ableitungs- und Stammfunktion iden-tisch sind. Der Wert von e wird in vielen mathematischen Formeln wie die Beschreibung einer expo-nentiellen Zunahme oder Abnahme von Wachstum oder Zerfall (inkl. Zinseszins), der Glockenkurve in der Statistik, der Form eines hängenden Kabels oder einem stehenden Bogen gefunden. Darüber hi-naus zeigt sich e in vielen Problemen der Wahrscheinlichkeitsrechnung und der Primzahlenverteilung. Unter der Zahl e ist nach L. EULER der Grenzwert der folgenden unendlichen Reihe zu verstehen:

∞

∑ k = 0

e = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + … = 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + 1 + … e = 1 1 1⋅2 1⋅2⋅3 1⋅2⋅3⋅4 1⋅2⋅3⋅4⋅5 1⋅2⋅3⋅4⋅5⋅6 1! 2! 3! 4! 5! 6! k!

e = 2,71828 18284 59045 23536 02874 71352 66249 77572 47093 69995 … Übrigens: Um die ersten 3 Nachkommastellen fix zu erhalten, muss man bis k! = 5.000 berechnen. Für die ersten 5 sind k! = 1.000.000 er-

forderlich; für die ersten 7 ist k! = 1 Milliarde und für die obigen 50 Nachkommastellen wird k! > 10

200 benötigt. Dabei hat EULER anno 1748 bereits 23 Nachkommastellen „im Kopf“ bzw. „von Hand“ eruiert.


Definition der trigonometrischen Funktionen:

•

a α

b β

sin α = Gegenkathete b

tan α = Gegenkathete b

Hypotenuse c Ankathete a

cos α = Ankathete a

cot α = Ankathete a

Hypotenuse c Gegenkathete b

kathetos g → das Herabgelassene, das Senkblei; auch: senkrecht, vertikal

hypoteinousa ghypo- → unter, darunter; tenein → spannen, sich erstrecken c

0° = 0 30° = ⅙ π 45° = ¼ π 60° = ⅓ π 90° = ½ π 180° = π 270° = 1½ π 360° = 2 π

sin 0 ½ ½ ⋅ √2 ½ ⋅ √3 1 0 -1 0 cos 1 ½ ⋅ √3 ½ ⋅ √2 ½ 0 -1 0 1 tan 0 ⅓ ⋅ √3 1 √3 ∞ 0 ∞ 0 cot ∞ √3 1 ⅓ ⋅ √3 0 ∞ 0 ∞

Sinus l → Bucht, Krümmung, Busen Cosinus l complementi sinus → Ergänzung des Sinus Tangens l tangere → berühren, angrenzen

Die Sinus- und Kosinusfunktion wird u.a. für Dreiecksberechnungen in der ebenen und sphärischen Trigonometrie benötigt. Aber ebenso sind sie in der Analysis wichtig. Schallwellen, Wasserwellen und elektromagnetische Wellen lassen sich als aus Sinus- und Kosinus-wellen zusammengesetzt beschreiben, so dass diese Funktionen auch in der Physik als harmonische Schwingungen allgegenwärtig sind.

-1,25

-1

-0,75

-0,5

-0,25

0

0,25

0,5

0,75

1

1,25

π -π/2 0 π/2 π

α b

• a

a = sin φ b = cos φ

r = 1

cos φ = sin (φ + 90°) = sin (φ + ½ π)

Die 2 starr und senkrecht zueinander stehenden Zeiger bilden ein System, das sich gegen den Uhrzei-gersinn dreht. Die jeweils aktuelle Höhe der Zeigerspitzen in Bezug auf das Niveau des Drehzentrums lässt sich mithilfe der bereits o.g. Sinus- und Cosinus-Beziehung angeben: a = sin φ bzw. b = cos φ. Die Sinusfunktion erreicht alle Werte eine Viertelumdrehung nach der Cosinusfunktion. Folglich hat der Cosinus gegenüber dem Sinus eine Phasenverschiebung von +90° bzw. +½ π. Beziehungsweise ist die Cosinuskurve bezüglich der Sinuskurve um Pi-Halbe nach links verschoben:

cos φ = sin (φ + 90°) = sin (φ + ½ π).

Körper

Ist der Querschnitt eines Körpers in jeder Höhe h gleich seiner Grundfläche AG, gilt für sein Volumen V:

Quader Würfel Kreiszylinder Kugel

Volumen = AG ⋅ h V = a ⋅ b ⋅ c V = a³ V = π ⋅ r² ⋅ h V = 4 3⁄ ⋅ π ⋅ r³

Raumdiagonale bzw. Oberfläche D = √𝑎² + 𝑏² + 𝑐² D = a ⋅ √3 O = 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h + 2 ⋅ π ⋅ r² O = 4 ⋅ π ⋅ r²

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 2 – MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 19

φ α α

f(x) = sin φ

f(x) = cos φ

Die Physik

Physica l → Naturlehre; aus Physike g → Naturforschung

Ein kurzes Vorwort Womöglich wird es Sie befremden, vielleicht sogar abschrecken, wenn Sie die Art und Weise meiner physikalischen Darstellungen und Erklärungen erstmals anschauen. Falls dem so sein sollte, wird das wohl nur im ersten Moment zutreffen. Und mit Blick auf all diejenigen Leute, die dieses Buch daraufhin sofort wieder weglegen, wird das dann auch für immer so bleiben. Alle diese haben es dann aber auch nicht besser verdient. Denn wer mir und somit sich selbst nicht die Chance gibt, und sich deshalb nicht die gemessene Zeit nimmt, um sich eine fundierte Meinung über einen komplexen Inhalt wie den hier zu bilden, der hat einen immensen Aspekt in seinem Leben nicht begriffen; und wird ein gutes Niveau an Reife in diesem Leben wohl auch nicht mehr erreichen. Jeder, der sich auf meine didaktische Herangehensweise für eine adäquate Zeit wirklich einlässt – und das sind in diesem Fall mindestens eine Woche reine Lernzeit – wird erkennen, dass der thematische Aufbau dieses Buches nicht nur sehr effektiv ist, sondern auch mit dem rückblickenden Verstand eines einstigen Medizinstudenten verfasst wurde, der sich oft im Leben wehmütig verärgert gefragt hatte: Verdammt... Wie hätte man mir dieses oder jenes erklären sollen, so dass ich es nicht nur logisch blicke und eins nach dem anderen als stimmig empfinde, sondern dass ich dieses und jenes Fachgebiet gerade dadurch dann auch immer mehr interessant finde?!! Doch mit genau solch einer Grundhaltung die Physik erklärt zu bekommen: Diesen Eindruck hatte ich in kaum einem Fach jemals. Weder in den Jahren meiner Schulzeit, noch in denen des Studiums. Und das wiederum erachte ich als ein unsägliches Zeugnis mit Blick auf all die Lehrer, Dozenten und nicht zuletzt auch Fachbuchautoren. Das bekunde ich hiermit in aller Deutlichkeit, mit nur wenig Verständ-nis im Sinne einer Entlastung bezüglich deren pädagogischer Verantwortung. Um das Wesen der Physik zu verstehen, ist es ist es nun mal erforderlich, sich einige Grundlagen an-zueignen, welche in keinem anderen Medizinerfachbuch zu finden sind bzw. waren, wie ich es mir so sehr gewünscht hätte. Einst, als ich mich am Beginn dieses hoch interessanten und an sich auch so faszinierenden Studiums befand. Mit Grundlagen meine ich zu allererst mathematische, direkt danach aber auch all diejenigen Fundamente physikalischen Wissens, welche kaum ein Autor für notwendig hält, sie überhaupt zu erwähnen. Insofern verweise ich auf den gesamten Teil der römischen Ziffern I und II in diesem Buch. Das Praktikum Physik für Mediziner beginnt meist mit dem Thema Messwerte und Fehler, welches hier in Kapitel 2.5 schlummert. Hätten sich Studenten jene Grundlagen schon während ihrer Schulzeit wirklich tragfähig und darüber hinaus auch mit einem gewissen Maß an Interesse angeeignet – was ja mit den Sinn und Zweck des Gymnasiums darstellt, resp. was Aufgabe und Verantwortung aller Fach-lehrer dort sein sollte; ebendies aber leider und frustrierenderweise oft nicht der Fall ist – so wäre der gesamte Teil Römisch I und II S. 26 nicht notwendig, in einem Buch wie diesem überhaupt darzulegen. Trotzdem gehen von eben solch einem Basiswissen fast alle Uni-Dozenten einfach aus... Was zwar im Prinzip rechtens, zugleich aber leider realitätsfremd ist. D.h. ohne, dass jene sich klar machen wollen, dass dieses Schulwissen in der Realität nun mal bei vielen Studienanfängern schlicht nicht vorhanden


ist. Statt also eben diese Tatsache konstruktiv zu betrachten und deshalb ihre Seminare und Praktika entsprechend klüger resp. sinnvoller aufzubauen, ignorieren sie einfach all die teils eklatanten Mängel und Lücken an Wissen der Studenten, und beginnen ihren universitären Unterricht wie bisher. Machen also einfach so weiter, wie seit Jahrzehnten.

Die vielen Gleichungen und Zusammenhänge der Physik hier in diesem Buch sind so dargestellt, wie ich, der all das bis dato nie so recht kapiert hatte, es mir selbst einst dann endlich klar machen konnte. In·jede·einzelne·Formel·‘reindenken·Du·Dich·müssen·allerdings·schon! Buchstabe für Buchstabe und Zahl für Zahl. Aber dann dürfte Ihnen vieles vorstellbar, stimmig und folglich gut nachvollziehbar wer-den. Und Sie mögen mir bitte glauben, wenn ich Ihnen versichere, dass dieses Basiswissen in Physik wirklich wichtig ist, um die Physiologie und natürlich auch viele klinische Fächer umfassend und durch-dringend verstehen zu können. Mag der eine oder andere spontan abfällig denken, dies sei ja nur eine Art Zusammenfassung aus ei-nem Physik-für-Mediziner-Lehrbuch, so kann ich nur sagen: Nun ja, in gewisser Weise. Genau genom-men ist es das umfassende Bild, welches ich mir einst in hunderten Stunden erarbeitet hatte, um mein Praktikumskript in Physik für Mediziner damals überhaupt verstehen zu können. Denn erst durch die-se Herangehensweise konnte ich mir selbst die Physik ein wenig erhellen. All meine Lehrer einst am Gymnasium und auch all die Dozenten später dann an der Uni vermochten das mit ihrer gängigen und stupide nachahmerischen Art – à la Ich erklärs euch so, wie all die anderen Lehrer vor mir und neben mir das auch getan haben (und weiterhin tun) – nun mal nicht. Des Weiteren wird selbstverständlich weder erwartet noch verlangt, dass man sämtliche Formeln aus-wendig kann; sondern lediglich, dass Sie alle Zusammenhänge in diesen soweit gut nachvollzogen ha-ben. Denn in Ihrem Unterbewusstsein wird dies gespeichert. Und selbst wenn Sie es dann nicht aktiv wiedergeben können, später im Leben, so trägt es dennoch immens dazu bei, Ihnen innere Sicherheit zu geben. Und somit einen Stabilitätsfaktor Ihrer Persönlichkeit zu säen, auszubilden und erblühen zu lassen. In einigen Kapiteln überwiegen Zahlen und Formeln; diese gilt es wie gesagt nicht unbedingt auswen-dig zu können. Doch zumindest sie zu verstehen und tief in Ihnen als stimmig und logisch zu erachten. Allerdings wurde eben deshalb in anderen Kapiteln noch sehr viel mehr Wert darauf gelegt, Ihnen an-hand der Texte all die Zusammenhänge in der Physik verständlich zu machen. Ebenso wie die Lehrer in der Schule leben auch die meisten Seminar- und Praktikumverantwortlichen in unserem Studium in dem Wahn, ihre Schüler ständig irgendwas rechnen zu lassen. Dabei ist dieser Aspekt insbesondere für Medizinstudenten meist nur am Rande von Bedeutung. Zentral wichtig aber ist und bleibt, dass man als Arzt all die Grundlagen und all die Zusammenhänge in der Physik wirklich kapiert hat – wofür im Kern das Verstehen der Fachausdrücke ihrem jeweiligen Ursprung und Sinne nach alles entscheidend ist. Insofern ist es wahrhaft töricht, dass in allen Naturwissenschaften auf das Sprachliche immer weniger Wert gelegt wird. Allein diese Tatsache spricht Bände bezüglich der Inkom-petenz an Weitsicht und Verantwortung all jener Idioten in Approbationsgremien, welche diesen Kern-aspekt erst gar nicht in ihrem Blickfeld haben resp. hatten. Vorwort in MEDIZINISCHE TERMINOLOGIE – DAS LEHRBUCH Falls es Ihnen also bislang auch so ergangen ist und meine Übersicht Ihnen mehr hilft, als all die bis-herigen Physik-Lehrbücher, so würde mich das sehr freuen. Und falls dadurch gar ein wenig Interesse für dieses Fach in Ihnen geweckt werden sollte, gäbe mir dies darüber hinaus einen gewissen inneren Triumph. Würde es doch meine didaktische Sichtweise einer ebenso effektiven wie gehaltvollen Lern-strategie de facto bestätigen. Mein Rat: Arbeiten Sie dieses Buch zwei Mal durch; und dann – aber bitte erst dann! – gehen Sie die Schwarze Reihe Physik zwei Mal durch. Sie werden danach nicht nur die Prüfungen locker bestehen, sondern auch das herrlich befreiende Gefühl spüren, die Physik umfassend verstanden zu haben. Ein Gefühl, das Sie dann ein Leben lang in sich tragen können. Und mit Stolz in sich tragen dürfen.


Inhaltsverzeichnis Physik

I. Der Überblick

3. Das Wesen der Physik und der Chemie! Seite

Materie Atom • Neutron • Proton • Elektron • Ordnungszahl • Massenzahl • Element • Isotop • Molekül • chemische Verbindung • Reinstoff • Stoffgemisch • Festkörper • Flüssigkeit • Gas • Plasma • Körper • intensive und extensive Größen • Dunkle Materie • Baryonsche Materie

Vakuum Druckebenen • Druckbereiche • freie Weglänge

Kraftfeld Skalarfeld • Vektorfeld • statisches Feld • stationäres Feld • homogenes Feld • Quellenfeld • Wirbelfeld • mathematische versus physikalische Natur

31

4. Die vier Fundamentalkräfte der Physik

Gravitation • Elektromagnetische Wechselwirkung • Schwache Kernkraft • Starke Kernkraft • Austauschteilchen • relative Stärke • Reichweite • Ladung

36

II. Das Rüstzeug

5. Die 7 Basis-Einheiten als Grundlage des SI Système International

Weg • Masse • Zeit • Temperatur • Stromstärke • Stoffmenge • Lichtstärke Meter • Kilogramm • Sekunde • Kelvin • Ampere • Mol • Candela

38

6. Wichtige physikalische Einheiten in Eponymform

Bel • Becquerel • Coulomb • Dioptrie • Elektronenvolt • Farad • Henry • Gray • Hertz • Joule • Newton • Ohm • Pascal • Phon • Sievert • Tesla • Volt • Watt • Weber

39

7. Wichtige physikalische Konstanten

Atomare Masseneinheit • Avogadro-Konstante • Boltzmann-Konstante • Bohr-Radius • Elektrische Feldkonstante • Elektronenradius • Elementar- ladung • Energieäquivalent der Masse • Faraday-Konstante • Feinstruktur- konstante • Gravitationskonstante • Lichtgeschwindigkeit • Magnetische Feld- konstante • Magnetisches Moment • Masse der Atombausteine • Molare Gas- konstante • Molares Normvolumen • Normdruck • Normfallbeschleunigung • Normtemperatur • Planck‘sches Wirkungsquantum • Rydberg-Konstante • Stefan-Boltzmann-Konstante • Tripelpunkt von Wasser • Quant Photon - Phonon - Magnon - Gluon - Graviton • Spin

42


III. Die medizinrelevante Physik

8. Mechanik Seite

Translation Kraft • Gewichtskraft • Geschwindigkeit • Beschleunigung • Erdbeschleunigung • Bewegungsenergie • Impuls • Druck • Zug • Kompressionsmodul • Elastizitätsmodul

Rotation Kreisbahn • Präzession • Frequenz • Kreisfrequenz • Winkelgeschwindigkeit • Umfanggeschwindigkeit • Winkelbeschleunigung • Trägheitsmoment • Drehmoment • Drehimpuls • Zentrifugalkraft • Zentripedalbeschleunigung

Hebel Kraftwandler • Lastarm • Kraftarm • Drehpunkt •

Kreuzpunkt • Kreuzprodukt • Zweiseitige Hebel •

Wippe • Schere • Einseitige Hebel • Wellrad • Kurbel

Mechanische Energien Potentielle Energie • Kinetische Energie • Rotationsenergie • Gesamtenergie

Mechanische Leistung in Translation • in Rotation • Drehzahl • Schiefe Ebene

49

9. Geometrische Optik

Brennweite • Brennpunkt • Brechkraft Brechungsindex • Dispersion • Einfallswinkel • Brechungswinkel • Reflexion

Linsentypen • Vergrößerungen • Brechkraft Auge Konvexlinse • Konkavlinse • Bikonvexlinse • Sammellinse • Streuungslinse • optische Achse • Brennstrahl • Medium • Brechungsindex • Wellenlänge • Bildweite • Bildgröße • Gegenstandsweite • Gegenstandsgröße • Lupe • Lichtmikroskop • Fernrohr • sphärische Aberration • chromatische Aberration

58

10. Elektrischer Strom Stromstärke • Spannung • Widerstand

Gleichstrom Reihenschaltung • Parallelschaltung • Ionenwertigkeit • Materialkonstante • Dielektrizitätszahl • Coulomb’sche Kraft • elektrische Ladung • Probeladung • Elementarladung • Kapazität • Kondensator • Batterie • Akkumulator • elektrische Feldstärke • elektrische Flussdichte • elektrische Stromdichte • Induktivität • Spule • Windungszahl • magnetischer Fluss • magnetische Feldstärke • magnetische Flussdichte • Elektrolyse • Elektrolyte

Wechselstrom Blindstrom • Wirkstrom • sinusförmige Wechselspannung • sinusförmige Stromstärke • Phasenverschiebung • Ohm’sches Gesetz • elektrischer Schwingkreis • Kreisfrequenz • Winkelgeschwindigkeit • Phasenwinkel

63

© Terminologix Vorklinix INHALTSVERZEICHNIS PHYSIK 27

Physiologische Auswirkungen Erregungsleitungssystem des Herzens • vulnerable Phase • Kammerflimmern • Stromschlag • Elektrischer Strom in der Natur

11. Oberflächenspannung und Viskosität

Grenzflächenspannung Mechanische Aspekte • energetische Aspekte • Stalagmometer • Bügellänge • Adhäsionskraft • Kohäsionskraft • Kapillaraszension • Kapillardepression

73

Viskosität Fluidität • Van-der-Waals-Kraft • Schergeschwindigkeit • Dynamische Viskosität • kinematische Viskosität • Blut • Hämatokrit • Erythrozyten • Plasma •Hagen-Poiseuille-Gesetz • Volumenstrom • Strömungsleitwert • Strömungswiderstand • Reynolds-Zahl • Rohrströmung • Stokes-Gesetz • BSG / BSR • Diffusion • Fick’sches Diffusionsgesetz • Osmose • Umkehr- osmose • Osmotischer Druck • Wärmeleitung • Ideales Gas

12. Kaloriemetrie Die Kalorie • Der physiologische Brennwert

Wärmemenge und Wärmekapazität Wärme • Energie • Prozessgrößen • Zustandsgrößen

Thermodynamische Potentiale Entropie • innere Energie • freie Energie • Enthalpie • Enthalpiezustände • Wirkungsgrad • Kovalente Bindungen • ionische Bindungen • exotherm • endotherm

Wirkungsgrad und Thermoelement Wasserwert • Mischungstemperaturen • Aggregatzustände • Tripelpunkt

Dampfdruck und Luftfeuchtigkeit Partialdruck • Dampfdruckerniedrigung • Siedepunkterhöhung • Gefrier- punkterniedrigung • maximale - absolute - relative Luftfeuchtigkeit

Kinetische Gastheorie Gasdruck • Dekompressionsunfall • Caisson-Krankheit • Taucherkrankheit • Henry-Gesetz • Kompartimente • Aufsättigung • Entsättigung • Halbwertszeit

Wärmestrom Wärmefluss • Wärmeleistung • Wärmeleitung • Wärmeisolierung • Wärmekonvektion

Temperaturabhängige Ausdehnungen und Wärmestrahlung Thermoelement • Thermometer • Schwarzer Körper • Planck’sches Gesetz • Stefan-Boltzmann-Gesetz • Das Photon • Wärmestrahlung beim Mensch

82

13. Schwingungen und Wellen Schwingungen • Vibrationen • Wellen

Schwingungen gedämpfte - ungedämpfte - freie - selbsterregte - erzwungene - parametererregte - lineare Schwingungen • Periode • Signal • Resonanz • Federpendel • Fadenpendel • elektrischer Schwingkreis • oszillierende Reaktion

101


Wellen mechanische und elektromagnetische Wellen • Materiewellen • Gravita- tionswellen • Longitudinalwellen, Transversalwellen, stehende Wellen • Interferenz • Schwebung • Wellenpakete • Beugung • Brechung • Polarisation • Reflexion • Dispersion • Wasserwellen • Kugelwellen • Zylinderwellen • Lichtwellen • Schallwellen • Schallgeschwindigkeit

Akustik und akustische Wellen Schallschnelle • Schalldruck • Schalldruckpegel • Schalldruckreferenzwerte • Schallintensität • Schallstärke • Lautstärke • Lautstärkepegel • Lautheit

Elektromagnetische Wellen Impuls • Quant • Photon • Wellencharakter • Teilchencharakter • Emission • Absorption • Extinktion • Planck’sches Wirkungsquantum • Licht • Lambert-Beer-Gesetz • Röntgenstrahlung • Gammastrahlung • Transmission • Optische Aktivität • Polarisation • Drehwinkel • Enantiomere • Racemate • Radikale • Rhodopsin • Jodopsin • Aus- breitungsgeschwindigkeit • Permeabilität • Permittivität • Frequenz • Sensor • Detektor • Rezeptor • EM-Spektrum

14. Ionisierende Strahlung Photonenstrahlung • Elektronenstrahlung • Teilchenstrahlung •

kosmisch - terrestrisch - zivilisatorisch • Kernteilung • Kernfusion

Ultraviolettstrahlung Schwarzlicht • Ozon • Schutzgas • Elmsfeuer • UV-A • UV-B • UV-C • Biologische Schädigungen • Strahlungsenergie • Eindring- tiefe • Bestrahlungszeit • Haut • Augen • DNA • Fluoreszenz

Röntgenstrahlung Wellenlänge - Frequenz - Energie • überweich - weich - mittelhart - hart - überhart • Erzeugung • Bremsstrahlung • kontinuierliches Spektrum • Linienspektrum • Kathode • Anode • Wechselwirkung mit Materie • photoelektrischer Effekt • Compton-Streuung • Paar- bildung • Technischer Nachweis • Lumineszenzeffekt • photo- graphischer Effekt • Biologische Wirkung • Medizinische Anwendungen

Gammastrahlung Erzeugung • Mutternuklic • Tochternuklid • Isomere • Photonen • Gammablitz • Wechselwirkung mit Materie • somatische und genetische Schäden • Strahlenkrankheit • Szintigraphie • Strahlentherapie • Technische Anwendungen

Kosmische Strahlung Sonnenwind • Sonneneruption • Flares • Protuberanzen • Protonenschauer • Sternenwind • Extragalaktische Strahlung • Teilchendichte • Erdmagnetfeld

Radioaktivität Stabilität / Instabilität • Radionuklide • Protonen-Neutronen-Relation • Zerfallsreihe • Kernmasse und Kernumwandlung • Strahlungsenergie • Bewegungsenergie • Halbwertszeit • α-, β-, γ-Zerfall • Massendefekt • Coulombwall • Tunneleffekt • α-, β-, γ-Strahler • Elektroneneinfang • Neutronenzerfall • Messparameter • Aktivität • Zerfallskonstante • Lebensdauer • Wechselwirkung mit Materie • Biologische Wirkung • Ionendosis • Energiedosis • Äquivalentdosis • Wichtungsfaktor • Strahlenschutz • Medizinische Anwendungen

127

© Terminologix Vorklinix INHALTSVERZEICHNIS PHYSIK 29

15. Magnetismus

Magnetfelder und Feldlinien Nordpol und Südpol • Lorentzkraft • magnetische Feldstärke • Flussdichte • Elektromagnetischer Impuls • magnetische Spannung • magnetische Energiedichte

Elektromagnetismus Technische Stromrichtung • physikalische Stromrichtung • Kernmoment • Hüllenmoment • Bahnmoment • Spinmoment

149

Magnetismus von Festkörpern Ferromagnete • Paramagnete • Diamagnete • Ferrimagnete • Antiferromagnete • Magnetische Suszeptibilität • Remanenz • Starkmagnet • Koerzitivfeldstärke • magnetische Spule • Elektromagnet • Hysterese • Ferrite • Magnetite • Gefahren

Ein eklatanter Irrtum in der Medizin? Das geistige Strickmuster der Wissenschaftler • Die Ehren- käsigkeit • Darwin • Glen Roy • Parallel Roads • Barringer-Krater • Die Demokratie • Die Medien

Hämoglobin Häm • Häm-b • Hämin • Ferrum • metallorganische Sandwich- verbindung • sigmoidaler Kurvenverlauf • hyperbolischer Kurven- verlauf • Rechtsverschiebung • Temperaturabhängigkeit • Quadrupolmagnet • Nullwertigkeit • Sauerstoff • Kohlendioxid • Kohlenmonoxid • Myoglobin • Zusammenfassung • Peter Plichta

167

30 INHALTSVERZEICHNIS PHYSIK © Terminologix Vorklinix

3. Das Wesen der Physik

In der klassischen Physik stehen der Materie die Begriffe Vakuum und Kraftfeld gegenüber. Dabei haben Vakuum und Kraftfeld keine Masse, sondern beschreiben einen Zustand des leeren Raumes. Unter Materie hingegen versteht man alles, was Raum einnimmt und Masse besitzt. In der modernen Physik wurde der Materiebegriff durch die Relativitätstheorie und die Quantenphysik mehrfach erweitert und ist in seiner Abgrenzung gegenüber den Zuständen Vakuum und Feld heute nicht mehr einheitlich festgelegt. In Physik-Lehrbüchern wird er überwiegend ignoriert und somit ohne klare Definition einfach vorausgesetzt; was fachlich gesehen ein Manko darstellt und mit Blick auf um-fassend verstehen Wollende pädagogisch leider arg rücksichtslos ist. Heute umschließt der Materiebegriff in seiner engsten Definiton alle Elementarteilchen mit Spin ½ 42, also Quarks* und Leptonen sowie alle daraus aufgebauten Objekte; d.h. Materie in sämtlichen Aggre-gatzuständen. leptos g → dünn, fein

3.1 Die Struktur der Materie Materia l → Stoff

Materie ist in den Naturwissenschaften eine Sammelbezeichnung für alles, woraus physikalische Kör-per aufgebaut sein können: Chemische Stoffe sowie deren Grundbausteine. Die Vorstellung vom ato-maren Aufbau der Materie existierte bereits in der Antike, war aber bis in die Neuzeit heftig umstritten. Der endgültige Nachweis konnte erst Anfang des 20. Jahrhunderts erbracht werden. Atome sind selbst mit stärksten Lichtmikroskopen nicht zu erkennen. Ihre direkte Beobachtung ist erst seit Mitte des ver-gangenen Jahrhunderts mit Feldionenmikroskopen möglich, seit einigen Jahren auch mit Rastertunnel- sowie mit hochauflösenden Elektronenmikroskopen. a- g → un-, nicht- ; tomos g → schneiden, zerteilen

Mit dem Siegeszug der Atomistiktheorie wurden Atome als diese Bausteine angesehen und zuerst für unteilbar gehalten. Doch bereits im Rutherford‘schen Modell zeigte sich, dass Atome aus Kernteilchen plus Hüllenelektronen bestehen müssen. Die Kernphysik wies dann den Aufbau des Atomkerns aus Protonen und Neutronen nach, womit in den 1920ern auf Basis der 3 Elementarteilchen Neutron, Pro-ton und Elektron ein scheinbar vollständiges Bild vom Aufbau der Materie erreicht war. Aber der Nachweis immer neuer, noch kleinerer Teilchen (Myonen, Neutrinos, Mesonen, Baryonen, die zuerst in der Höhenstrahlung, später mit Teilchenbeschleunigern gesichtet wurden) führte zum scherz-haften Ausdruck Teilchenzoo. Dies wiederum war ein Anstoß, nach grundlegenderen Teilchen zu su-chen, aus welchen die Hadronen (Mesonen, Baryonen) aufgebaut sind. Die andere Motivation waren Messungen des Formfaktors der stabileren Hadronen, die eindeutig räumliche Ausdehnung besitzen, während sich Elektronen und Myonen bis an die Grenzen heutiger Messbarkeit nach wie vor als punkt-förmig darstellen. Meson g → das Mittlere ; barys g → schwer, gewichtig ; hadros g → dick, stark

Elektronen und Quarks besitzen zwar Masse, jedoch kein nachweisbares Eigenvolumen. Neben die-sen Bausteinen der Atome gibt es zahlreiche weitere Arten von Elementarteilchen (> 60 Stück!); teils mit, teils ohne eigene Masse. Alle diese Teilchen können unter bestimmten Bedingungen erzeugt und vernichtet werden, demzufolge gilt das auch für Atome. Somit zeigen die Bausteine, aus denen die Materie aufgebaut ist, selbst nicht alle grundlegenden Eigenschaften, die in der klassischen Physik mit dem Begriff Materie verbunden sind. In der Vorklinik reicht es völlig aus, etwas über die Bausteine Proton und Neutron im Atomkern sowie dem Elektron in der Atomhülle zu wissen. Alles noch Kleinere irritiert angehende Ärzte ja doch nur. Pikantes am Rande: Die Vorstellung von Quarks wurde Anfang der 1960er Jahre u.a. von GELL-MANN entwickelt. In diesem Schema wurden jene Teil-chen mit konkretem IsoSpin und bestimmter Strangeness nach einer unitären Symmetrie gruppiert, die sich aus der Stromalgebra herleitete. Darin wurden die leichteren Mesonen (Spin 0) und Baryonen (Spin ½) in Oktetten der Flavour-Symmetrie gruppiert. Eine Klassifizierung der Spin-3/2-Baryonen bildet ein

Dekuplett, was zur Vorhersage eines neuen Elementarteilchens, des Ω−, führte. Mit der Entdeckung des Ω− anno 1964 wurde das Quarkmodell weitge-hend akzeptiert. Gell-Mann nannte das Schema Eightfold Way; eine Bezeichnung, die die Oktette des Modells mit dem 8-fachen Pfad des Buddhismus verbindet. So prägte er auch den Begriff Quark, den er von dem Satz Three quarks for Muster Mark aus dem Roman FINNEGANS WAKE von JAMES JOYCE entlehnte, da Gell-Mann davon ausging, dass es 3 davon geben müsse. Joyce wiederum hatte das Wort einst auf der Durchreise in Süddeutschland auf-geschnappt, nämlich als einheimische Bäuerinnen auf einem Markt in Freiburg (Breisgau) ihre Milchprodukte anboten. Quarks tragen eine Ladung, Farbladung genannt, welche die 3 Werte rot, grün und blau annehmen kann. Wenn 3 Quarks mit je einem der 3 Werte zu-

sammenkommen, so ist das daraus entstehende Objekt farblos. Mit den aus dem Alltag bekannten Farben hat die Farbladung allerdings nichts zu tun.


4. Die vier Fundamentalkräfte der Physik

Eine Grundkraft, auch fundamentale Wechselwirkung genannt, ist eine grundlegende und von ande-ren Grundkräften sich grundsätzlich unterscheidende Möglichkeit, auf denen sich physikalische Objek-te (Körper, Felder, Teilchen, Systeme) gegenseitig beeinflussen können. Es existieren 4 fundamentale Kräfte, die nachfolgend kurz erklärt werden. Einzeln oder in Kombination rufen diese Fundamentalkräfte sämtliche physikalische Prozesse hervor; seien es solche zwischen Elementarteilchen oder zwischen Materie und Feldern in makroskopischen Ausmaßen, sei es auf der Erde, in Sternen oder im Weltraum. Weitere Arten von Wechselwirkungen sind zur Beschreibung der Natur nicht erforderlich. Vereinzelt aufgestellte Hypothesen über eine fünfte Kraft konnten nicht bestätigt werden; andererseits ist es bisher aber auch nicht gelungen, die Vielfalt der physikalischen Vorgänge mit weniger als jenen 4 fundamentalen Kräften zu erklären. Anzumerken ist allerdings, dass dieses einfache, um die Mitte des 20. Jahrhunderts herausgearbeitete Bild nach neueren Entwicklungen zu modifizieren ist: 2 der 4 Wechselwirkungen, die schwache Kern-kraft und die elektromagnetische Kraft, werden im heutigen Standardmodell der Elementarteilchenphy-sik aus einer gemeinsamen Grundlage hergeleitet, die elektroschwache Wechselwirkung genannt wird.

4.1 Die Gravitation Gravitas l → die Schwere, das Gewicht

... auch Schwerkraft genannt, wurde im 17. Jahrhundert von Isaac NEWTON als Naturkraft identifiziert und mathematisch beschrieben. Sie geht von jedem Körper mit Masse aus und wirkt anziehend auf al-le anderen Massen. Sie nimmt mit der Entfernung ab, lässt sich nicht abschirmen und hat eine unend-liche Reichweite. Die von der Erde ausgehende Schwerkraft macht den Hauptanteil der Gewichtskraft aus, die unsere Lebenswelt entscheidend beeinflusst. Gravitation ist die vorherrschende Wechselwir-kung zwischen den Planeten und der Sonne und somit Ursache für die Gestalt des Sonnensystems. Sie hat maßgeblichen Einfluss auf den Zustand und die Entwicklung der Sterne, dominiert aber auch die großräumigen Strukturen des Universums. Ebenso wirkt die Schwerkraft zwischen 2 beliebigen Gegenständen, mit denen wir täglich umgehen. Diese ist dann aber so schwach, dass sie im Alltag praktisch vernachlässigbar ist und erst Ende des 18. Jahrhunderts von Henry CAVENDISH experimentell nachgewiesen werden konnte. In Weiterentwick-lung des Newton‘schen Gravitationsgesetzes ist die heute gültige Gravitationstheorie die allgemeine Relativitätstheorie, wie sie Anfang des 20. Jahrhunderts von Albert EINSTEIN aufgestellt wurde.

4.2 Die elektromagnetische Wechselwirkung

... wurde ab Mitte des 19. Jahrhunderts als eine Grundkraft der Natur anerkannt, nachdem James Clerk MAXWELL die nach ihm benannten Maxwell-Gleichungen aufgestellt hatte, mit denen die Phänomene der Elektrizität Elektron g → Bernstein, des Magnetismus Lithos magnes g → Stein aus (der Landschaft) Magnesia und der Optik

Ops g → Auge gleichermaßen beschrieben werden können. Diese Kraft geht von elektrischen Ladungen, elektromagnetischen Feldern und magnetischen Dipolen aus. Diejenigen Kräfte, die die elektromagne-tische Wechselwirkung auf magnetische oder geladene Körper ausübt, können vom Menschen wahr-genommen werden. Wie die Gravitation hat auch die elektromagnetische Wechselwirkung eine unendliche Reichweite. Sie wirkt allerdings je nach Vorzeichen der elektrischen Ladung anziehend oder abstoßend, und lässt sich im Gegensatz zur Gravitation abschirmen oder gar eliminieren. (Positive und negative Ladungen kom-pensieren sich üblicherweise fast exakt). Auf die elektromagnetische Wechselwirkung können alltäg-liche Phänomene wie Licht, Elektrizität, Magnetismus, chemische Bindungen – also auch chemische Reaktionen – sowie unterschiedliche Materialeigenschaften in Natur, Haus und Technik zurückgeführt werden. Die quantenfeldtheoretische Weiterentwicklung der klassischen Maxwell-Gleichungen führte Mitte des 20. Jahrhunderts zur Quantenelektrodynamik. Darin ist das Photon das allen elektromagnetischen Effekten zugrunde liegende Austauschteilchen. Mehr zu den Begriffen Quant und Photon siehe Seite 42 und Seite 100


5. Die 7 Basiseinheiten als SI-Grundlage Système international d‘unité

Basisgröße SI-Einheit Prinzip der Festlegung

Strecke 𝓼 = Weg, Länge l

Meter

Meter g → Mutter im Genitiv: Metros

Metron g → Maß

m

1 Meter ist diejenige Strecke, die das Licht im Vakuum in einer 299.792.458stel* Sekunde zurücklegt. Einst (anno 1793) wurde das Meter bestimmt als der 10-millionste Teil der Stecke an der Erdoberfläche vom Nordpol über Paris bis zum Äquator.

DAS PRIMZAHLKREUZ

Band I, ab Seite 476

*: Sowohl das Meter als auch die Sekunde sind willkürlich festgelegte Werte! Würde also 1 Meter um nur 0,69 mm kürzer oder 1 Sekunde entsprechend länger terminiert, oder gar beide Einheiten minimal justiert, so ist der Zahlenwert exakt 3⋅10⋅10 [cm/s]. Zahlen irren nicht! Und besitzen im Vergleich zu 'Gelehrten' auch kein blasiertes Ego!

Masse 𝓶 Kilogramm

Chilioi g → tausend

Gramma g/l → Begriff für das kleinste röm. Gewicht, dem 24-stel einer Unze ≙ einem Scrupulus „Kieselsteinchen“.

Avogadro-Projekt

kg 1 Kilogramm ist seit 1889 in Paris festgelegt durch die Masse eines international anerkannten Vergleichskörpers: das Ur-Kilo-gramm. Einem Zylinder mit je 39 mm Höhe und Durchmesser aus einer Legierung (90 % Platin, 10 % Iridium). Gut 100 Jahre zuvor wurde als Referenz 1 Liter Wasser bei 4 °C definiert. S. 46

Jahrelang wurde an einem neuen, kugelförmigen Ur-Kilogramm gearbeitet, das aus iso-topenreinem 28

Si besteht. Dabei wurde die Masse auf Basis einer konkreten Anzahl von Silizium-28-Atomen festgelegt, was die Verlässlichkeit nochmals enorm erhöht. Seit Mai 2019 ist diese Siliziumkugel offiziell der neue Prototyp für das Ur-Kilogramm.

Zeit 𝓽 Sekunde

Pars secunda (hora) l

s 1 Sekunde ist heute das 9192631770-fache der Schwingungs-dauer der von 133

Cäsium emittierten Strahlung. Einst wurde sie festgelegt als 2. verminderter Teil der Stunde dem 24. Teil des Tages

Temperatur 𝓣 Kelvin

benannt nach William Thomson, dem späte-ren LORD KELVIN; ei-nem Fluss durch die schott. Stadt Glasgow.

K 1 Kelvin ist der 273,16-te Teil der thermodynamisch absoluten Temperatur des Tripelpunkts von Wasser: 273,16 K ≙ 0,01 °C. Früher wurde der Gefrierpunkt von Wasser mit 0 Grad Celsius und sein Siedepunkt mit 100 °C festgelegt – und linear skaliert. Dies bei Normaldruck 1.013,25 mbar ≙ 760 mm Hg-Säule. S. 26

Stromstärke 𝓘 Ampere

benannt zu Ehren von André-Marie AMPERE.

A 1 Ampere ist diejenige Stromstärke, die – wenn sie durch zwei parallele Leiter mit Abstand ein Meter fließt – zwischen diesen eine Kraft von 2 ⋅ 10

⁻7 Newton pro Meter Leiterlänge erzeugt.

Stoffmenge 𝓷 Mol

vermutlich abgeleitet vom Begriff Molekül.

Molecula l, Dim. von Moles → Masse, Last

mol 1 Mol ist diejeinge Stoffmenge, die sich aus der Anzahl der Ein-zelteilchen (Atome oder Moleküle) eines Stoffes ergibt, die der Anzahl der Atome in 12 Gramm Kohlenstoff 12

C entspricht; und somit exakt 6,023 ⋅ 10

23 Teilchen enthält. Atomare Masseneinheit u, S. 43

Lichtstärke 𝓘v Candela

Candela l → Kerze

cd 1 Candela ist die Lichtstärke („Helligkeit“), die eine bestimmte Fläche eines schwarzen Körpers unter definierten Bedingungen (Druck, Temperatur) senkrecht zu einer Oberfläche emittiert.

Bei der Festlegung dieser 7 SI-Einheiten als Basis aller Maßeinheiten waren Zweckmäßigkeit und Tra-dition ausschlaggebend. Eine physikalische Begründung für gerade diese Auswahl existiert nicht.

Definition: Physikalische Größe gleich Maßzahl mal Einheit Beispiel: Masse eines Körpers = 25 ⋅ kg

Aus den im SI festgelegten 7 Basisgrößen und deren zugehörigen Basiseinheiten können alle anderen physikalischen Größen samt ihren Einheiten abgeleitet werden. Eine Kombination der zu einer solchen Größe gehörenden Basiseinheit nennt man Dimension. Viele grundlegende Dimensionen haben eige-ne Bezeichnungen – sog. Eponyme epi- g → auf- ; Onoma g → Name – meist zu Ehren einstiger großer Physiker.

Beispiel: Kraft F = Masse m ∙ Beschleunigung a → SI-Einheiten [ 𝐤𝐠 ∙ 𝐦

𝐬² ] = Dimension Newton [N]


6. Physikalische Einheiten in Eponymform

◼ Seite 2

Bel 1 dB = 1 B Pegel und Maße, v.a. beim Schalldruck p Phon 10

dB

Das Bel kennzeichnet das Verhältnis zweier gleichartiger Energie- / Leistungsgrößen P1 / P2 im 10er-Logarithmus. Es ist die Hilfsmaßeinheit zur Kennzeichnung von Pegeln (Q, L) und Maßen (A, G). Diese Größen finden ihre Anwendung u.a. in der Elektrotechnik für Dämpf-ung und in der Akustik. Der Schalldruckpegel Lp (Level engl. → Pegel; pressure engl. → Druck) beschreibt das logarithmierte Verhältnis des quadrierten Effektivwerts des Schalldrucks p (in Pa) eines Schallereignisses

zum Quadrat des Bezugswerts p0.

Bq Becquerel ist die SI-Einheit der Aktivität A einer Menge radioaktiver Substanz. A gibt die mittlere Anzahl der Atomkerne an, die pro Sekunde radioaktiv zerfallen. Im täglichen Ge-brauch der Einheit Bq ist meist ein Größenordnungsvorsatz notwendig (Kilo, Mega, Giga). S. 23

Coulomb 1 C = 1 [A⋅s] Elektrische Ladung Q Elementarladung in Kapitel 7 ◼ Franklin 1 Fr ≈ 3,3⋅10

-10 C

C 1 Coulomb ist definiert als die elektrische Ladung Q, die innerhalb 1 Sekunde durch den Querschnitt eines Leiters transportiert wird, in welchem ein elektrischer Strom der Stärke ℐ von 1 Ampere fließt. Eine in der Natur auftretende makroskopische elektrische Ladung ist immer ein ganzzahli-ges Vielfaches der Elementarladung e. Da aber die Einheiten des SI willkürlich festgelegt wurden, ist nicht zu erwarten, dass 1 C ebenfalls ein ganzzahliges Vielfaches von e ist.

die Elektrische Flussdichte D ist die elektrische Ladung Q [C] pro Fläche A [m²]. S. 66

Dioptrie 1 dpt = 1 [ 1 ] Brechkraft D Optik (Linsen, Prismen, Licht)

m

dpt Die Dioptrie dia g → hindurch; Opsis g → das Sehen ist die Maßeinheit für die Brechkraft optischer Systeme und stellt den Kehrwert der Längeneinheit Meter dar. Die Brechkraft D ist der Kehrwert der Brennweite f. Das optische System kann eine Linse sein, ein gewölbter Spiegel oder ein Auge. Konvexe Linsen besitzen eine positive Brech-kraft, konkave Linsen negative. Die Brechkraft des normalsichtig gesunden menschlichen Auges beträgt in akkommodationslosem Zustand etwa 60 dpt und ≙ 16,6 mm Brennweite.

Elektro- nenvolt 1 eV = 1,6021766208 ⋅ 10⁻¹⁹ [J] = 1,6… ⋅ 10⁻¹⁹ [

kg⋅m² ] = 1,6… ⋅ 10⁻¹⁹ [C⋅V] Energie E

s²

eV Das Elektronenvolt oder Elektronvolt ist eine Einheit der Energie E, die in der Atom- und Kernphysik oft Anwendung findet; insbesondere, da es auf der Elementarladung basiert. Wird nämlich 1 Elektron in einem elektrischen Feld beschleunigt, so ändert sich seine kine-tische Energie um exakt 1 Elektronvolt, falls die Beschleunigungsspannung 1 Volt beträgt.

Das Elektronenvolt ist also die Elementarladung e, multipliziert mit 1 Volt. Somit ist e die Grundlage jeglicher Elektrizität.

Farad 1 F = 1 [ C

] = [ A²⋅s²

] = [ A²⋅s⁴

] = 1 [ s

] Elektrische Kapazität C V N⋅m kg⋅m² Ω

F Eine Kapazität C Capacitas l → Fassungsvermögen von 1 Farad besitzt ein Kondensator (also ein passives elektrisches Bauelement mit der Fähigkeit, in einem Gleichstromkreis elektrische Ladung und die damit verbundene Energie statisch in einem elektr. Feld zu speichern), der durch einen Strom von 1 Ampere in 1 Sekunde auf die Spannung 1 Volt aufgeladen wird.

Gray 1 Gy = 1 [ J

] = [ N⋅m

] = [ kg⋅m⋅m

] = [ m²

] Energiedosis D ◼ Rad 1 rad = 0,01 Gy kg kg s²⋅kg s²

© Terminologix Vorklinix BASISWISSEN IN PHYSIK, CHEMIE UND BIOLOGIE 39

Becquerel 1 Bq = 1 [ 1

] (Radio)Aktivität A ◼ Curie 1 Ci = 3,7⋅1010

Bq 1 Bq = 2,7⋅10

-11 Ci s

7. Wichtige physikalische Konstanten

Doch keine Panik... erstmal sind nur die mit * gekennzeichneten für Sie mehr oder weniger relevant ☺

Eine physikalische Konstante, auch Naturkonstante genannt, ist eine physikalische Größe, deren Wert sich weder beeinflussen lässt noch räumlich oder zeitlich sich verändert. Als fundamentale Naturkonstanten werden diejenigen bezeichnet, die auf allgemeinen Eigenschaf-ten von Raum, Zeit und physikalischen Vorgängen fußen, welche für jede Art von Teilchen und Wech-selwirkungen gleichermaßen gelten. Dies sind die Gravitationskonstante, die Lichtgeschwindigkeit und das Planck‘sche Wirkungsquantum. Weitere grundlegende Naturkonstanten beziehen sich auf die ein-zelnen Teilchenarten und Wechselwirkungen, wie z.B. ihre Massen und Ladungen. Abgeleitete Naturkonstanten wie z.B. der Bohr‘sche Radius lassen sich aus den fundamentalen und elementaren Konstanten berechnen. Einige Naturwissenschaften, z.B. in der Astronomie und Geodä-sie, fassen die genauen Referenzwerte von Erd- und Sonnenmasse, den Erdradius oder die astrono-mische Einheit zu wichtigen Gruppen von Konstanten zusammen. In der Praxis gebräuchliche Referenzwerte (wie z.B. die Dauer 1 Jahres, der Druck der Standardatmo-sphäre, oder die Erdbeschleunigung) sind keine Naturkonstanten. Sie sind dem Menschen in seiner ir-dischen Umgebung nützlich, haben aber in der Regel keine darüber hinausgehende Bedeutung grund-legender Art und erweisen sich bei zunehmender Messgenauigkeit auch nicht als wirklich konstant. Allerdings dienten sie zur ersten Festlegung von Maßeinheiten; so auch für Meter, Kilogramm, Sekun-de. Daher gehen aktuell die Bemühungen dahin, die Maßeinheiten möglichst durch direkten Bezug zu fundamentalen oder elementaren Naturkonstanten zu definieren. Die hierfür ausgewählten Naturkon-stanten erhalten dadurch einen fest definierten, unveränderlichen Zahlenwert. Masse auf Seite 38 Zuerst aber zwei Grundbegriffe, die in allen Bereichen der Physik tagtäglich auftauchen:

Ein Quant quantus, -a, -um l → wie groß, wie viel

... bezeichnet in der Physik ein Objekt, das durch einen Zustandswechsel in einem System mit diskre-ten Werten einer physikalischen Größe erzeugt wird; zumeist Energie. Quanten können immer nur in konkreten Portionen auftreten, sie sind mithin die Quantelung dieser Größen. Oft wird mit Quant ein Teilchencharakter der betrachteten Größe assoziiert, das ist jedoch nur ein As-pekt der Gesamtbedeutung des Begriffs; dem Drehimpulsquant z.B. kann man keinen Teilchencharak-ter zuschreiben. Als physikal. Terminus wird Quant nicht zur Bezeichnung der atomaren Struktur der Materie verwendet, obwohl auch hier eine kleinste Mengeneinheit (Quantelung) auftritt. Beispiele sind:

Das Photon Seite 100

→ als Quant des elektromagnetischen Feldes. Photonen können zwar unterschiedliche diskrete Energieniveaus haben, aber nur als Ganzes erzeugt oder vernichtet werden.

Das Phonon → als Quant mechanischer Verzerrungswellen im Festkörper.

Das Magnon → als Quant magnetischer Anregungen.

Das Gluon → als Quant des Kraftfeldes, welches die Starke Wechselwirkung überträgt.

Das Graviton → als Quantelungsgröße des Schwerefeldes.

Spin Spin engl → Drehung, Drall

... ist in der Kernphysik der Eigendrehimpuls – im Falle des Kernspin der Gesamtdrehimpuls um sei-nen Schwerpunkt, beim Elektronenspin der um dessen Achse – und stellt hierbei wie die Masse eine unveränderliche innere Teilcheneigenschaft dar. Die Spinquantenzahl beträgt stets exakt ein halbzah-liges oder ein ganzzahliges Vielfaches des reduzierten Planckschen Wirkungsquantums ℏr Seite 47 und weist zudem alle Eigenschaften eines klassisch-mechanischen Eigendrehimpulses auf. Fermionen (al-so auch Elektronen!) besitzen eine halbzahlige Spinquantenzahl, Bosonen eine ganzzahlige. Seite 165


* Die Atomare Masseneinheit u = 1,66 05390.. ⋅ 10

-27

[kg] Seite 33

Die Atomic Mass Unit ist die SI-Einheit der Masse; also das Kilogramm auf atomarer Ebene. Ihr Wert 1u wurde 1961 per Definition auf ein Zwölftel der Masse des Kohlenstoffisotops 12

C festgelegt und wird auch für Molekülmassen verwendet. Die Umrechnung von Unit in Kilogramm ergibt: 1 kg = 6,02.. ⋅ 10

26 u → 1 g = 6,02... ⋅ 10

23 u

Bis 1960 entsprach 1 amu 1/16 der Masse des Sauerstoffisotops 16 O. Da jedoch die „chemische Definition“, bezogen auf das natürliche O2-

Isotopengemisch, und der „physikalischen Definition“, bezogen auf das Isotop 16 O, einen Streit zwischen Chemikern und Physikern hervor-

rief, einigte man sich schließlich auf die o.g. unified AMU auf Basis des 12C.

Da der Kern von 1 12

C-Atom 12 Nukleonen enthält – in dem Fall also 6 Protonen + 6 Neutronen – ist die Einheit u nicht exakt gleich der Masse eines Nukleons, was auf dem sog. Massendefekt beruht. Dieser Verlust an Masse wird durch die Bindungsenergie des Atomkerns verursacht und wirkt sich aus als Differenz zwischen der Summe der Massen freier Protonen + freier Neutronen der Nukleonen einerseits, und der tatsächlich gemessenen Masse eines Kerns andererseits. Letztere ist deshalb stets etwas kleiner: u ↔ mp bzw. u ↔ mn

Auch die gemessene Masse eines neutralen Atoms ist kleiner, als die Summe von Kernmasse und den Massen der Elektronen in der Ato-mhülle. Jener „Defekt“ ist aber weitaus geringer als der Massendefekt von Atomkernen und wird vernachlässigt. Dieses Phänomen wider-legt somit de facto die Annahme der klassischen Physik, die Masse bleibe bei allen Vorgängen stets exakt gleich und vollständig erhalten.

* Die Avogadro-Konstante NA = 6,02 21408.. ⋅ 10

23 [ 1 ] n0 = 2,68 6..⋅10

25 [ 1

] mol m³

... gibt an, wieviele Teilchen (also Atome oder Moleküle) in 1 Mol eines jeweiligen Stoffes enthalten sind. Entsprechend der Definition der atomaren Masseneinheit u beträgt die Masse von 6,02 ⋅ 10

23 C-12-Atomen im Grundzustand exakt 12 Gramm. Die molaren Massen aller anderen Stoffe werden auf dieses 12C bezogen. Seite 38 Definiert ist die Avogadro-Konstante wie folgt: NA = Teilchenzahl N, geteilt durch die Stoffmenge n.

NA hat große historische Bedeutung für den Nachweis, dass Materie aus Atomen besteht. Etliche Wissenschaftler betrachteten Anfang des 19. Jahrhunderts Atome als hypothetische Teilchen, deren Existenz unbewiesen sei. Die Gewissheit ihrer Existenz stammt auch aus der Bestimmung der Avo-gadro-Zahl mithilfe diverser Methoden, die alle einen übereinstimmenden Wert geliefert haben.

NA wird fälschlicherweise oft mit der Loschmidt-Zahl n0 gleichgesetzt: Die gibt die Anzahl der Mo-leküle N pro Volumeneinheit eines idealen Gases V0 an. n0 = NA : Vm0

Der Bohr-Radius a0 = 0,52 91772.. ⋅ 10

-10

[m]

... bezeichnet den Radius des Wasserstoffatoms in seinem niedrigsten Energiezustand – und damit auch den Radius seiner ersten und kleinsten Elektronenschale. Hierbei bleibt die kleine Korrektur noch unberücksichtigt, welche der Mitbewegung des Atomkerns um seinen Schwerpunkt entspricht.

Eine quantenmechanische Betrachtung ergibt, dass im niedrigsten Energiezustand die Wahrschein-lichkeit, das Elektron zu messen, beim Bohr-Radius maximal wird. Der relevantere Erwartungswert für den Radius ist jedoch das 1,5-fache des Bohr‘schen Radius; dieser errechnet sich gemäß der Formel → a0 = (4 ⋅ π ⋅ ℰ0 ⋅ ℎ 2) : (me ⋅ e

2)

* Die Boltzmann-Konstante kB = 1,38 06485.. ⋅ 10

-23 [ J ] = [

kg⋅m² ] K s²⋅K

Die Idee von L. BOLTZMANN präzisierend, lautet die von PLANCK gefundene fundamentale Beziehung S = kB ⋅ ln Ω. D.h. die Entropie S des Makrozustandes eines abgeschlossenen Systems im thermi-schen Gleichgewicht ist proportional zum Logarithmus naturalis der Anzahl der Ergebnisräume Ω der entsprechend möglichen Mikrozustände; bzw. anders ausgedrückt: zum Maß der „Unordnung“ des Makrozustands. Das statistische Gewicht Ω ist ein Maß für die Wahrscheinlichkeit eines bestimmten Mikrozustands. Die Gleichung verknüpft über die Boltzmann-Konstante als Proportionalitätsfaktor die Mikrozustände des abgeschlossenen Systems mit der makroskopischen Größe der Entropie und bildet so die zen-trale Grundlage der statistischen Physik. Die Entropieänderung S ist in der Thermodynamik defi-niert als das Integral aus dem Quotienten der Wärmemenge Q [J] zur Temperatur T [K] S = ∫(Q : T)

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 7 – WICHTIGE PHYSIKALISCHE KONSTANTEN 43

8. Mechanik

Mechane g → Maschine, Kunstgriff, Wirkungsweise

8.1 Translation translatare l → übertragen

Eine Translation (auch Linearbewegung) ist eine Bewegung, bei der alle Punkte eines physikalischen Systems, z.B. ein starrer Körper, dieselbe Verschiebung erfahren. Zu einem gegebenen Zeitpunkt sind Geschwindigkeiten und Beschleunigungen aller Punkte identisch; sie bewegen sich auf parallelen Tra-jektoren Traiectio l → Verlauf.

Die Kraft F Fortitudo l bzw. Force engl

... ist ein grundlegender Begriff in der Physik. Man versteht darunter eine Einwirkung, die einen Körper verformen und / oder beschleunigen kann. Kräfte sind erforderlich, um Arbeit zu verrichten, wobei sich die Energie eines Körpers oder eines physikalischen Systems ändert. Kräfte sind gerichtete Größen, die durch Vektoren dargestellt werden können. Das Wort Kraft ist urgermanischen Ursprungs und ver-band sich einst mit einer Muskelanspannung.

F = m ⋅ a [N] 1 Newton = 1 kg⋅m F → Kraft [N]

s² m → Masse [kg]

FG = m ⋅ g [N] Erdbeschleunigung g ≈ 9,81 m a → Beschleunigung [m/s²]

s² FG → Gewichtskraft [N]

G = m1 ⋅ m2 ⋅ fG [N] Gravitationskonstante fG ≈ 6,67 ⋅ 10 -11

N⋅m² g → Fall- / Erdbeschleunigung [m/s²]

r² kg² G → Gravitation / Schwerkraft [N]

g = fG ⋅ mE

[ m

] m1,2 → 2 Massen [kg] also 2 verschiedene

rE² s² r → Radius [m] Abstand zw. m1 und m2

fG → Gravitationskonstante [N⋅m²/ kg²]

s = v ⋅ t + s0 [m] mE → Masse der Erde [kg]

= ½ ⋅ a ⋅ t + v0 ⋅ t + s0 rE → Erdradius [m]

= ½ ⋅ g ⋅ t + v0 ⋅ t + s0 s → Weg(strecke) [m]

→ Beim horizontalen Wurf fällt der Körper genauso schnell, wie beim freien Fall beide Bewegungen sind also unabhängig voneinander!

v → gleichförmige Geschw.keit [m/s]

t → Zeit [s]

v0 → Geschwindigkeit zu Beginn [m/s]

v = s

[ m

] v = a ⋅ t + v0 s0 → Weg(strecke) zu Beginn [m]

t s �̅� → Durchschnittsgeschw.keit [m/s]

a = v

= s

[ m

] �̅� = s2 – s1

[ m

] s1,2 → Startpunkt und Endpunkt / -ort [m]

t t² s² t2 – t1 s t1,2 → Startzeit und Endzeit [s]

Funktion: f(t) = s → 1. Ableitung: f ‘(t) = 𝑠

𝑡 = v → 2. Ableitung: f ‘‘(t) =

𝑠

𝑡² =

𝑣

𝑡 = a

Der Impuls �⃗⃗� pellere l → stoßen, treiben

... charakterisiert den mechanischen Bewegungszustand eines physikalischen Objekts. Der Impuls ei-nes Objekts ist umso größer, je schneller es sich bewegt und je massereicher es ist. Damit steht der Impuls für das, was in der Umgangssprache unscharf mit Schwung und Wucht bezeichnet wird.


Die Einheit der Frequenz ist die abgeleitete SI-Einheit Hertz, wobei 1 Hz = s-1 ist. Also gilt f = 1/T. Da eine Anzahl N der sich periodisch wiederholenden Vorgänge das Zeitintervall t benötigt, gilt natürlich auch t = N⋅T und insofern ist f = N/t. Bei der Frequenzangabe aus Zahlenwert und Einheit sagt demnach der Zahlenwert aus, wie viele Perioden innerhalb der gewählten Zeiteinheit stattfinden.

Die Kreisfrequenz ω

... ist ein Maß dafür, wie schnell eine Schwingung abläuft. Im Gegensatz zur Frequenz f gibt sie aber nicht die Anzahl der Schwingungsperioden bezogen auf eine Zeitspanne an, sondern den überstriche-nen Phasenwinkel der Schwingung pro Zeitspanne. Da bei der Rotation eine Schwingungsperiode einem Phasenwinkel von 360° entspricht, unterscheidet sich die Kreisfrequenz von der Frequenz durch den Faktor 2π. Es gilt also: ω = 2⋅π⋅f = 2⋅π/T – wobei T die Periodendauer der Schwingung ist; identisch mit jener bei der Frequenz. Doch anders als bei die-ser wird bei der Kreisfrequenz die Einheit nicht als Hertz bezeichnet, sondern als „... pro Sekunde“!

Die Winkelgeschwindigkeit �⃗⃗⃗�

... ist in der Physik eine vektorielle Größe, die angibt, wie schnell sich ein Winkel mit der Zeit t um eine Achse ändert und kann auch mit Rotations- oder Drehgeschwindigkeit bezeichnet werden. Doch Achtung: Obwohl die Kreisfrequenz und die Winkelgeschwindigkeit mit demselben Formel-

zeichen ω bezeichnet werden, und obwohl sie in derselben Einheit gemessen wer-den, handelt es sich um zwei verschiedene physikalische Größen!

�⃗⃗⃗� = 2 ⋅ π

[ 1

] ω

ist die Geschwindigkeit eines Punktes auf einem Kreis! Sie besitzt zwar

den Charakter einer gleichförmigen d.h. konstanten Geschwindigkeit, da sich aber die Richtung jedes bewegten Punkts in jedem Moment ändert, erfährt dieser Punkt eine Kraft → Zentrifugalkraft genannt! Karussell

ω → Winkelgeschwindigkeit je Umlauf: Kreisfrequenz

[1/s]

T s T → Periodendauer [s]

= vu

bzw. vu = ω ⋅ r [ m

] vu → Umfanggeschwindigkeit [m/s]

r s r → Radius [m]

= 2 ⋅ π ⋅ f bzw. f = 1

[ 1

] 2 π ≙ 360° f → Frequenz [1/s] Hertz in Kap. 6 !

T s φ → Rotatioswinkel [ ] dimensionslos!*

= φ

t → Zeit [s]

t α → Winkelbeschleunigung [1/s²]

ω = α ⋅ t + ω0 [ 1 ] bzw. ohne ω0 vu =

ω [

m ]

ω0 → Winkelgeschwindigkeit bei t = 0 also zu Beginn der Messung.

s t s m → Masse [kg]

vu = 2 ⋅ π ⋅ r

[ m

]

bzw. vu = ω ⋅ r

T s *: Man kann auch rad sagen, oder ihn (wie bei Celsius) mit ° kennzeichnen.

Das Trägheitsmoment J

... gibt den Widerstand eines starren Körpers gegenüber einer Änderung seiner Rotationsbewegung um eine gegebene Achse an → also Drehmoment geteilt durch Winkelbeschleunigung. Damit spielt es die gleiche Rolle wie die Masse im Verhältnis von Kraft und Beschleunigung. Das Trägheitsmoment korreliert mit der Massenverteilung in Bezug auf die Drehachse: je weiter 1 Mas-seteilchen von der Drehachse entfernt, desto mehr trägt es mit seinem Abstand im Quadrat zum Träg-heitsmoment bei. Nimmt die Dichte des Körpers nach innen zu, so ist sein Trägheitsmoment kleiner als wenn seine Masse im selben Volumen homogen verteilt wäre. bei rasch rotierenden Planeten z.B. lässt sich deshalb

aus der Abplattung auf dessen Dichteverlauf schließen.

J = m ⋅ R² [kg⋅m²] → J = M R → ist der jeweilige Radius [m] d.h.

„der wirksame r“ (Kugel, Zylinder, etc.)

α M → Drehmoment [Nm ≙ J] Joule S. 40


9. Geometrische Optik

Dieses Kapitel umfasst den Bereich der Wellenausbreitung, in welchem Beugung, Interferenz und Polarisation erst mal keine Rolle spielt; das kommt dann in Kapitel 13 ☺. Um aber schon hier ein wenig Klarheit darüber zu ver-mitteln, was diese Begriffe überhaupt bedeuten, nachfolgend jeweils eine kurze Erläuterung dazu.

Beugung

... auch Diffraktion diffractarum l = Partizip v. diffringare → aufbrechen, auseinanderbrechen genannt, ist die Ablenkung von Wellen an einem Hindernis. Durch Beugung kann sich eine Welle in Raumbereiche ausbreiten, welche auf geradem Wege durch die Barriere versperrt wären. Jede Art von physikalischen Wellen kann dieses Phänomen zeigen. Besonders deutlich erkennbar ist sie bei Wasserwellen oder bei Schall. Bei Licht ist die Beugung ein Faktor, der das Auflösungsvermögen von Kameraobjektiven und Teleskopen begrenzt. Wegen der Wellennatur des Lichts weicht sein reales Verhalten teilweise sehr davon ab, was die geometrische Op-tik erwarten ließe. So ist bei der Fotografie beugungsbedingt die Auflösung eines Fotos durch den Durchmesser der Linse, der sog. Apertur Apertura l → Loch, Öffnung begrenzt. Manche technische Komponenten wie z.B. Beugungsgitter nutzen solche Beugungseffekte hingegen gezielt aus.

Interferenz interferire l → „inmittenschlagen“

... beschreibt die Änderung der Amplitude 90 bei der Überlagerung von 2 oder mehr Wellen nach dem Superposi-tionsprinzip, d.h. die vorzeichenrichtige Addition ihrer Auslenkungen (nicht Intensitäten!) während ihrer Durchdring-ung. Interferenz tritt bei jeder Art von Wellen auf, also bei Schall-, Licht-, Materiewellen, usw. Löschen sich die Wellen dabei gegenseitig aus, spricht man von destruktiver Interferenz, verstärken sich die Am-plituden, spricht man von konstruktiver Interferenz. Ein Zeichen für das Auftreten von Interferenz sind abwech-selnde Maxima und Minima in der Intensität. Diese Folge von konstruktiver und destruktiver Interferenz wird als In-terferenzmuster bezeichnet. Ein bekanntes Beispiel sind die Streifen beim Doppelspaltversuch; aber auch die Inter-ferenzfarben bei einem dünnen Ölfilm auf Wasser zeigen dieses Phänomen recht anschaulich auf.

Polarisation

Untersuchungen zur Interferenz von polarisiertem Licht führten 1817 zu der Erkenntnis, dass es sich bei Lichtwellen um Transversalwellen handelt. Demnach interferieren Wellen nicht, wenn sie senkrecht zueinander polarisiert sind. Ändert sich die Richtung einer Welle schnell und ungeordnet, spricht man von der unpolarisierten Welle. Der größte Teil der in der Natur vorkommenden elektromagnetischen Strahlung ist als thermische Strahlung zunächst unpola-risiert, es handelt sich um die Überlagerung einer Vielzahl von Einzelwellen mit unterschiedlichster Lage hinsichtlich Schwingungsebene und relativer Phase. Durch Reflexion und / oder Streuung entsteht daraus teilpolarisiertes Licht, bei dem ein Teil der Einzelwellen gleiche Eigenschaften bezüglich ihrer Polarisation aufweist und als Polarisations-muster erscheint. Schräge Reflexion an Grenzflächen, so z.B. an einer Wasseroberfläche, trennt Licht teilweise nach seiner Polarisa-tionsrichtung auf: Der in der Reflexionsebene polarisierte Anteil dringt eher ein, der dazu senkrechte Teil wird eher reflektiert. Der blaue Himmel ist von Molekülen und Dichteschwankungen der Luft gestreutes Sonnenlicht. Die Luft wird durch die einfallende Welle in zufällige Richtungen senkrecht zur Einfallsrichtung elektrisch polarisiert. Streu-licht in Richtungen dieser Schwingungsebene (Streuwinkel 90°) schwingt in eben dieser Ebene, ist also vollständig polarisiert. Das Himmelslicht ist jedoch durch Vielfachstreuung und Streuung an Partikeln nicht komplett polarisiert. Viele Insekten – beispielsweise die Honigbiene – können linear polarisiertes Licht nach seiner Polarisationsrichtung unterscheiden und nutzen diesen Effekt, um sich zu orientieren.

9.1. Brennweite – Brennpunkt – Brechkraft

Die Brennweite f ist der Abstand zwischen der Hauptebene einer optischen Linse (oder eines gewölb-ten Spiegels) und dem Brennpunkt F Fokus; also der Stelle, wo sich das Objekt am schärfsten abbildet. Der Kehrwert der Brennweite, speziell bei einzelnen Linsen, wird Brechkraft D genannt. Die Brennweite ist ein Konzept der par .axialen Optik, sie bezieht sich daher nur auf Strahlen mit einem kleinen Winkel und einem kleinen Abstand zur optischen Achse des Abbildungssystems. Große Brenn-weiten entstehen durch flache, schwach gekrümmte Oberflächen; kleine durch starke Krümmungen.


c0 = λ0 ⋅ f [ m

] n = c0

= sin α1

→ da n1 = Luft = 1 c0 → Lichtgeschwindigkeit im Vakuum [m/s]

s cM sin α2 λ0 → Wellenlänge im Vakuum [m]

= =

n ⋅ cM

→ je größer n desto optisch dichter ist das Medium! Da c0 immer größer ist als cM gilt: n ist immer > 1 Deshalb gilt: nLuft = 1 = n1

f → Frequenz [Hz] ≙ [1/s] Hertz in Kap. 6

c1 =

λ1 =

n2 n → Brechungsindex [ ] Medium ist beliebig

c2 λ2 n1 cM → Lichtgeschwindigkeit im Medium [m/s]

n1 → Brechungsindex von Luft [ ]

sin α1 =

n2 → n1 ⋅ sin α1 = n2 ⋅ sin α2

α1 → Einfallswinkel in Medium 1 [°]

sin α2 n1 α2 → Brechungswinkel in Medium 2 [°]

Wenn n1 < n2 dann ist α1 > α2 → der Lichtstrahl bricht zum Lot hin Sammellinse Wenn n1 > n2 dann ist α1 < α2 → der Lichtstrahl bricht vom Lot weg Zerstreuungslinse

λ 1 ⋅ n1 = λ 2 ⋅ n2 → λ ~ 1 → man spricht hierbei von Dispersion

dispergere l → ausbreiten, zerstreuen

n

Dispersion → beschreibt das unterschiedliche Verhalten von (Licht)Wellen verschiedener Frequenz, → bezeichnet die Zerlegung jeglichen Spektrums in die einzelnen Spektralfarben. → weißes Licht wird verschieden stark gebrochen; violett am stärksten ist dem Lot am nächsten → der Brechungsindex steigt mit wachsender Frequenz.

Einfallslot → ist die Senkrechte zur Medientrennfläche.

Einfallswinkel α1 → ist der Winkel zwischen Strahl und Lot auf der Vakuumseite; d.h. von derjenigen Seite, von welcher das Licht kommt.

Brechungswinkel α2 → ist der Winkel zwischen gebeugtem Strahl und Lot bei Durchstrahlung.

Brennpunkt F → hier treffen sich alle (gebeugten / gebrochenen) Lichtstrahlen im selben Punkt, → der Mittelstrahl geht ungebrochen durch.

Bei Reflexion gilt: Einfallswinkel α1 = Reflexionswinkel α1‘ beim Billard auch... ☺

Zur Definition einiger grund- . legender Begriffe Seite 106 .

9.2 Verschiedene Linsentypen

9.2.1 Die Konvexlinse

Plankonvexlinse

para

llele

Lic

htq

uelle

←

Brennstrahlen

↑ parallele Strahlen ↓

←

←

↓ optische Achse

↓ Mittelstrahl

←

← F

← f → ist positiv! reeller Brennpunkt!

←

Brennweite f

Konvexlinsen – sind Sammellinsen, wenn das Linsenmaterial optisch dichter ist als die Umgebung; – sind Zerstreuungslinsen, falls das Linsenmaterial diesbezüglich optisch dünner ist. Die Sammellinse konzentriert ein parallel einfallendes Lichtbündel im nach ihr liegenden Brennpunkt. Bei Zerstreuungslinsen liegt der Fokus vor der Linse; das parallel einfallende Strahlenbündel wird da-durch so zerstreut, als ob die Einzelstrahlen alle aus diesem Fokus stammten.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 9 – GEOMETRISCHE OPTIK 59

10. Elektrischer Strom

Mit elektrischem Strom ist der Transport von elektrischen Ladungsträgern gemeint, also von Elektro-nen in Leitern / Halbleitern oder von Ionen in Elektrolyten. Diese Form des Stroms bezeichnet man kor-rekt auch als Konvektionsstrom ℐ . Er macht sich gemäß dem Ampere‘schen Gesetz durch ein mag-netisches Feld bemerkbar und führt i.d.R. zu einer Erwärmung des Leiters. In einem elektr. Stromkreis fließt Strom, sobald zwischen den Anschlüssen der Quelle eine elektrische Spannung herrscht und ei-ne leitende Verbindung besteht. Darüber hinaus gibt es auch den Verschiebungsstrom ℐV. Dieser entsteht nicht durch die Bewegung elektrischer Ladungen, sondern durch die Änderungen des Flusses eines elektrischen Feldes. Er tritt z.B. zwischen den Platten eines Kondensators beim Be- oder Entladen auf und erzeugt ebenfalls ein Magnetfeld. Die physikalische Größe für die Intensität des Stroms ist die elektrische Stromstärke ℐ .

Die elektrische Stromstärke ℐ

... veraltet auch Stromintensität genannt, bemisst den elektrischen Strom und bezieht sich dabei stets auf eine geeignet gewählte orientierte Fläche; bspw. die Querschnittsfläche eines Leiters (bei Konvek-tionsstrom) oder den Querschnitt eines Kondensators (Verschiebungsstrom). Im einfachsten Fall eines konstanten Stromflusses ist die Stromstärke ℐ [A] die durch den Querschnitt eines Leiters geflossene

und auf die betrachtete Zeitspanne t [s] bezogene Ladungsmenge Q [A⋅s] = [C]. Seite 65

Die elektrische Spannung U Anmerkung zu Kathode und Anode Seite 131

... ist die physikalische Größe, die angibt, wie viel Energie nötig ist, um eine elektrische Ladung inner-halb eines elektr. Feldes zu bewegen. Spannung ist also das spezifische Arbeitsvermögen des Feldes an einer Ladung. Man spricht auch von Potentialdifferenz, was sozusagen der „elektrische Höhenun-terschied“ ist und somit die Ursache bzw. die Voraussetzung für den Stromfluss darstellt. Auf natürliche Weise entsteht elektrische Spannung zum Beispiel durch Reibung, bei der Bildung von Gewittern und bei Redoxreaktionen. Zur technischen Nutzung werden Spannungen meist durch elek-tromagnetische Induktion sowie durch Elektrochemie erzeugt.

Der elektrische Widerstand R resistere l → widerstehen siehe auch Seite 69

... ist ein Maß dafür, welche elektrische Spannung U [V] erforderlich ist, um eine konkrete Stromstärke ℐ [A] durch einen elektrischen Leiter (Bauelement, Stromkreis) fließen zu lassen. Wenn die Spannung von Anschlusspunkt A zu Anschlusspunkt B gezählt wird, so wird die Stromstärke in dem Leiter positiv gezählt, wenn er von A nach B fließt. Denn der Widerstand R [Ω] kann nicht negativ sein.

10.1 Gleichstrom

Als Gleichstrom – engl. Direct Current (DC) – wird der elektrische Strom bezeichnet, welcher über die Zeit seine Richtung und Stärke nicht ändert, also zeitlich konstant ist. Praktisch alle elektronische Geräte im Haushalt – wie Radio- und Fernsehempfänger, Computer oder die Steuerungen heutiger Waschmaschinen – benötigen für ihre Energieversorgung Gleichstrom. Aber auch in der Energietechnik werden Gleichströme eingesetzt; so zum Beispiel in der Schmelzflusselek-trolyse zur Aluminiumgewinnung, als Zwischenkreis in Stromrichtern, in Sendeanlagen oder in Bord-netzen von Kraftfahrzeugen. Gleichstrom kann durch Gleichrichter aus Wechselstrom gewonnen werden. Diese werden daher über-all dort eingesetzt, wo Gleichstrom benötigt wird, aber nur der Wechselstrom des öffentlichen Strom-netzes zur Verfügung steht. Seltener, weil erheblich teurer, verwendet man auch direkte Gleichstrom-quellen, wie z.B. galvanische Zellen und photovoltaische Zellen.


ℐ = U

[A] ≙ [ V

] = Q

[ C

] → Q = ℐ ⋅ t [C] ≙ [A⋅s]

= FK ⋅ z ⋅ n

ℐ → Stromstärke [A] Intensität

R Ω t s U → Spannung [V] Ursache (für Strom)

= FK ⋅ z ⋅ n [A]

R → Widerstand [Ω] resistere

t Q → Ladung [C] ≙ [A⋅s] Quantum

t → Zeit [s]

U = ℐ ⋅ R [V] FK → Faraday-Konstante [C/mol]

= E [V] =

F ⋅ s [

N⋅m ]

→ Q = ℐ ⋅ t [C] → 𝓘 = Q : t [C/m]

→ E = F ⋅ s [J] = U : s [V/m]

z → Ionenwertigkeit [ ]

Q Q C n → „transportierte“ Stoffmenge [mol]

→ mit wachsendem Strom nimmt U0 ab.

→ ist ℐK = U0 : Ri = 0 so fließt „Kurzschlussstrom“.

E → Energie des elektrischen Feldes [J]

UK = U0 – ℐ ⋅ Ri [V] F → Kraft [N]

s → „zurückgelegte“ Strecke [m]

Q → „transportierte“ Ladung [C] ≙ [A⋅s]

R = U

[Ω] ≙ [ V

] → Der Kehrwert des Wider-

stands ist der Leitwert G! U → Spannungsänderung [V]

ℐ A U0 → Leerlaufspannung [V] historisch: EMK = elektromotor. Kraft

Rsp = ⋅ ρ

[Ω] → jeder Leiter besitzt einen spezifischen Widerstand Rsp!

→ A = π⋅r² [m²] je größer A, desto kleiner R! → R~ UK → Klemmenspannung [V]

A Ri → Innenwiderstand [Ω] im Allgemeinfall Impedanz Zi genannt

Ein ideales Ampèremeter → Ri = 0 ein ideales Voltmeter Ri → ∞ (D) → Länge (z.B. des Drahts) [m]

Bei einer Reihenschaltung gilt: Bei einer Parallelschaltung gilt:

Rges = R1 + R2 + R3 + ... + Rn [Ω] G =

1 =

1 +

1 +

1 +…+

1 [

1 ]

Uges = U1 + U2 + U3 + ... + Un [V] Rges R1 R2 R3 Rn Ω

→ ℐ = U1

= U2

= U3

= … [A]

ℐges = ℐ1 + ℐ2 + ℐ3 + ... + ℐn [A] R1 R2 R3

ℐ ist also konstant! U ist also konstant!

Kindgerecht erklärt ist Strom eine Rutschbahn auf einem Spielplatz: Je mehr Stufen und je höher diese sind = Spannung, desto steiler die Rutschfläche – je nach Länge der Gleitbahn = Stromleitung. Des Weiteren ist es ein Unterschied, ob man mit einer Cordhose oder einer Lederhose ‘runterrutscht, und ob die Rutschoberfläche glatt oder rau ist Reibung = Widerstand. Und die Wucht, mit der man un-ten ankommt, das ist die Stromstärke. Die Wucht ist also ein Produkt aus Masse und Geschwindigkeit der (mit ‘nem Kindergrinsen) rutschenden Person... Alles klar? ☺ ...Falls nicht, rutschen Sie mir den Buckel ‘runter.

E = e ⋅ U [J] ≙ [C⋅V] ≙ [A⋅s⋅V] e = 1,602..⋅10-19 [C] Kapitel 4 ρ → Materialkonstante [Ω⋅m] der spezifische Widerstand des Materials

= U ⋅ ℐ ⋅ t = Epot [J] ≙ [V⋅A⋅s] A → Fläche Leiterquerschnitt [m²]

= ½ ⋅ C ⋅ U² = Q ⋅ U [C⋅V] → Q = C ⋅ U [C] G → Leitwert [S] ≙ [A/V] S = Siemens S. 40

e → Elementarladung [C] ≙ [A⋅s] S. 44

P = E

[W] = U ⋅ ℐ [V⋅A] = R ⋅ ℐ² [Ω⋅A²] C → Elektrische Kapazität [F] ≙ [C/V]

t P → Leistung [W] „Power“

Elektrischer Leiterstrom bedeutet – bei geeigneter Spannung – Transport von elektrischer Energie. Die umgangssprachlichen Begriffe Strom verbrauchen und Energieverbrauch sind genau genommen nicht richtig. Denn aufgrund der Ladungserhaltung und da in technischen Geräten keine nennenswerten Auf-ladungen vorkommen, fließt genau der Strom, der in ein Gerät hineinfließt, auch wieder hinaus.


11. Oberflächenspannung und Viskosität

11.1 Die Grenzflächenspannung Υ ... ist die infolge von Molekularkräften auftretende Erscheinung bei Flüssigkeiten, ihre Oberfläche klein zu halten. Es ist eine ziehende Kraft, die an der Oberfläche einer Flüssigkeit lokalisiert ist und ihre Wir-kungsrichtung parallel zur Flüssigkeitsoberfläche hat. Demnach steht solch eine Oberfläche stets unter Spannung und kann insofern mit einer von allen Seiten gespannten Folie verglichen werden. Wenn-gleich jene Art der Spannung eine weitaus geringere Kraft ist als diejenige, die nötig ist, um eine Folie zu spannen. Dieser Effekt ist z.B. die Ursache dafür, dass Wasser Tropfen bildet, und trägt dazu bei, dass einige Insekten über das Wasser laufen können, oder eine Rasierklinge auf Wasser schwimmt. Die Oberflächenspannung verleiht einer Flüssigkeit spezielle Eigenschaften. So können nichtbenetzte Objekte auf einer Wasseroberfläche schwimmen, solange ihr Gewicht nicht ausreicht, um die Ober-flächenspannung zu überwinden („durchbrechen“). Anschaulich wird dies, wenn man bspw. eine Büro-klammer (aus fettigem Eisendraht) auf eine Wasseroberfläche legt und sie dadurch eindellt. Die Ober-flächenspannung als Kraft parallel zur Flüssigkeitsoberfläche spannt diese und trägt deshalb die Büro-klammer. Dieser Effekt wird auch von Lebewesen wie zum Beispiel dem Wasserläufer ausgenutzt. Oberflächenspannung ist auch die Ursache dafür, dass Flüssigkeiten kugelförmige Gestalt annehmen, sofern keine anderen Kräfte auf sie wirken. Extremes Beispiel dafür sind Flüssigkeitstropfen im Welt-raum, die nahezu keinen äußeren Kräften ausgesetzt sind. Nach flüssigem Quecksilber als Spitzenrei-ter hat Wasser eine besonders hohe Oberflächenspannung. Diese sinkt mit steigender Wassertempe-ratur deutlich und kann durch Hinzufügen schon geringer Mengen oberflächenaktiver Stoffe – sog. De-tergentien de- → ab-, herab-; turgere l → (an)schwellen d.h. Seifen – extrem reduziert werden. Ein anschauliches Beispiel sind besonders kleine Wassertröpfchen. Zur Erklärung denke man sich ei-ne Flüssigkeit, deren Gestalt nicht kugelförmig ist. Die Oberflächenspannung greift parallel zur Flüssig-keitsoberfläche an und gleicht lokal abweichende Krümmungen aus. Wirken andere Kräfte auf einen Flüssigkeitstropfen, so weicht dessen Gestalt von der kugelförmigen ab. Ein Beispiel dafür sind solche auf einer Festkörperoberfläche, wo anziehende Kräfte zwischen Festkörper und Flüssigkeit zusätzlich wirken (Adhäsion). Die Gestalt des Tropfens weicht umso mehr von der kugelförmigen ab und benetzt die Festkörperoberfläche, umso höher die Adhäsion zwischen Festkörper und Flüssigkeit ist. Ein anderes Beispiel für die Wirkung der Oberflächenspannung ist die sechseckige Form von Waben-zellen der Honigbienen. Die Zellen aus Bienenwachs werden zuerst rund gebaut. Durch die im Bienen-stock herrschenden Temperaturen gibt das Material aber nach – physikalisch gesehen fließt es – und bildet dabei plane Grenzflächen (Minimalflächen) zwischen den einzelnen Zellen. In der Physik existieren 2 konsistente Definitionen der Oberflächenspannung Υ. Einerseits die me-chanische, nach der die Oberflächenspannung eine Kraft pro Länge ist; und die thermodynamische Definition, wonach sie eine Energie pro Fläche ist. Als Oberflächenspannung bezeichnet man gele-gentlich auch die Grenzflächenspannung. Gemessen wird sie in [kg/s²], gleichbedeutend mit [N/m].

Υ = E

[ J

] ≙ [ N

] E = F ⋅ s [N] E → Arbeitsaufwand [J] ≙ [kg⋅m²/s²]

A m² m A = 2 ⋅ ⋅ s [m²] A → Oberflächenänderung [m²]

= F

[ N

]

1 [N] = 1 [

kg ⋅ m ]

F → Kraft [N]

2 ⋅ m s² s → Oberflächenzuwachs [m]

Υ = F

[ N

]

= d + cos φ [m] → Bügellänge [m]

2π ⋅ r m d = 2 ⋅ r [m] r ; d → Radius ; Durchmesser [m]

φ → Randwinkel [ ]


11.2 Die Viskosität η ... ist das Maß für die Zähflüssigkeit eines Fluids. Ihr Kehrwert ist die Fluidität ɸ , das Maß für seine Fließfähigkeit. Je größer die Viskosität, desto dickflüssiger d.h. weniger fließfähig ist das Fluid. Je grö-ßer die Fluidität, desto dünnflüssiger ist es, kann also bei gleichen Bedingungen schneller fließen. Der Begriff Viskosität geht übrigens auf den zähflüssigen Saft der Beeren in Misteln Viscum l zurück; aus de-nen einst der sogenannte Vogelleim gewonnen wurde. Das Fluid fluidus l → fließend ist die gemeinsame Bezeichnung für Flüssigkeiten und Gase. Viele physika-lische Gesetze gelten für Gase und Flüssigkeiten gleichermaßen, da sich diese Stoffe in nicht wenigen Eigenschaften nur quantitativ d.h. in ihren Größenordnungen unterscheiden, nicht aber qualitativ. Normalerweise wird mit dem Begriff Viskosität die in Scherung verbunden, allerdings ist es auch mög-lich, Viskosität in Dehnung zu messen; doch das nur nebenbei. Teilchen zäher Flüssigkeiten sind stär-ker aneinander gebunden und somit weniger beweglich. Man spricht daher auch von innerer Reibung; also derjenigen zwischen den einzelnen Fluidmolekülen. Viskosität resultiert somit nicht nur aus der Kohäsion, d.h. den Anziehungskräften zwischen den Teilchen des Fluids. Die Viskosität von Feststoffen ist generell sehr hoch und damit schwer bestimmbar, weshalb statt die-sem häufig Begriffe wie Duktilität, Sprödigkeit und Plastizität verwendet werden. In der Rheologie stellt die Viskosität eine zentrale Größe dar. Sie hat Bedeutung in praktisch allen Bereichen, wo Fluide ein-gesetzt werden oder vorkommen; z.B. bei Farben, Lacken, Schmier-, Kunst- und Klebstoffen, Lebens-mitteln (Teig, Pudding). Aber auch in der Medizin (Blut, Lymphe) ...weshalb es ja auch hier ein Thema ist. ☺ Vereinfacht kann man sich den Effekt innere Reibung vorstellen bei der Bewegung zweier übereinan-der liegender, individuell stark verzahnter Molekülschichten. Beim Fließen gleiten deren randständige Moleküle aneinander vorbei. Um diese Verzahnung zu überwinden, benötigt man also eine bestimmte Kraft. Den Zusammenhang zwischen jener Kraft und den Eigenschaften des vorliegenden Fluids defi-niert die Viskosität. Erkennbar wird dies an der homologen Reihe kettenförmiger Kohlenwasserstoffe (Alkane): Hier steigt die Viskosität mit der Kettenlänge und damit den zunehmenden Van-der-Waals-Kräften, die intermole-kular wirken, kontinuierlich an. Bei mittleren Alkanen (ab Decan) hat sie bereits einen ähnlichen Wert wie Wasser. Veranschaulichen kann man sich die Viskosität auch, wenn Wind über das Wasser eines Sees gleitet, was eine Bewegung der Wasserschicht an der Oberfläche erzeugt: Je tiefer man nun ab-taucht, desto ruhiger wird das Wasser – bis man eine Tiefe erreicht, wo keine Strömung mehr herrscht. Daraus folgt: die einzelnen Flüssigkeitsschichten bewegen sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Konkret: Man stelle sich 2 parallel angeordnete Platten im Abstand d der Fläche A vor. Zwischen den Platten befindet sich eine Flüssigkeit, die an beiden haftet. In unserer Vorstellung soll der Raum mit der Flüssigkeit in viele dünne Schichten unterteilt sein. Wird nun die obere Platte mit der Geschwindigkeit v1 bewegt, so bewegt sich die Schicht in unmittelbarer Nachbarschaft aufgrund der Haftung ebenfalls mit der Geschwindigkeit v1. Da die untere Platte ruht, ruht auch ihre Nachbarschicht. Die innenliegen-den Flüssigkeitsschichten gleiten demnach mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten aneinander vor-bei; sie nehmen also von der ruhenden Platte zur bewegten hin zu. Von der obersten, an der Platte haftenden Schicht geht eine Tangentialkraft auf die darunterliegende aus. Diese bewegt sich folglich mit der Geschwindigkeit v1, wirkt aber zugleich auf die darunterliegen-de Schicht und bewegt jene mit der Geschwindigkeit v2. Im Experiment zeigt sich, dass im Idealfall die Kraft F, die nötig ist, um die obere Platte zu bewegen, proportional ist zur Fläche A, dem Geschwin-digkeitsunterschied v, und antiproportional zum Abstand der bewegten Flüssigkeitsschichten von der Bodenplatte y.

F ~ A und F ~ v und F ~ 1 F → Kraft [N] ≙ [kg⋅m/s²]

y A → Fläche [m²]

F = η ⋅ A ⋅ v Die dynamische Viskosität η ist zu-

gleich die Proportionalitätskonstante!

v → Geschw.keitsunterschied [m/s]

y y → Abstand [m] siehe oben im Text

η → dynamische Viskosität [Pa⋅s]

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 11 – OBERFLÄCHENSPANNUNG UND VISKOSITÄT 75

Die Änderung der Geschwindigkeit senkrecht zur Bewegungsrichtung, also sein Gradient Ϋ wird Ver- formungsgeschwindigkeit oder Schergeschwindigkeit genannt.

Ϋ = v

Mit der Schubspannung 𝒯 = F

ergibt sich 𝒯 = η ⋅ Ϋ [Pa] Ϋ → Geschwindigkeitsgradient [1/s]

y A 𝒯 → Schubspannung (≙ Druck) [Pa]

Man unterscheidet zwischen der dynamischen und der kinematischen Viskosität. Die dynamische Vis-kosität η und die kinematische Viskosität 𝛎 stehen über die Dichte 𝜌 in direktem Zusammenhang. Und die Fluidität ɸ wiederum ist schlicht der Kehrwert der dynamischen Viskosität.

η → dynam. Viskosität [N⋅s/m² ≙ Pa⋅s]

η = 𝜌 ⋅ 𝛎 = 1

[Pa⋅s] → ɸ = 1 𝜌 → Dichte [g/cm³] ≙ [1.000 kg/m³]

ɸ η 𝛎 → kinematische Viskosität [m²/s]

→ Die dynamische Viskosität unterscheidet sich von der

kinematischen also lediglich durch den Faktor 𝜌 !

ɸ

→

Fluidität [m²/N⋅s] ≙ [1/Pa⋅s]

Im SI-Einheitensystem gilt: Ein Stoff, der sich zwischen 2 Platten befindet, hat die Viskosität 1 Ns/m², wenn bei einer Größe der Platten von 1 m² und einem Plattenabstand von 1 m eine Kraft von 1 N be-nötigt wird, um die Platten mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s gegeneinander zu verschieben.

Bei der dynamischen Viskosität wird für Medien mit niedriger Zähigkeit neben der Pascalsekunde oft auch die Millipascalsekunde [mPa·s] verwendet. Im CGS-System wird die dynamische Viskosität in Poise [P] gemessen, wobei 1 Ns / m2 = 1 Pa·s = 10 Poise ist, und die kinematische Viskosität wird in Sto-kes [St], 1 St = 10−4 m2

/ s angegeben. Und das Engler-Grad ist eine veraltete Einheit für die Zähigkeit: Es gibt die Viskosität im Vergleich zu Wasser an.

η = x

⋅ 𝒯 [Pa⋅s] ≙ [ N⋅s

] x → Schichtdicke des Fluids [m]

v m² v → Fließgeschwindigkeit [m/s]

= x ⋅ F

→ 𝒯 = F

[Pa] ≙ [ N

≙ kg ]

m → Masse [kg]

v ⋅ A A m² m ⋅ s² a → Beschleunigung [m/s²]

= x ⋅ m ⋅ a ⋅ t

da F = m ⋅ a und A = π ⋅ r² und v = s

ist.

r → Radius (der Fläche) [m]

s ⋅ π ⋅ r² t s → Strecke [m]

Die dynamische Viskosität der meisten Flüssigkeiten nimmt mit steigender Temperatur ab und kann oft mit der Arrhenius-Andrade-Beziehung beschrieben werden. Die Abhängigkeit der kinematischen Viskosität von der Temperatur wird bei Ölen durch den Viskositätsindex beschrieben.

EA

[Pa] e → Euler’sche Zahl = 2,7182818...

t → Zeit [s]

η = nK ⋅ e kB ⋅ T

nK → Stoff- / Materialkonstante [ ]

EA

... ist sog. Arrhenius-Anrade-Beziehung EA → Aktivierungsenergie [J]

→ η ~ e kB ⋅ T

kB → Boltzmann-Konstante [J/K]

T → (absolute) Temperatur [K]

Beispiele für die extremen Viskositätsunterschiede von Flüssigkeiten – in [mPa ⋅ s] bei 25°

Wasser bei 25° 0,89 n-Pentan 0,22 Decan 0,92 Petroleum 0,65

Wasser bei 20° 1,00 n-Hexan 0,32 Dodekan 1,52 Quecksilber 1,55

Wasser bei 10° 1,30 n-Heptan 0,41 Lack ≈ 102 Alu-Schmelze 700° ≈ 2

Wasser bei 5° 1,52 Octan 0,54 Olivenöl ≈ 102 Motoröl 150° ≈ 3

Blut bei 37° 3 - 25 Nonan 0,71 Honig ≈ 104 Motoröl ≈ 102

Die Werte für Blut gelten für Vollblut und schwanken sehr mit dem Aufenthalt in den jeweiligen Gefä-ßen. In Kapillaren sind die sonst oblaten scheibchenförmigen roten Blutkörperchen prolat länglich verformt, wo-durch die Viskosität deutlich sinkt. Feinste Kapillaren sind nur so dick wie einzelne Blutkörperchen, so-dass plug flow Pfropfen- / Kolbenströmung auftritt; eine Viskosität kann dann nicht mehr sinnvoll definiert werden.


12. Kalorimetrie

Die Kalorimetrie Calor l → Wärme; Metron g → Maß bezeichnet die Messung von Wärmemengen, welche an phy-sikalische, chemische oder biologische Vorgänge gekoppelt sind. Diese können sowohl endotherm als auch exotherm sein; für die Messung werden Kalorimeter verwendet. Unterschieden wird zwischen di-rekter und indirekter Kalorimetrie. Bei der direkten Kalorimetrie werden die Wärmemengen mittels eines Kalorimeters bestimmt. Diese Methode ist auch zur Messung des Energieumsatzes eines Organismus geeignet. Bei der indirekten Kalorimetrie wird die frei werdende Wärmemenge indirekt über den gemessenen Sauerstoffverbrauch berechnet. Aus der Menge an Sauerstoff, die z.B. eine Reaktion oder ein Organismus verbraucht, und dem Äquivalent (z.B. dem oxykalorischen Äquivalent bei metabolischen Reaktionen) lässt sich die frei-gesetzte Wärme zurückrechnen. Das bietet sich v.a. bei großen Lebewesen wie dem Menschen an.

Die Kalorie [cal]

... ist eine veraltete Maßeinheit der Energie mit mehreren, leicht unterschiedlichen Definitionen. Bereits 1948 schaffte die 9. Generalkonferenz für Maße und Gewichte in Paris die Kalorie als Einheit der Wär-memenge Q zugunsten der Einheit Joule ab. 1 Kalorie entspricht ca. 4,187 Joule und 1 Joule ca. 0,239 Kalorien; aufgrund unterschiedlicher Defi-nitionen existieren jedoch leicht unterschiedliche Werte. In Deutschland ist die Verwendung von Joule als internationale SI-Einheit der Energie seit 1969 für amtliche Angaben und den Geschäftsverkehr ge-setzlich vorgeschrieben. Im EU-Warenverkehr ist neben einer Angabe in Joule als Einheit der Energie eine zusätzliche Angabe in der Einheit Kalorie zulässig; bei Lebensmitteln darf diese zusätzliche Aus-sage gemäß Lebensmittel-Informationsverordnung nur mit der Einheit Kilokalorie [kcal] hinter der Ein-heit Kilojoule [kJ] erfolgen, wie das folgende Beispiel zeigt: Brennwert 210 kJ / 100 g (50 kcal / 100 g). Kalorie kann sich auf 1 cal oder verkürzend – streng genommen falsch! – auf 1 kcal beziehen. In der Umgangssprache und in den Lebenswissenschaften werden beide Begriffe verwendet. Zur Unterschei-dung spricht man manchmal auch von Grammkalorie und Kilogrammkalorie, die sich jeweils auf die Erwärmung von 1 Gramm bzw. 1 Kilogramm Wasser um 1 Grad Celsius beziehen. In der Physik ist die Kalorie nach der Einführung des CGS-Systems klar als Grammkalorie festgelegt. Obwohl die Wärmemenge Q durch die CGS-Einheit der Energie Erg und auch das Joule aus dem parallelen praxisnahen elektromagnetischen System, basierend auf Ohm und Volt ausgedrückt wer-den konnte, bestand vielfach der Wunsch, eine spezielle Einheit der Wärmemenge zu behalten, die auf der spezifischen Wärmekapazität von Wasser beruht. Wasser hat schon bei der Entscheidung für das CGS und gegen ein System mit Meter statt Zentimeter als Basiseinheit der Länge eine herausra-gende Rolle gespielt, weil damit seine Dichte in den Basiseinheiten annähernd 1 beträgt.

Der physiologische Brennwert [J]

... von Lebensmitteln gibt die spezifische Energie bzw. Energiedichte an, die bei deren Verstoffwech-selung (Zellatmung) im Körper eines Organismus verfügbar gemacht werden kann. Der energetische Aufwand, den der Körper dafür andererseits betreiben muss, bleibt dabei unberücksichtigt; es handelt sich also um Bruttowerte. Der physiologische Brennwert ist somit geringer als der physikalische bei vollständiger Verbrennung.

In der Praxis besteht die Problematik, wie bei Produkten des täglichen Verbrauchs deren Brennwerte bestimmt werden können. Zur Bestimmung des thermodynamischen Brennwerts wird ein Bombenka-lorimeter benutzt, in welchem das Nahrungsmittel zu Asche verbrannt wird. Für den physiologischen Brennwert wird der geschätzte Brennwert der verdauten Überreste vom Ergebnis abgezogen. Der da-bei per Kalorimeter ermittelte Wert ist folglich diejenige Energie, welche beim Umsetzen des jeweili-gen Stoffes mit Sauerstoff frei wird.


12.1 Die Wärmemenge Q und die Wärmekapazität C

Generell gilt: Ēkin → mittlere kinetische Energie [J ≙ N⋅m]

Ēkin = 3

⋅ kB ⋅ T [J] ← pro Atom, wohlgemerkt! kB → Boltzmann-Konstante [J/K] Kapitel 7

2 T → (absolute) Temperatur [°K]

Eges = Ekin + Epot [J] ← ist stets konstant! Energieerhaltungssatz! Epot → potentielle Energie [J ≙ W⋅s ≙ V⋅A⋅s]

Die Erkenntnis, dass es sich bei Wärme um Energie handelt, ebnete den Weg zum Energieerhaltungs-satz, den Hermann VON HELMHOLTZ 1847 erstmals allgemein formulierte. In der weiteren Entwicklung des Wärmebegriffs rückte der Energiebegriff immer mehr ins Zentrum. In der Physik ist Wärme diejenige Energie bzw. ist die Wärmemenge Q diejenige Menge an Energie, welche zwischen 2 thermodynamischen Systemen lediglich aufgrund eines Temperaturunterschiedes übertragen wird. Beide Systeme ändern dabei ihren Zustand. Wärme fließt stets vom Ort höherer zum Ort tieferer Temperatur. Dieser Transport kann durch Wärmeleitung, durch Wärmestrahlung oder mit-hilfe eines strömenden Mediums erfolgen → Konvektion. Fast immer steigt dabei die tiefere und ver-ringert sich dabei die höhere der beiden Temperaturen. Aber es gibt auch Ausnahmen: z.B. wenn sich Eis mit einer Temperatur von 0 °C durch Wärmezufuhr in Wasser von 0 °C umwandelt. Alle anderen Energieformen, die von einem System auf ein anderes übergehen, werden zusammen-fassend als Arbeit bezeichnet. Die Summe von Wärme und Arbeit bestimmt die Änderung der inneren Energie jedes Systems → 1. Hauptsatz der Thermodynamik! Während Arbeit stets mit einer Änderung von äußeren Parametern verbunden ist (wie z.B. der Vergrößerung oder Verkleinerung der räumlichen Ausdehnung), verändert Wärme die Entropie* des betreffenden Systems. *: ...kommt auf der übernächsten Seite! Die Wärmekapazität C eines Körpers ist das Verhältnis der ihm zugeführten Wärme zu der damit be-wirkten Temperaturerhöhung. Bei homogenen Körpern lässt sie sich als Produkt der Masse des Kör-pers und der spezifischen Wärmekapazität berechnen; oder auch als Produkt seiner Stoffmenge und seiner molaren Wärmekapazität. Sowohl die spezifische als auch die molare Wärmekapazität sind materialabhängige Konstanten und in einschlägigen Nachschlagewerken tabelliert. Die Wärmekapazität C ist also diejenige Menge an Wärmeenergie, die ein Körper bei Erwärmung auf-nimmt. Und da eine jede Substanz (bzw. Material, Körper) immer nur eine individuell bestimmte Menge an Wärme aufnehmen kann, wird dies die spezifische Wärmekapazität c genannt. Die cW von Wasser z.B. beträgt 4,19 J/g⋅K. Und das wiederum ist genau diejenige Wärmemenge, die nötig ist, um 1 g H2O um 1 °K zu erwärmen. Exakt: ... um 1 g H2O von 14,5 °C auf 15,5 °C zu erhöhen.

Bei Gasen und Festkörpern gilt:

QG = 3

⋅ kB ⋅ T ⋅ n [ J

] → Ekin = Eges denn Epot = 0 Eges → Gesamtenergie [J] ≙ [W⋅s] ≙ [V⋅A⋅s]

2 mol QG → Wärmemenge eines Gases [J]

QF = 3 ⋅ kB ⋅ T ⋅ n [ J

] → Eges = 2 ⋅ Ekin denn Ekin = Epot n → Anzahl der Atome [1/mol]

mol QF → Wärmemenge eines Festkörpers [J]

C → Wärmekapazität [J/K]

C = Q

[ J

]

C = c ⋅ m → c = C

[ J

] Q → „umgesetzte“ Wärmeenergie [J]

T K m g⋅K T → Temperaturdifferenz [K]

c → spezifische Wärmekapazität [J/g⋅K]

Q = C ⋅ T [J] m → Masse [kg]

= c ⋅ m ⋅ T

Alle anderen Parameter siehe oben auf dieser Seite

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12.4 Ein Thermoelement

... ist ein Paar metallischer Leiter aus unterschiedlichem Material, die an einem Ende verbunden sind und sich aufgrund des thermoelektrischen Effektes zur Temperaturmessung eignen. Im Prinzip liefert das Thermoelement elektrische Energie aus Wärme bei einer Temperaturdifferenz entlang des elek-trischen Leiters. Die dabei auftretende Spannung an den Enden der metallischen Leiter ist vergleichs-weise klein und bewegt sich im Bereich einiger 10 µV pro K Temperaturdifferenz. Selbst bei hohen Temperaturdifferenzen über 1.000 °C und speziellen Materialien mit hoher Empfind-lichkeit liegen die erreichbaren elektrischen Spannungen unter oder in der Größenordnung um 0,1 V. Mehrere in Reihe geschaltene Elemente bilden eine Thermokette, welche eine um deren Anzahl hö-here elektrische Spannung liefert.

UTh = T ⋅ ϑ [V] UTh → thermoelektrische Spannung [V]

T → Änderung der Temperatur [K]

E = Q [J] ← das gilt aber nur ideal gedacht, d.h. bei einem Wirkungsgrad von 1 ϑ → Thermokraft des Th.elements [V/K]

= U ⋅ ℐ ⋅ t = Epot [J] ≙ [V⋅A⋅s] ← vergleiche Seite 50 E → umgesetzte Energie [J] Arbeit / Work

= P ⋅ t [J] → P = U ⋅ ℐ [W] ≙ [J/s] Q → ein- / umgesetzte Wärmemenge [J]

ℐ → Stromstärke [A]

C = Q

[ J

] → Q = C ⋅ T [J] und C = c ⋅ m [J/K] t → vergangene / Änderung der Zeit [s]

T K P → Leistung [W] ≙ [J/K]

= U ⋅ ℐ ⋅ t

[ J

] C → Wärmekapazität [J/K]

T K c → spezifische Wärmekapazität [J/g⋅K]

Genauer: Q

= C + Γ [ J

] m → Masse [kg]

T K Γ → Wasserwert des Gefäßes [ ] Topf

12.4.1 Der Wasserwert Γ

... beschreibt unterschiedliche Messgrößen in verschiedenen naturwissenschaftlich-technischen Fach-richtungen. In der Physik bezeichnet er die Wärmekapazität eines Gefäßes. Sie kann bestimmt wer-den, indem das Gefäß mit Wasser einer anderen Temperatur gefüllt wird und nach Einstellen des ther-mischen Gleichgewichts die Temperatur des Wassers gemessen wird, die sich dann der des Gefäßes angeglichen hat. Von dieser Messmethode stammt die Bezeichnung. Genauer definiert handelt es sich bei dem Wasserwert eines Gefäßes um die Menge an Wasser, welche die gleiche Wärmekapazität besitzt wie das Gefäß.

In der Chemie bezeichnet der Wasserwert den chemischen bzw. elektrochemischen Zustand dieses Mediums. Wichtige Wasserwerte sind der pH-Wert, der Wasserhärtegrad, der elektrische Leitwert und bei Meerwasser der Salzgehalt bzw. die sich daraus ergebende Dichte des Wassers. Natürlich vorkommendes Wasser enthält eine Vielzahl gelöster Stoffe, welche die Wasserchemie beeinflussen können. Dies ist besonders für Trink- und Aquariumwasser von Bedeutung.

In der Membrantechnik ist der Wasserwert (Flux) ein Maß für die Permeabilität einer Membran und wird in /(m²·h·bar) angegeben. Der Wasserwert ist eine der einfachsten, aber auch der zuverlässigs-ten Möglichkeiten, die Eigenschaften eines Filterelementes zu charakterisieren. h = Stunde

12.4.2 Mischungstemperaturen TM

... stellen sich beim Zusammenbringen zweier oder mehrerer Körper unterschiedlicher Temperatur ein. Unter der Bedingung, dass keine Aggregatzustandsänderung auftritt und das System aus den Körpern abgeschlossen ist (insbesondere nur Wärmeaustausch zwischen den Körpern möglich), gilt:


(Γ + C1) ⋅ T1 + C2 ⋅ T2 = (Γ + C1 + C2) ⋅ TM Γ → Wasserwert des Gefäßes [ ]

(Γ + c1 ⋅ m1) ⋅ T1 + c2 ⋅ m2 ⋅ T2 = (Γ + c1 ⋅ m1 + c2 ⋅ m2) ⋅ TM C → Wärmekapazität [J/K]

T1 → Temperatur des wärmeren Körpers

TM = (Γ + c1 ⋅ m1) ⋅ T1 + c2 ⋅ m2 ⋅ T2

[K] → 1 bedeutet stets „...des 1. Körpers“ T2 → Temperatur des kälteren Körpers [K]

Γ + c1 ⋅ m1 + c2 ⋅ m2 → 2 bedeutet stets „...des 2. Körpers“ c → spezifische Wärmekapazität [J/g⋅K]

m → Masse [kg]

cF = 1

⋅ Q

– Γ [ J

] Beispiel: cW = 4,19 [J/g⋅K] bei 20 °C

cF → spezif. Wärme der Flüssigkeit [J/g⋅K]

m T g⋅K Q → ein- / umgesetzte Wärmemenge [J]

Nach dem Erkennen der Energieerhaltung konnte die Mischungsregel aus der Erhaltung der Wärme-energie hergeleitet werden. Tritt beim Mischen zweier Stoffe allerdings eine Aggregatszustandsände-rung bei einem dieser Stoffe auf, so wird stets Wärme frei. siehe unten

TM + qU = (Γ + c1 ⋅ m1) ⋅ T1 + c2 ⋅ m2 ⋅ T2

[K] cW → spezifische Wärmekapazität v. Wasser

Γ + c1 ⋅ m1 + c2 ⋅ m2 qU → spezif. Umwandlungswärme [J/kg]

12.4.3 Aggregatszustandsänderungen aggregare l → beigesellen Seite 90 sowie Kapitel 20

... auch Phasentransformation genannt, bezeichnet in der Thermodynamik die Umwandlung des Zu-stands eines Stoffes in eine andere Phase. Eine grafische Darstellung der Stabilitätsbereiche der Pha-sen in Abhängigkeit von Zustandsvariablen wie Druck, Temperatur, chemische Zusammensetzung so-wie magnetische Feldstärke liefern Phasendiagramme. In solchen Schaubildern sind die Stabilitätsbe-reiche durch Grenzlinien gekennzeichnet, an denen Phasenübergänge ablaufen. Diese Übergänge können zwischen festen, flüssigen und gasförmigen Zuständen auftreten; S. 94. Für Phasenübergänge zwischen Aggregatszuständen gibt es spezielle Bezeichnungen:

Übergang von fest zu flüssig → schmelzen ↔ erstarren ← Übergang von flüssig zu fest

Übergang von flüssig zu gasförmig → verdampfen ↔ kondensieren ← Übergang von gasförmig zu flüssig

Übergang von fest direkt zu gasförmig → sublimieren ↔ resublimieren ← Übergang von gasförmig direkt zu fest

In einigen Stoffsystemen verschwinden oberhalb eines kritischen Punkts, der durch eine kritische Tem-peratur und einen kritischen Druck gekennzeichnet ist, die Phasengrenzflächen zwischen flüssiger und gasförmiger Phase. Damit sind Flüssigkeit und Gas unter diesen Bedingungen nur noch eine Phase, die überkritisch genannt wird. Somit kann es dort auch kein Verdampfen und Kondensieren mehr ge-ben. Ebenso kann in einigen Stoffsystemen ein Tripelpunkt existieren, an dem sowohl eine feste als auch eine flüssige als auch eine gasförmige Phase im Gleichgewicht miteinander stehen und dement-sprechend alle 6 genannten Formen des Phasenübergangs gleichzeitig ablaufen. Durch weitere Energiezufuhr kann aus dem gasförmigen ein weiterer Zustand erzeugt werden, das oft als 4. Aggregatzustand bezeichnet wird: Plasma. In bestimmten Fällen kann ein Plasma vollständig in Ionen und Elektronen „zerteilt“ sein. In Abhängigkeit von den Teilchendichten, den Temperaturen und der relativen Stärke elektrisch, magnetisch oder auch gravitativ wirkender Felder und Kombinationen davon kann sich Materie in diesem Zustand wie ein Gas, aber auch völlig anders verhalten. Über 98 % der gesamten sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand. so z.B. 99,999 % der Sonne

Es gilt: Qvorher = Qnachher ← Energieerhaltungssatz!

Q = m ⋅ qU bzw. Q = n ⋅ qm Q → Wärmeenergie [J]

q = c ⋅ T [ J

] zusammengefasst aus: Q = m ⋅ qU n → Stoffmenge [mol]

K und Q = C ⋅ T und C = c ⋅ m qm → molare Umwandlungswärme [J/mol]

Wasser z.B. besitzt bei Normaldruck eine Schmelzwärme qS von 334 J/g ≙ 6,0 kJ/mol und eine Verdampfungswärme qV von 2.260 J/g ≙ 40,7 kJ/mol.

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12.6 Die kinetische Gastheorie Seite 81

... erklärt die Eigenschaften von Gasen und insbesondere die Gasgesetze durch die Vorstellung, dass Gase aus einer sehr großen Anzahl kleiner Teilchen (Atome oder Moleküle) bestehen, die in ständiger ungeordneter, aber statistisch fassbarer Bewegung sind. Solange sie sich nicht berühren, üben sie kei-ne Kräfte aufeinander aus. Zusammenstöße der Teilchen untereinander und mit Wänden gehorchen dem elastischen Gesetz, bewegen sich aber zwischen ihren Zusammenstößen gleichförmig und unab-hängig voneinander; und ohne Bevorzugung einer bestimmten Richtung. Schon im 17. Jahrhundert wurde vermutet, dass Wärme eine Form von Bewegung ist. Doch erst im 20. Jahrhundert, als sich die Atomtherorie durchgesetzt hatte, konnte aus jenen Annahmen die kinetische Gastheorie entwickelt werden mit Formeln für Druck, spezifische Wärme, Wärmeleitung, Diffusion, In-nere Reibung und Schallgeschwindigkeit, die die Beobachtungen an idealen Gasen sehr gut wieder-geben; was zu einer ersten Bestimmung von Größe, Anzahl und Masse von Atomen / Molekülen führte.

pG = ∑ p⃗

[ N

] Dem ungenommen gilt natürlich immer: pG = F

[ N

] pG → Gasdruck [Pa] ≙ [N/m²] ≙ [kg/m⋅s²]

t ⋅ A m² A m² ∑�⃗⃗� → Summe übertragener Impulse [N⋅s]

t → „pro Zeiteinheit“ [s]

Für spezielle Gasteilchen gilt: A → (Wand-)Fläche [m²]

psG = ⅓ ⋅ n ⋅ m ⋅ v² [Pa] → Ekin = ½ ⋅ m ⋅ v² [J] n → Teilchendichte [1/m³] Teilchen pro Kubikmeter

= ⅔ ⋅ n ⋅ (½ ⋅ m ⋅ v²) m → Masse [kg] hier natürlich des Gases!

= ⅔ ⋅ n ⋅ Ekin [Pa] → p ∼ n und p ∼ Ekin v → mittlere Geschwindigkeit [m/s]

Ekin → kinetische Energie [m/s] also Bewe- gungsenergie

12.6.1 Der Gasdruck

... entsteht somit als Summe aller durch ein Gas oder Gasgemisch wirkenden Kräfte auf eine Gefäß-wand. Stößt ein Gasteilchen an diese, tauschen beide einen Impuls aus. Je wärmer das Gas ist, desto schneller sind die Teilchen und desto größer ist auch der Druck, da die Impulsübertragung von der ki-netischen Energie des Gasteilchens abhängt; aber auch von der Richtung, mit der das Teilchen auf die Wand trifft. Für viele Teilchen addieren sich diese Impulsüberträge zu einer Gesamtkraft, welche haupt-sächlich von der Anzahl der Teilchen abhängt, die pro Zeiteinheit auf die Wand treffen; aber auch von der Größe der Wandfläche. Ebenso erhält man den Gasdruck durch eine Addition aller Partialdrücke der Gasgemischkomponen-ten. Dampfdruck und Sättigungsdampfdruck stellen Sonderformen dar. Der Luftdruck ist ein Beispiel für einen Gasdruck, aber auch für die Partialdrücke der Blutgase; in erster Linie die von O2 und CO2. Auf-grund der thermischen Zustandsgleichung eines idealen Gases sowie der kinetischen Gastheorie folgt:

pGG = n ⋅ M ⋅ v²

[ N

] → M = m

[ kg

] pG

G → Gasdruck in einem Gefäß [Pa]

3 ⋅ V m² n mol M → molare Masse [kg]

V → (Gefäß-)Volumen [m³]

12.6.2 Als Dekompressionsunfall

... wird die akute Symptomatik bzw. werden die oftmals irreversiblen Auswirkungen bezeichnet, welche sämtlich durch die Einwirkung von Überdruck oder von zu schneller Druckentlastung herrühren. Solche Verletzungen treten v.a. bei Tauchunfällen auf und werden deshalb auch als Taucherkrankheit oder Caissonkrankheit bezeichnet. Letztere stammt von den Senkkästen, die ab 1870 vermehrt zur Grün-dung von Brückenpfeilerfundamenten in Gewässern eingesetzt wurden. Denn im Gegensatz zu den bis dato üblichen Taucherglocken ermöglichten sie eine erheblich längere Arbeitszeit; was aber in der Fol-ge zu einem sprunghaften Anstieg von Dekompressionskrankheitsfällen führte. Caisson frz → Kasten, große Kiste


13. Schwingungen und Wellen

Schwingungen

... nennt man wiederholte zeitliche Schwankungen von Zustandsgrößen eines Systems. Sie können in allen rückgekoppelten Systemen auftreten. Unter Schwankung ist dabei die Abweichung von einem Mittelwert zu verstehen. Schwingungen werden auch als Oszillationen bezeichnet. oscillare l → schaukeln Man unterscheidet → periodische und nichtperiodische Schwingungen; → ungedämpfte und gedämpfte Schwingungen; → freie, selbst-, fremd- (sog. erzwungene) und parametererregte Schwingungen; → lineare und nichtlineare Schwingungen; → Schwingungen mit einem oder mehreren Freiheitsgraden; sowie

→ kontinuierliche Schwingungen und Oszillationen zwischen diskreten Zuständen. Wobei all diese Eigenschaften natürlicherweise auch kombiniert auftreten können.

Vibrationen vibrare l → schwingen

... sind periodische, meist mittel- bis höherfrequente und niederamplitudig mechanische Schwingungen von Stoffen und Körpern, die entweder selbst elastisch sind oder aus elastisch verbundenen Einzeltei-len resp. Bausteinen bestehen. Im Gegensatz zum Begriff Schwingung suggeriert Vibration die un-mittelbare Hörbarkeit und / oder Fühlbarkeit dieses Vorgangs. Viele biolog. Organismen besitzen Rezeptoren, die nicht auf einfache Berührung reagieren, wohl aber auf periodische mechanische Reize → Mechanorezeptoren. In der Physiologie versteht man unter Vibrationen leichte Erschütterungen, die über spezielle Hautrezeptoren (Vater-Pacini-, Ruffini-, Meiss-ner-Körperchen, Merkel-Tastscheiben) registriert werden. Diese Vibrationswahrnehmung ist Teil der haptischen haptos g → fühlbar Empfindung und wird der epikritischen Sensibilität „Feinwahrnehmung“ zugeordnet.

Wellen

... sind räumlich sich ausbreitende Veränderungen bzw. Störungen oder Schwingungen einer orts- und zeitabhängigen physikalischen Größe. Unterschieden werden mechanische Wellen, die stets an ein Medium gebunden sind, und Wellen, die sich auch im Vakuum ausbreiten können; bspw. elektromag-netische Wellen oder Gravitationswellen. In Medien wird die Ausbreitung einer örtlichen Störung durch die Kopplung benachbarter Oszillatoren (schwingfähige physikal. Größen) vermittelt. Wellen transportieren Energie, jedoch keine Materie; d.h. die benachbarten Oszillatoren leiten die Störung durch den Raum, ohne sich selbst im zeitlichen Mittel fortzubewegen. Direkt wahrnehmbare Wellen sind z.B. Schallwellen, Wasserwellen und Licht. Seite 105 ff

Diverse Energiezustände im Sinne einer kurzen Wiederholung m → Masse [kg]

Epot = m ⋅ g ⋅ h [J] = sin² ← in einer Sinuskurve „Ruhe- / Lageenergie“ g → Erdbeschleunigung [m/s²]

h → Höhe [m]

Ekin = ½ ⋅ m ⋅ v² [J] = cos² ← in einer Sinuskurve „Bewegungsenergie“ v → Geschwindigkeit [m/s]

J → Trägheitsmoment [kg⋅m²]

Erot = ½ ⋅ J ⋅ ω² [J] ω ist die Winkelgeschwindigkeit je Umlauf...! Seite 52 ω → (Resonanz)Kreisfrequenz [1/s]

DF → Federkennwert [N/m] ≙ [kg⋅m/m⋅s²]

Edef = ½ ⋅ DF ⋅ s² [J] ...deformativ; ist natürlich mal wieder materialspezifisch s → Stecke Deformationsweg [m]

C → elektr. Kapazität [F] ≙ [A²⋅s4 / kg⋅m²]

Eelek

. = ½ ⋅ C ⋅ U² [J] U → Spannung [V]

L → Induktivität [H] ≙ [kg⋅m²/A²⋅s²]

Emag

. = ½ ⋅ L ⋅ ℐ² [J] ℐ → Stromstärke [A]


13.1.1 Ungedämpfte Schwingungen → idealisiert formuliert, da in der Natur so fast nie vorkommend

... auch freie Schwingungen genannt – sind solche, deren Verlauf durch eine Sinusfunktion beschrie-ben werden kann. Diese Art der Schwingung ist dann harmonisch, wenn die Rückstellkraft bzw. -größe proportional zur Auslenkung bspw. eines Federpendels ist. Hierbei spricht man auch von einem linea-ren System, da die rückstellende Kraft sich gradlinig mit der Auslenkung ändert: Verdoppelt sich diese, verdoppelt sich auch die Rückstellgröße.

y T

y → Auslenkung [m]

A ≙ y0 y0 → A wie Amplitude [m]

t

T → Schwingungs- / Periodendauer [s]

t → Zeit [s]

Die Auslenkung y(t) zu einem Zeitpunkt t gibt den momentanen, die Amplitude A den maximal mögli-chen Wert der Auslenkung y an. Die Periodendauer T ist die Zeitspanne, die verstreicht, während ein schwingungsfähiges System genau eine Schwingungsperiode durchläuft – d.h., nach welcher es sich wieder im selben Schwingungszustand befindet. Solch eine Schwingung lässt sich beschreiben durch:

y(t) = y0 ⋅ sin (ω ⋅ t + φ) [m] → ω = 2 ⋅ π ⋅ f [1/s] Seite 52 ! y(t) → Auslenkung [m] zu einem best. Zeitpunkt

= y0 ⋅ sin (2 ⋅ π ⋅ f ⋅ t + φ0) [m] → f = 1

[Hz] φ0 → Nullphasenwinkel [ ] der Schwingung

T f → Frequenz [Hz] ≙ [1/s]

13.1.2 Gedämpfte Schwingungen → hier allerdings nur allgemein und vereinfacht dargestellt

Makroskopische physikalische Systeme sind immer gedämpft, da sie Energie an die Umgebung abge-ben, z.B. durch Reibung, weshalb die Amplitude ihrer Schwingung im Laufe der Zeit abnimmt. Über-lässt man ein solches System sich selbst – was freie Schwingung genannt wird – führt dieses letztlich immer zum „Stillstand“, wie aus dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik hervorgeht. → Perpetua mobilia sind also nicht möglich. Die Frequenz der freien Schwingung ist die Eigenfrequenz des Schwingers.

y(t) = y0 ⋅ sin(ω ⋅ t + φ) ⋅ e-Dk⋅t [m] DK → Dämpfungskonstante [1/s] der Schw.

*: sukzessiv sich vermindernd ωD → Kreisfrequenz * [1/s ≙ Hz]

ωD = √ω₀² − D2 **: ... der ungedämpften Schwingung ω0 → Resonanzkreisfrequenz ** [Hz]

Eine Dämpfung senkt die Kreisfrequenz! für D < ω0 → gedämpfte Schwingung für D = ω0 → keine Schwingung mehr

13.1.3 Die Eigenfrequenz bzw. Resonanz

... schwingfähiger Körper oder Systeme ist diejenige Frequenz, mit der sie nach einmaliger Anregung als Eigenform schwingen kann. Dies, aufgrund der nomalerweise stets vorhandenen Dämpfung, natür-lich grundsätzlich immer nur für eine gewisse Dauer. Jede Eigenfrequenz ist stets stoff- bzw. material-spezifisch. Resonanz ist somit diejenige charakteristische Periodendauer, die sich einstellt, wenn man ein schwingendes System sich selbst überlässt. Werden aber solch einem System von außen Schwingungen aufgezwungen, deren Frequenz mit der Eigenfrequenz übereinstimmt, so reagiert das System bei schwacher Dämpfung mit besonders großen Amplituden → was man als Resonanz bezeichnet. resonare l → widerhallen


Eine Welle besitzt zeitliche und räumliche Periodizität. Sie wird charakterisiert durch ihre Frequenz f, Wellenlänge λ, Amplitude A sowie durch ihre Ausbreitungsgeschwindigkeit v – die im Falle gleicher Phasen einer monochromatischen Welle als Phasengeschwindigkeit bezeichnet wird. Deshalb nochmals ein paar Grundbegriffe; auch im Sinne der Wiederholung vorangegangener Kapitel: • Die Wellenlänge λ ist der kleinste Abstand zweier Punkte gleicher Phase. Dabei besitzen 2 Punkte

dann die gleiche Phase, wenn sie im zeitlichen Ablauf die gleiche Elongation (Auslenkung) und dieselbe Bewegungsrichtung besitzen. Ihre SI-Einheit ist [m], wobei Wellenlängen oft auch in der CGS-Einheit [cm] bemaßt werden. siehe unten

• Die Periodendauer T ist das zeitliche Analogon zur räumlichen Wellenlänge λ – was man sich ja

allein schon anhand der Bezeichnungen -dauer [s] bzw. -länge [m] vergegenwärtigen kann.

• Die Amplitude A0 Amplitudo l → Weite ist die maximal mögliche Auslenkung der Welle. Im Gegensatz zu

Schwingungen ist sie bei Wellen eine vektorielle Größe, da neben ihrer Auslenkungstärke auch de-ren Richtung entscheidend ist. Ist die Ausbreitungsrichtung parallel zur Amplitude, so handelt es sich um eine Longitudinalwelle; ist sie senkrecht, um eine Transversalwelle. In beiden Fällen ist die Inten-sität der Welle proportional zum Quadrat der Amplitude.

• Die Frequenz f gibt die Anzahl sich wiederholender Vorgänge je Sekunde eines Signals an. Sie ist

also ein Maß dafür, wie rasch bei einem periodischen Vorgang die Wiederholungen z.B. einer Welle aufeinander folgen. Ihr Kehrwert ist die Periodendauer. Seite 40 und 52

• Die Kreisfrequenz ω ist ein Maß dafür, wie schnell eine Schwingung abläuft. Im Gegensatz zur Fre-

quenz f gibt sie aber nicht die Anzahl der Schwingungsperioden bezogen auf eine bestimmte Zeit-spanne an, sondern den überstrichenen Phasenwinkel φ der Schwingung pro Zeitspanne. Seite 52

• Die Phase φ Phasis g → Erscheinung, Aufgang eines Gestirns einer Welle gibt an, in welchem Abschnitt innerhalb

einer Periode die Welle zu einem Referenzzeitpunkt und -ort sich befindet. Sie legt fest, wie groß die Auslenkung ist. Im Beispiel einer ebenen Welle ist die Phase φ zum Zeitpunkt t am Ort r. Sie hängt also von 2 Parametern ab: Dem Wellenvektor k und der Kreisfrequenz ω. → φ = k ⋅ r − ω ⋅ t

• Die Phasengeschwindigkeit vp ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit gleicher Phasen einer mono-

chromatischen Welle, d.h. einer solchen mit nur 1 konkreten Frequenz. Im Falle von dispersiven Me-dien breiten sich monochromatische Wellen unterschiedlicher Frequenz mit unterschiedlichen Pha-sengeschwindigkeiten aus. Betrachtet man Wellenpakete (Wellen, die eine Summe von Komponen-ten d.h. monochromatischen Wellen sind) in dispersiven Medien, so verändern sich die Phasendiffe-renzen einzelner Komponenten zeitlich und die Form des Wellenpaktes ändert sich (es „zerfließt“).

vp = λ

[ m

] vp = λ ⋅ f bzw. = ω

[ m

] Diese Ausbreitungs-geschwindigkeit gilt für alle Wellenarten!

ω → Kreisfrequenz [1/s]

T s kk s kk → Kreiswellenzahl [1/m]

• Der Wellenvektor �⃗⃗� ist in der Physik ein Vektor Vector l → Träger, Fahrer, der senkrecht auf der Wellenfront

einer Welle steht und die Ausbreitungsrichtung der Welle angibt. Sein Betrag ist k = 2 ⋅ π : λ und die Maßeinheit seiner Komponenten [1/m]. Der Betrag des Wellenvektors ist die Kreiswellenzahl kk s.u.

• Die Wellenzahl k bezeichnet den Kehrwert der Wellenlänge λ pro (konkreter) Längeneinheit. Eine

Welle, die auf einer Länge = 1 Meter 2 mal schwingt, besitzt somit eine Wellenlänge von 0,5 m und eine Wellenzahl von „2 pro Meter“. Wobei die SI-Einheit zwar [1/m] ist, v.a. aber in der Spektroskopie die CGS-Einheit [1/cm] benutzt wird. So liegen Rotationsspektren z.B. im Bereich von 1 bis 100 pro Zentimeter, während Schwingungsspektren im Bereich von 100 bis 10.000 pro cm zu finden sind.

k = 1

= f

= n

[ 1

] Und im Prinzip dasselbe mit Hilfe des o.g. Wellenvektors:

kk = |�⃗⃗� | =

2 ⋅ π c0 → Vakuumlichtgeschwindigkeit [m/s]

λ c0 m λ n → Anzahl (hier: der Wellenlänge) [ ]


Für die Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Wellen gilt somit

→ allgemein: v = 1 [

m ] im Vakuum

ist ε = μ = 1

v → Ausbreitungsgeschwindigkeit [m/s]

√ε ⋅ εₒ ⋅ μ ⋅ μₒ s ε → relative Permittivität [As/Vm]

→ im Vakuum: c0 = 1 [

m ]

≈ 3 ⋅ 108 [m/s] ≙ 300.000.000 [m/s]

≙ 300.000 [km/s]

ε0 → elektrische Feldkonstante [As/Vm]

√εₒ ⋅ μₒ s μ → relative Permeabilität [Vs/Am]

→ in Materie: vM = c0 [

m ]

μ0 → magnetische Feldkonstante [Vs/Am]

√ε ⋅ μ s c0 → Lichtgeschwindigkeit [m/s] im Vakuum

= c0 [

m ] da für die meisten

Medien μ = 1 ist.

λ → Wellenlänge [m] einer elektromagnetischen Welle

√ε s f → Frequenz [1/s] ≙ [Hz]

Im Übrigen gilt natürlich: v = λ ⋅ f [m/s] → innerhalb eines Mediums bleibt stets v konstant. → Wechselt das Medium, so bleibt stets f konstant.

13.4.7 Messbarkeit

Empfänger für elektromagnetische Strahlung nennt man Sensoren oder Detektoren, bei Lebewesen Photorezeptoren. Radiowellen können durch Antennen Antenna l → die (Segel)Stange detektiert werden. Wie bereits in den Unterkapiteln 13.4.2 bis 4 erklärt, lassen sich an einer elektromagnetischen Welle deren Geschwindigkeit v messen. Einerseits die im Vakuum universal konstante Lichtgeschwindig-keit c0 ; andererseits den, in einem durchlässigen Medium davon abweichenden Wert vM. Messbar ist ferner die Intensität I, gleichbedeutend mit der Leistung P bzw. mit der pro Zeiteinheit t durch einen bestimmten Querschnitt A transportierten Energie E. Um die Wellenlänge zu messen, gibt es unterschiedlich geeignete Methoden; je nachdem, ob es sich um kürzere oder längere Wellen-längen handelt. Umgerechnet auf Photonen genügen im sichtbaren Bereich bereits 50 bis 80 Stück, um einen Sinnes-eindruck hervorzurufen. Dabei erreichen gerade mal ca. 20 Prozent der Photonen ( 10 bis 15 Stück) die Netzhaut. Der Rest wird im optischen System des Auges absorbiert bzw. reflektiert. Schon ein ein-zelnes Photon kann im Rezeptor einen Reiz auslösen. Zum Vergleich: in der Flamme eines Teelichts entstehen in jeder Sekunde etwa 10

20 Photonen.

13.4.8 Das elektromagnetische Spektrum spectare l → anschauen, betrachten

... auch elektromagnetisches Wellenspektrum genannt, ist die Gesamtheit all dieser Art von Wellen ver-schiedener Wellenlängen. Das Lichtspektrum, auch als Farbspektrum bezeichnet, ist dabei der für den Menschen sichtbare Anteil des elektromagnetischen Spektrums. Das EM-Spektrum wird in verschiedene Bereiche unterteilt. Diese Einteilung ist mit Bedacht willkürlich gewählt und orientiert sich im niederenergetischen Bereich aus historischen Gründen an der Wellen-länge. Dabei werden jeweils Wellenlängenbereiche (teils über mehrere Größenordnungen) mit ähnli-chen Eigenschaften in Kategorien wie etwa Licht, Radiowellen usw. zusammengefasst. Eine Untertei-lung kann auch nach der Frequenz oder der Energie des einzelnen Photons erfolgen. Bei sehr kurzen Wellenlängen, entsprechend hoher Quantenenergie, ist eine Einteilung nach der Energie üblich. Geordnet nach abnehmender Frequenz und folglich zunehmender Wellenlänge befinden sich in der Grafik auf der folgenden Seite am Anfang des Spektrums (d.h. links) die kurzwelligen und damit ener-giereichen Gammastrahlen, deren Wellenlänge bis in atomare Größenordnungen reicht. Am Ende ste-hen die Längstwellen, deren Wellenlängen viele Kilometer betragen. Die Umrechnung der Wellenlänge λ in (s)eine Frequenz f erfolgt mit der Formel f = v / λ, also Licht-geschwindigkeit (vM im jeweiligen Medium bzw. c0 im Vakuum), geteilt durch die Wellenlänge.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 13 – SCHWINGUNGEN UND WELLEN 125

Das für den Menschen sichtbare elektromagnetische Spektrum – also „Licht“

ultra violett blau grün gelb orange rot infra ← 380 - 430 nm 430 - 490 nm 490 - 570 nm 570 - 600 nm 600 - 640 nm 640 - 780 nm →

In mancher Hinsicht verhalten sich elektromagnetische Wellen nicht wie Wellen, sondern wie ein Strom von Teilchen, die Photonen S. 100. Diese Betrachtungsweise ist nötig, um manche physikalische Phä-nomene wie den photoelektrischen Effekt zu erklären. Jedes Photon trägt eine der Frequenz proportio-nale Energie E = ℏ ⋅ f S. 121. Diese ist in der Tabelle unten in Joule [ J ] und in Elektronenvolt [eV] ange-geben. Im Wellen-Frequenz-Band oben ist stets das Produkt λ ⋅ f = c0 = 3 ⋅ 108 [m/s] ersichtlich.

Übersicht des elektromagnetischen Spektrums

Achtung: die Angaben bzw. Grenzen der einzelnen EM-Bereiche bezüglich Wellenlänge, Frequenz und Photonen.energie unterscheiden sich von Literaturquelle zu Literaturquelle teilweise erheblich!

Bezeichnung des jeweiligen EM-Bereichs

Wellenlänge (abnehmend)

Frequenz (ansteigend)

Photonen- Energie

Erzeugung/Anregung Technischer Einsatz

Nie

de

rfre

qu

en

z

ExtremelyLowFrequency 100 Mm - 10 Mm 3 Hz - 30 Hz > 2,0 × 10−33

J > 12 feV

Bodendipol, Antennenanlagen

Bahnstrom

SuperLowFrequency SLF 10 Mm - 1 Mm 30 Hz - 300 Hz > 2,0 × 10−32

J > 120 feV

Netzfrequenz, (ehemals) U-Boot-Kommunikation

UltraLowFrequency ULF 1 Mm - 100 km 300 Hz - 3 kHz > 2,0 × 10−31

J > 1,2 peV

VeryLowFrequency VLF, Myriameter-, Längstwellen

100 km - 10 km 3 kHz - 30 kHz > 2,0 × 10−30

J > 12 peV

U-Boot-Kommunikation, Funknavigation, Pulsuhren

Rad

iow

ell

en

Langwelle (LW) 10 km - 1 km 30 kHz - 300 kHz > 2,0 × 10−29

J > 120 peV

Oszillatorschaltung + Antenne

Langwellenrundfunk, DCF77

Mittelwelle (MW) 1 km - 100 m 300 kHz - 3 MHz > 2 × 10−28

J > 1,2 neV

Mittelwellenrundfunk, Hochfrequenz-Chirurgie

Kurzwelle (KW) 100 m - 10 m 3 MHz - 30 MHz > 1,1 × 10−27

J > 6,9 neV

Kurzwellenrundfunk, Diathermie, RC-Modellbau

Ultrakurzwelle (UKW) 10 m - 1 m 30 MHz - 300 MHz > 2,0 × 10−26

J > 120 neV

Anregung von Kernspinresonanz

Hörfunk, Fernsehen, Radar, Magnetresonanztomografie

Mik

row

ell

en

Dezimeterwellen 1 m - 10 cm 300 MHz - 3 GHz > 2,0 × 10−25

J > 1,2 µeV

Radar, MRT, Mobilfunk, TV, Mikro- wellenherd, WLAN, Bluetooth, GPS

Zentimeterwellen 10 cm - 1 cm 3 GHz - 30 GHz > 2,0 × 10−24

J > 12 µeV

Magnetron, kosmische Hintergrundstrahlung

Radar, Radioastronomie, Richtfunk, Satellitenrundfunk, WLAN

Millimeterwellen 1 cm - 1 mm 30 GHz - 300 GHz > 2,0 × 10−23

J > 120 µeV

Anregung von Kernspin- & Elektronenspinresonanz

Radar, Radioastronomie, Richtfunk ← Molekülrotationen

Terahertzstrahlung 3 mm - 30 µm 0,1 THz - 10 THz > 6,6 × 10−23

J > 0,4 meV

Synchrotron, Freie- Elektronen-Laser

Radioastronomie, Spektroskopie, Ab- bildungsverfahren, Sicherheitstechnik

Infr

aro

t

Fernes Infrarot 1 mm - 50 µm 300 GHz - 6 THz > 2,0 × 10−22

J > 1,2 meV

Wärmestrahler, Synchro- tron, Molekülschwingungen

Infrarotspektroskopie, Raman- Spektroskopie, Infrarotastronomie

Mittleres Infrarot 50 µm - 3 µm 6 THz - 100 THz > 4,0 × 10−21

J > 25 meV

Kohlendioxidlaser, Quantenkaskadenlaser

Thermografie

Nahes Infrarot 3 µm - 780 nm 100 THz - 384 THz > 8,0 × 10−20

J > 500 meV

Laserdiode Fernbedienung, Daten- kommunikation, CD

Lic

ht

Rot 780 nm - 640 nm 384 THz - 468 THz 1,60 - 1,95 eV Wärmestrahler (Glühlampe), Gasentladung (Neonröhre), Farbstoff- u. andere Laser, Synchrotron

DVD, Laserpointer Rot, Grün: Lasernivellier, Fotometrie, Beleuchtung, Colorimetrie Rot, Gelb, Grün: Lichtzeichenanlage Violett: Blu-Ray Disc

Orange 640 nm - 600 nm 468 THz - 500 THz 1,95 - 2,06 eV

Gelb 600 nm - 570 nm 500 THz - 526 THz 2,06 - 2,17 eV

Grün 570 nm - 490 nm 526 THz - 612 THz 2,17 - 2,53 eV

Blau 490 nm - 430 nm 612 THz - 697 THz 2,53 - 2,88 eV Anregung von Valenzelektronen Violett 430 nm - 380 nm 697 THz - 789 THz > 2,9 eV

Ult

rav

iole

tt

schwach: UV-A, UV-B, UV-C 380 nm - 200 nm 789 THz - 1,5 PHz > 5,2 × 10−19

J > 3,3 eV

Gasentladung, Synchro- tron, Excimer-Laser

Schwarzlichtfluoreszenz, Phosphores- zenz, Banknotenprüfung, Fotolithogra- fie, Desinfektion, Spektroskopie stark: Vakuum-UV-Strahlung 200 nm - 100 nm 1,5 PHz - 3 PHz

> 9,9 × 10−19 J

> 6,2 eV

XUV = extreme UV-Strahlung 100 nm - 1 nm 3 PHz - 300 PHz > 5,0 × 10−18

J 20-1000 eV

XUV-Röhre, Synchrotron, Nanoplasma

EUV-Lithografie, Röntgen- mikroskopie, Nanoskopie

Röntgenstrahlen 1 nm - 10 pm 300 PHz - 30 EHz > 2,0 × 10−16

J > 1 keV

Röntgenröhre, Synchrotron, Anregung innerer Elektronen

medizinische Diagnostik, Sicherheits- technik, Röntgenstrukturanalyse, etc.

Gammastrahlen 10 pm - ... 30 EHz - … > 2,0 × 10−14

J > 120 keV

Radioaktivität, Annihilation, Anregung v. Kernzuständen

medizinische Strahlentherapie, Mößbauerspektroskopie

126 KAPITEL 13 – SCHWINGUNGEN UND WELLEN © Terminologix Vorklinix

https://de.wikipedia.org/wiki/Niederfrequenz

https://de.wikipedia.org/wiki/DCF77

https://de.wikipedia.org/wiki/Farbstofflaser

https://de.wikipedia.org/wiki/Laser

https://de.wikipedia.org/wiki/Synchrotron

14. Ionisierende Strahlung

Wie bereits in Kapitel 13.4.5 kurz erwähnt, versteht man unter nichtionisierender Strahlung diejeni-gen elektromagnetischen Wellen, deren Energie nicht ausreicht, um Elektronen aus anderen Atomen herauszuschlagen – wodurch freie Radikale erzeugt würden, die wiederum biologisch schädliche Re-aktionen hervorrufen – da die Energiemenge solcher Photonen unterhalb atomarer resp. molekularer Bindungsenergien liegt. Dazu zählen technisch genutzte Frequenzen im Bereich von Radiowellen über Radar- bis hin zu Mikrowellen; also alle elektromagnetische Felder im Frequenzbereich unterhalb von 750 THz, bzw. einer Wellenlänge oberhalb von 400 nm, wie aus den beiden Tabellen in Kapitel 13.4.8 zu entnehmen ist. Energiemengen von EM-Wellen unterhalb 3 eV gelten als nicht ionisierend, da sie kleiner sind, als die typischen Bindungsenergien zwischen Atomen resp. Molekülen, welche im Bereich von 3 bis 7 eV lie-gen. Moleküle, die schon durch derart energiearme Strahlung zerstört würden, könnten also schon bei Zimmertemperatur nicht existieren, da sie bereits durch derart schwache Wärmeanregung zerbrächen. Eine Ausnahme bilden lichtempfindliche Substanzen, wie dies bspw. bei Medikamenten oft der Fall ist. Die Wirkungen nichtionisierender Strahlung auf biologische und stark wasserhaltige Substanzen sind somit weitestgehend thermischer Natur; d.h. sie regen Moleküle durch Wärmezufuhr zu Schwingungen an. Diese stellen für Bindungen zwischen ihren Atomen zwar auch eine gewisse Belastung dar, haben aber keine gravierenden Auswirkungen, sofern sie nicht allzu lange andauern oder ausgerechnet der Eigenfrequenz eines Moleküls entspricht. Resonanz, Kapitel 13.1.3 Allerdings ist ihr Effekt in gewisser Weise auch vergleichbar mit der Erwärmung in einem Mikrowellen-herd: Bei elektrisch gut leitfähigen Strukturen (z.B. einer Leiterplatte) können bei hohen Strahlungswer-ten zwischen einzelnen Leiterbahnen hohe Spannungen entstehen und dadurch elektronische Geräte in ihrer Funktion gestört werden oder ausfallen. Dieser Umstand ist insbesondere bei lebenswichtigen elektronischen Geräten wie z.B. Herzschrittmachern zu beachten. Der Grenzbereich nichtionisierender Strahlung liegt „am blauen Ende“ des sichtbaren Lichtspektrums, d.h. im violetten Bereich – mit Wellenlängen von 400 bis 780 nm, welche als ultraviolette Strahlung be-zeichnet und im Regelfall bereits zur ionisierenden Strahlung gezählt wird. ultra l → über, (dar)über...hinaus

Ionisierende Strahlung

... ist demzufolge die Umschreibung für jede elektromagnetische Strahlung; aber auch für jede Form von Teilchenstrahlung, die in der Lage ist, Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu entfernen. Das geschieht meist durch Stoßprozesse, sodass positiv geladene Ionen oder Molekülreste zurückbleiben, was Ionisation genannt wird. Ionisation ist also der Mechanismus, welcher die Freisetzung von Elek-tronen aus Atomhüllen bewirkt. Manche ionisierende Strahlung geht von radioaktiven Stoffen aus; für sie wird oft (und physikalisch nicht wirklich korrekt) die verkürzte Bezeichnung radioaktive Strahlung gebraucht. Diese sendet bei deren Zerfall sowohl elektromagnetische als auch Teilchenstrahlung aus. Bei Teilchen ist die Ionisationsenergie kinetischer Natur, bei Wellen spricht man von Energiequanten. Um die dafür erforderliche Energie aufzubringen, muss die Teilchen- oder Quantenenergie im Mittel mehr als 5 eV betragen. Die Unterscheidung zwischen Teilchen und Wellen ist historisch und hat als anschauliche Aussage nach wie vor Bedeutung – wobei nach heutiger Kenntnis jede Art von Strahlung sowohl Teilchen- als auch Welleneigenschaften besitzt. Welle-Teilchen-Dualismus, wie in Kapitel 13.4 beschrieben! Photonenstrahlung (Röntgen- und Gamma-) sowie Elektronenstrahlung wird als dünn ionisierend bezeichnet. Bei genügend übertragener Energie auf das freigesetzte Elektron spricht man von einem Delta-Elektron, das selbst wiederum ionisieren kann. Hochenergetische Elektronen erzeugen in Mate-rie darüber hinaus Bremsstrahlung, die ebenfalls ionisierend wirkt. Kapitel 13.4.1 Strahlung aus massiven Teilchen (Protonen und Ionen) dagegen ist dicht ionisierend, da sie auf ih-rem Weg fast kontinuierlich Energie an das durchdrungene Medium abgeben und es dabei ionisieren.


Elektromagnetische Strahlung

... entspricht im elektromagnetischen Spektrum ionisierender Strahlung allen Wellenlängen kürzer als 400 nm. Daher enthalten lediglich → Ultraviolettstrahlung → Röntgenstrahlung und → Gammastrahlung genügend Quantenenergie, um

Elektronen aus ihren Atomhüllen zu lösen und dadurch sogar kovalente Bindungen aufzutrennen. Nochmals zur Erinnerung:

Diese Art der Strahlung besteht nicht aus Partikeln, sondern aus masselosen Quanten, die im Falle von elektromagnetischen Wellen Photonen genannt werden. Bei Gravitationswellen werden sie als Gravitonen bezeichnet, und bei den beiden Kern-kräften heißen diese Quanten Bosonen respektive Gluonen. Seite 37

Teilchenstrahlung

... ist die Sammelbezeichnung für diejenige Strahlungsart, die aus elektrisch geladenen und elektrisch neutralen Partikeln besteht. Deren Quelle ist entweder kosmischer oder radioaktiver Natur. All solche Teilchen zählt man ab einer kinetischen Energie von etwa 5 eV zur ionisierenden Strahlung. Elektrisch geladene Teilchen können sein → Elektronen sog. β–-Strahler, → Positronen sog. β+-Strahler, also „positive Elektronen“, → freie Protonen, → positiv geladene Heliumkerne sog. α-Strahler; sowie → höherprotonige Kerne im Falle kosmischer Strahlung.

Elektrisch ungeladene Teilchen sind freie Neutronen. Diese wechselwirken selbst nicht merklich mit Elektronen, ionisieren aber indirekt durch Kernreaktionen oder Streuprozesse an Atomkernen. Der ef-fektivste Impulsübertrag schneller Neutronen erfolgt als elastischer Stoß auf Wasserstoffatomkerne, da sie fast dieselbe Masse besitzen. Deshalb ist Wasser einerseits ein guter Moderator, andererseits sind schnelle Neutronen für lebendes Gewebe besonders gefährlich, da jenes in strukturgebundener Form ja stets Wasser enthält; im Cytosol sogar in molekularer Form. moderare l → mäßigen Je dichter eine Teilchenart ionisiert, desto ausgeprägter ist der charakteristische Anstieg des linearen Energietransfers resp. Bremsvermögens, d.h. der Energieabgabe pro Wegstrecke gegen Ende ihrer Bahn. Geladene Teilchen ionisieren direkt, ungeladene indirekt. Beide Partikelsorten ionisieren auf ih-rem Weg laufend, Photonen quantenhaft – und zwar in Art des Photoeffekts oder des Compton-Effekts oder in der Art einer Paarbildung, wie diese drei Formen bereits in Kapitel 13.4.2 erklärt worden ist. Ionisierende Strahlung bricht chemische Verbindungen auf und es entstehen Radikale – also Atome oder Moleküle mit mindestens einem ungepaarten Valenzelektron, die zumeist hoch reaktiv sind; und worin ihre biologisch schädliche Wirkung liegt. Von besonderer Relevanz für die Strahlenbiologie ist die Radiolyse von Wasser. Die dabei erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies sind verantwortlich für den sog. Sauerstoffeffekt. Diese reagieren mit Mo-lekülen wie Enzymen oder der DNA, wodurch sie inaktiviert oder beschädigt werden und gegebenen-falls repariert werden müssen. Dicht ionisierende Strahlung erzeugt im Gegensatz zu dünn ionisieren-der Strahlung sehr viel schwerer zu reparierende komplexe DNA-Schäden mit etlichen Einzelschäden in unmittelbarer Nähe, was zu einer höheren relativen biologischen Wirksamkeit führt, die im Strahlen-schutz durch höhere Strahlungswichtungsfaktoren berücksichtigt werden muss. Seite 147 f

Strahlungsquellen

... können natürlich oder künstlich sein. Natürlichen Ursprungs sind terrestrische oder kosmische Quellen ionisierender Strahlung, künstliche dagegen sind grundsätzlich zivilisatorischer Art. Letztlich basiert ionisierende Strahlung immer auf entweder Kernteilung oder auf Kernfusion.

Natürliche Kernfusion beruht auf Gravitation. Besäße z.B. der Planet Jupiter das ca. 15-fache seiner Masse, würden Wasserstoffatomkerne in seinem Zentrum derart zusammengepresst, sodass sie mit-einander verschmelzen. Künstliche Kernfusion geschieht bei Zündung von H-Bomben oder in Kern-fusionsreaktoren, was aber stets nur zu wenigen Sekunden anhaltenden Kernverschmelzungen führt. Natürliche Kernteilung tritt entweder bei radioaktivem Zerfall oder bei kosmischer Strahlung auf.


14.1 Ultraviolett-Strahlung ultra l → jenseits, über...hinaus ; Viola l = franz. Violette → Veilchen

... kurz UV-Strahlung, ist die für den Menschen unsichtbare elektromagnetische Strahlung mit Wellen-längen, die kürzer sind, als der sichtbare Lichtbereich. Somit ist violett der für Menschen gerade noch wahrnehmbare Farbreiz. UV-Licht kann indirekt wahrgenommen werden durch fluoreszierende Stoffe, welche durch ultraviolette Strahlung im sichtbaren Bereich zum Leuchten angeregt wurden. Aus dieser Tatsache entstand für UV-Licht der ugs. Begriff Schwarzlicht, da Fluoreszenzflächen im Dunklen hell leuchten – d.h. scheinbar ohne Einfluss von Licht, also vermeintlich „schwarz“. Im elektromagnetischen Wellenspektrum schließt sich dem Ultraviolettstrahlenbereich der Röntgenstrahlenbereich an. Seite 126 Gemäß DIN umfasst das UV-Spektrum die Wellenlängen von 380 nm, d.h. der Grenze zum sichtbaren Licht, bis 100 nm, also der Grenze zur Röntgenstrahlung. Die Frequenz der Strahlung reicht somit von 789 THz (380 nm) bis 3 PHz (100 nm). Diese Spanne wird in schwache (UV-A, UV-B, UV-C), starke und überstarke UV-Bereiche untergeteilt. DIN-unabhängig existieren mehrere sich überlappende und nicht klar definierte Unterteilungsmuster. Speziell für den biologischen und dermatologischen Bereich zählen bspw. die extrem ultraviolette und die Vakuum-UV-Strahlung hierzu. Laut WHO reicht der UV-Bereich von 1 bis 400 nm. Unterhalb 200 nm ist Ultraviolettstrahlung so kurzwellig und energiereich, dass sie durch molekularen Sauerstoff absorbiert wird. Dabei wird 1 O2 in 2 freie Sauerstoffradikale 2 O• gespalten, die jeweils mit 1 weiteren Molekül O2 zu 2 O3 weiterreagieren, das Ozon genannt wird. UV-Strahlung mit Wellenlän-gen kleiner 200 nm kann sich folglich nur unter Schutzgas und die kurzwelligen Anteile unter 100 nm nur noch im Vakuum ausbreiten; darauf geht der Ausdruck „Vakuum-Ultraviolett“ zurück. Ozon ozein g → riechen ist das aus 3 Sauerstoffatomen bestehende Molekül O3. Ozonmoleküle in der Luft zerfallen unter Normalbedingungen innerhalb ei-niger Tage, im Dunkeln jedoch sehr schnell zu biatomarem O2. Einerseits ist Ozon ein starkes Oxidationsmittel, das bei Menschen und Tieren zu Reizun-gen der Atemwege und der Augen führen kann, andererseits schützt die Ozonschicht in der Stratosphäre die Lebewesen auf der Erde vor Schädigungen durch energiereiche und somit mutagene ultraviolette Strahlung der Sonne. O3 schützt auch vor Röntgen- und Gammastrahlung, wobei dazu auch andere Gasmoleküle der Erdatmosphäre beitragen. Insofern stellt unsere Atmosphäre also ein Schutzgasgemisch dar.

Als Schutzgas wird ein Gas oder Gasgemisch bezeichnet, das die Aufgabe hat, die Luft der Erdatmosphäre zu verdrängen. Primär den Sauerstoff dort.

Elmsfeuer ist eine seltene, durch elektrische Ladungen verursachte Lichterscheinung; benannt nach dem heiligen ERASMUS V. ANTIOCHIA (240-303, ital. Elmo), den Seeleute früherer Zeiten anriefen, wenn sie durch einen Sturm in Not gerieten. Es handelt sich dabei um eine kontinuierliche Koronaentladung in der Atmosphäre, die bei gewittrigen Wetterlagen mit elektrischen Feldstärken > 100 kV / m auftritt. Unter solchen Bedingungen kann Elmsfeuer an hohen spitzen Gegenständen wie z.B. Kirchtürmen, Schiffsmasten, Bergspitzen und Stacheldrahtzäunen beobachtet werden. Es tritt auch an Frontscheiben von Flugzeugen auf; ebenso im Gebirge bei einer nahenden Gewitterfront. Besonders im Bereich des Gipfelkreuzes kann es, gepaart mit einem charakteristi-schen Surren (dem sog. Pickelsausen), zu jenen Erscheinungen kommen. Elmsfeuer leuchten aufgrund der Spektrallinien der Gase Sauerstoff und Stick-stoff in der Erdatmosphäre blauviolett. → unmittelbare Blitzgefahr!

Ultraviolettstrahlung ist im kurzwelligen Anteil der Sonnenstrahlung enthalten. Wegen der Absorption in der Erdatmosphäre (v.a. in der Ozonschicht) dringt UV-A- und etwas UV-B-Strahlung mit einer Wellen-länge unterhalb 300 nm bis zur Erdoberfläche vor. Manche Gase, besonders FCKW Fluorchlorkohlenwasserstoff, wirken durch das Sonnen-UV auf die Ozonbindung und verschieben das Gleichgewicht in der Ozon-schicht. Folge ist das Ozonloch, wodurch die UV-B-Exposition der Erdoberfläche zunimmt. Auch ande-re kosmische Objekte wie Pulsare, hochangeregte Gasmassen und die meisten Fixsterne senden UV aus. Weiterhin enthält Polarlicht eine Ultraviolettstrahlung. Natürliche UV-Quellen irdischen Ursprungs sind Gewitterblitze sowie das berühmtberüchtige Elmsfeuer. Durch Elektronenanregung kann UV-Strahlung künstlich generiert werden, wenn deren Energie ober-halb 3,3 eV liegt. Gleiches ist bei der Temperatur der Glühwendeln von Glühlampen in geringem Maß gegeben, weshalb v.a. Halogen-Glühlampen auch etwas UV-Strahlung aussenden. Lichtbogenschwei-ßen ist eine intensive Ultraviolettquelle, sodass Schweißer und umstehende Personen Augen und Haut schützen müssen. Ebenso stellen Quarzlampen in Solarien, UV-Laser, und manch andere technische Geräte erhebliche UV-Strahlenquellen dar. Ultraviolettstrahlung wird vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen, weil sie schon zuvor von der Augenlinse völlig absorbiert wird; wobei der Übergang von Violett zu Ultraviolett fließend da genetisch bedingt individuell ist. Patienten, die nach Unfällen oder chirurg. Eingriffen ihre Linsen verloren hatten, beschrieben UV-Licht als milchig weißliches Blauviolett. Die absorbierende Linse schützt die Netzhaut vor Schäden, da der relativ lang lebende Mensch andernfalls schon frühzeitig erblinden würde. Unterhalb 200 nm Wellenlänge ist die Energie eines einzelnen ultravioletten Strahlungsquants ausrei-chend hoch, um Elektronen aus Atomen oder Molekülen zu lösen. Wie bei Röntgen- und γ-Strahlung wird daher kurzwellige Ultraviolettstrahlung unterhalb 200 nm als ionisierende Strahlung bezeichnet.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 14 – IONISIERENDE STRAHLUNG 129

14.5 Radioaktivität Radius l → Strahl; activus l → wirksam ... ist das Vermögen mancher Atomkerne, ionisierende Strahlung spontan auszusenden, weshalb diese Nuklide als instabil bezeichnet werden. Der Kern wandelt sich dabei unter Aussendung von Teilchen in einen anderen um, oder (bzw. zumeist „und“) ändert unter Energieabgabe seinen Zustand. Die Be-zeichnung wurde 1898 geprägt von M. und P. CURIE für das 2 Jahre zuvor von H. BECQUEREL entdeckte Phänomen. Dieser Umwandlungsprozess wird auch radioaktiver Zerfall oder Kernzerfall genannt. Atomsorten mit instabilen Kernen werden als Radionuklide bezeichnet. Der historisch geprägte Begriff Zerfall blendet jedoch aus, dass ein Stoff (das Mutternuklid) zwar zerfällt und dieser somit quasi ver-schwindet, zugleich aber andere Stoffe (das Tochternuklid plus ggf. Helium) entstehen. Korrekter wäre es also, von einer Kernumwandlung zu sprechen. Die beim Umwandlungsprozess frei werdende Energie wird abgegeben als Bewegungsenergie aus-gesandter Partikel (meist α- oder β-Teilchen) und / oder als Strahlungsenergie vom Typ γ. Energie-spektrum und Art der Strahlung sind für das jeweilige Radionuklid typisch. Ebenso wie die Höhen- und die Röntgenstrahlung ist jede dieser Strahlungsarten für den Menschen nicht direkt wahrnehmbar und oberhalb einer gewissen Dosis gefährlich. Nach einer, für jeden radioaktiven Stoff charakteristischen Zeitspanne, der Halbwertszeit, hat sich dessen umgewandelte Menge halbiert und somit auch seine Aktivität. Diese Zerfallszeit kann im Bereich von Sekundenbruchteilen bis zu Jahrtrillionen liegen.

14.5.1 Stabilität – Instabilität – Zerfallsreihe

In der Natur treten 254 stabile plus rund 100 instabile Nuklide auf. Zählt man alle synthetisch her-gestellten dazu – die größtenteils nur für wenige Sekunden überhaupt existent sind, bevor sie wieder zerfallen bzw. zerplatzen – sind rund 3.000 Radionuklide bekannt. Die meisten aller bekannten Nuklide sind also als radioaktiv nachgewiesen. Ist Radioaktivität bei einem Kern nicht beobachtet worden, so ist das Nuklid entweder in absolutem Sinn stabil d.h. nach heutigem Wissensstand der Physik gibt es keinen bindungsenergetisch besseren Zustand, in den es übergehen könnte. Oder das Nuklid könnte zwar theoretisch zerfallen, es wurde aber bislang kein direktes Zerfalls-ereignis oder ein eindeutiges Zerfallsprodukt nachgewiesen. Ein Beispiel der ersten Art ist 4 Helium, eins der zweiten 208

Blei, also das schwerste Nuklid ohne bislang 'nachgewiesenen' S. 32 Zerfall. Sein α-Zerfall 208

Pb → 204 Hg + α würde ca. 0,5 MeV Energie freisetzen.

Abschätzungen der Halbwertszeit ergeben über 10

100 Jahre und somit mindestens das 10

90-fache des Alters des Universums. Daher ist dieser „denkbare“ Zerfall denkbarster weil völlig unverhältnismäßiger Schwachsinn! Radionuklide kommen in der Natur vor, entstehen aber auch in Kernreaktoren oder durch Kernwaffen-explosionen. In Teilchenbeschleunigern werden sie gezielt hergestellt. Radioaktive Substanzen finden Anwendung u.a. in Radionuklidbatterien und -heizelementen zur Energieversorgung in der Raumfahrt und in der Marine sowie in der Nuklearmedizin und Strahlentherapie. In der Archäologie nutzt man den radioaktiven Zerfall zur Altersbestimmung, beispielsweise mit der 14

C-Radiokarbonmethode. Das Produkt eines Zerfalls kann stabil oder seinerseits erneut radioaktiv sein. In letzterem Fall wird ei-ne Abfolge von radioaktiven Zerfällen stattfinden, bis schließlich ein stabiles Nuklid als Endprodukt ent-standen ist. Diese Aufeinanderfolge radioaktiver Zerfälle heißt Zerfallsreihe oder Zerfallskette. So zerfällt z.B. das Isotop 238

Uran unter Aussendung eines α-Teilchens in 234 Thorium; dieses wandelt

sich dann durch β+-Zerfall in 234 Protactinium um, welches wieder instabil ist usw. Nach insgesamt 14

bzw. 15 Zerfällen endet diese Zerfallsreihe beim stabilen Kern 206 Blei. Denn manche Nuklide können

auf verschiedene Weise zerfallen, weshalb von einem Mutterkern mehrere Zweige der gleichen Zer-fallsreihe ausgehen können, (die sich dann auch wieder treffen können). Seite 317 Von einer 212

Bismut-Probe z.B. gehen rund 64 % der Atome durch β+-Zerfall in 212 Polonium über, die

übrigen 36 % durch α-Zerfall in 208 Thallium. Auf diese Weise kann also die ursprünglich reine Probe

eines Radionuklids mit der Zeit in ein Gemisch diverser kleinerer Kerne übergehen. Wobei sich lang-lebige Nuklide stärker ansammeln, als kurzlebige... logisch!

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 14 – IONISIERENDE STRAHLUNG 137

14.5.2 Die Kernmasse und das Protonen-Neutronen-Verhältnis

Nur 2 sehr leichte Nuklide sind mit weniger Neutronen als Protonen stabil: Das Wasserstoff-Isotop 1 H

und das Isotop 3 He. Alle anderen Nuklide benötigen zu ihrer Stabilität zumindest so viele Neutronen

wie Protonen. Das Verhältnis von Protonenanzahl zu Neutronenzahl wächst kontinuierlich mit der Ord-nungszahl von 1 : 1 bei den leichtesten bis zu 1 : 1,5 bei den schwersten stabilen Nukliden. Sämtliche Kerne mit zu vielen oder zu wenigen Neutronen sind instabil und damit radioaktiv; Nuklide mit mehr als 208 Teilchen sind grundsätzlich instabil. Die stabilsten Kerne, also die mit der höchsten Bindungsenergie pro Nukleon, sind 62

Ni, 58 Fe und 56

Fe. Unmittelbare Nachbarn wie z.B. 63

Ni oder 60 Co sind (allerdings und erstaunlicherweise!) bereits radio-

aktiv. Neben einem ausgewogenen Verhältnis von Neutronen zu Protonen ist es entscheidend, ob die Anzahl der Nukleonen jeweils gerade (→ gepaart = günstig) oder ungerade (→ ungepaart = ungüns- tig) ist. Sind Nuklide radioaktiv, so kann man abschätzen, welcher Zerfallsart sie unterliegen:

• Sind die Nukleonen zu schwer → α-Zerfall teilweise auch Clusterzerfall oder Spontanspaltung • Bei zu vielen Neutronen → βˉ-Zerfall • Bei sehr großem Neutronenüberschuss → βˉ-Zerfall + direkte Neutronenemission • Zu viele Protonen → β+-Zerfall • Bei sehr großem Protonenüberschuss → β+-Zerfall + direkte Protonenemission Merke: γ-Strahlung erfolgt i.d.R. erst nach einem vorangegangenen Zerfall anderer Art. Und allgemein ist die Halbwertszeit umso kürzer, je weiter das Nuklid von seinem stabilsten Isotop entfernt ist.

14.5.3 Zerfallsarten

Die häufigsten, bedeutendsten und am längsten bekannten Zerfallsarten sind der Alpha-, Beta- und Gamma-Zerfall. Da das Wesen dieser Vorgänge zur Zeit ihrer Entdeckung unbekannt war, wurden je-ne Strahlenarten in der Abfolge ihres zunehmenden Durchdringungsvermögens mit den ersten 3 Klein-buchstaben des griechischen Alphabets – α, β und γ – bezeichnet. Darüber hinaus existiert noch der Protonen- und der Neutronenzerfall, sowie bei all diesen Zerfallstypen noch einige Unterarten – wel-che aber der Verhältnismäßigkeit wegen mit Blick auf Medizinstudenten nur kurz erörtert werden. S. 143 Alle Zerfälle mit Aussendung von Nukleonen werden durch die starke Wechselwirkung in Verbindung mit der elektromagnetischen Wechselwirkung vermittelt. Zerfälle mit Aussendung von Elektronen, Positronen und Neutrinos sind sämtlich Prozesse der schwachen Wechselwirkung. Seite 36 f

14.5.3.1 α-Zerfall

Bei dieser Zerfallsart emittiert der Atomkern ein α-Teilchen, das aus 2 Protonen und 2 Neutronen be-steht. Dadurch verringert sich die Massenzahl des Mutternuklids um 4 und die Ordnungszahl um 2. Das neue Element steht somit im PSE* 2 Plätze links vom Ausgangselement und der ausgestoßene Parti-kel ist nichts weiter als ein 4 He-Nuklid ohne Elektronen; d.h. ein 2-fach positiv geladenes Kernteilchen. Alphastrahlung war die erste nachgewiesene Form von Radioaktivität. Henri BECQUEREL entdeckte sie 1896 anhand der Schwärzung lichtdicht verpackter Fotoplatten durch Uransalze. *: PeriodenSystem der Elemente

Zerfallsvorgang

Das α-Teilchen verlässt den Kern mit einer Austrittsgeschwindigkeit zwischen 10.000 und 20.000 km pro Sekunde, was einer kinetischen Energie von einigen MeV entspricht. Der anfängliche Elektronen-überschuss des entstehenden Tochteratoms baut sich durch den Rückstoß des Zerfalls und Ladungs-ausgleich (Wechselwirkung mit der umgebenden Materie) ab. Salopp gesagt fliegen die 2 Elektronen des Mutteratoms m.o.w. bedeutungslos hinterher... irgendwo hin. Wie bei jedem radioaktiven Zerfall wird durch den α-Zerfall eine bestimmte Energiemenge frei. Sie ent-spricht nach E = m ⋅ c² derjenigen Masse, die als sog. Massendefekt durch eben diesen Vorgang ver-loren geht. Diese Energie zeigt sich als kinetische Dynamik des α-Teilchens und des Tochterkerns. In manchen Fällen verbleibt ein Teil der Energie als angeregter Zustand des neuen Nuklids, welcher da-raufhin (im Laufe von Sekunden bis Tagen) in Form von γ-Strahlung abgebaut wird.


15. Magnetismus

Lithos Magnes g → Stein aus Magnesia, eine Region in Thessalien Seite 202 !

In der Medizin wird Magnetismus auch in heutiger Zeit kaum behandelt, da von fast allen medizinzen-tralen und ebenso von fast allen medizinmarginalen Wissenschaftlern sämtlicher Fachgebiete nach wie vor behauptet wird, diese Art der Kraft würde im menschlichen Körper keine nennenswerte Rolle spie-len. Dabei ist dieses ebenso faszinierende wie magisch anmutende Phänomen nicht nur universell ab-solut überragend, sondern hat bereits 1990 P. PLICHTA darauf hingewiesen und in bestechender Logik begründet, dass der Sauerstoff an das zentrale Eisenatom im Hämoglobin in den Erythrozyten nicht elektrochemisch bindet, sondern paramagnetisch. Doch dazu mehr ab Seite 164. Magnetismus ist ein Teilgebiet des Elektromagnetismus. Die zugrunde liegende Grundkraft heißt elek-tromagnetische Wechselwirkung Seite 36. Magnetismus ist eine physikalische Erscheinung, die sich als Kraftwirkung zwischen Magneten, magnetisierten bzw. magnetisierbaren Gegenständen und bewegten elektrischen Ladungen wie z.B. die in stromdurchflossenen Leitern äußert. Die Vermittlung dieser Kraft erfolgt über ein Magnetfeld, das von diesen Objekten einerseits erzeugt wird und andererseits auf sie wirkt. Zum einen existiert das magnetische Moment von Elementarteilchen als Folge ihres Spins, was zu Dauermagneten und anderen magnetischen Eigenschaften von Festkörpern, aber auch Flüssigkeiten und Gasen führt. Zum anderen entstehen Magnetfelder bei jeder Bewegung von elektrischen Ladun-gen, worauf Elektromagneten basieren – und wegen des Induktionsgesetzes auch die Grundlage von induktiven elektronischen Bauelementen darstellt.

15.1 Magnetfelder und Feldlinien

Magnetische Feldlinien veranschaulichen in jedem Punkt des Feldes Richtung und Richtungssinn des Magnetfeldes bzw. des magnetischen Flusses. Die Richtung wird dahin festgelegt, wie sich der Nord-pol eines Probemagneten ausrichten würde. Unter einem Probemagneten versteht man einen sehr kleinen Magneten, welcher das zu betrachtende Magnetfeld nicht merklich stört. Also kann dessen eigenes magnetisches Feld vernachlässigt werden. Das Magnetfeld bzw. die magnetische Flussdichte bspw. eines felderzeugenden Permanentmagneten wird dann definiert über die Kraftwirkung auf den Probemagneten – genauer: seinen Nordpol – an die-sem Ort. Realisiert wird der Probemagnet oft durch eine kleine Kompassnadel oder einen ferromagne-tischen Stoff, etwa Eisenfeilspäne. Eng verwandt mit dem Konzept der Probeladung ist dasselbe Kon-zept im Bereich der Elektrizität oder der Probemasse im Bereich der Gravitation. Die Stärke des Magnetfelds ist proportional zum Drehmoment, das dieser Probemagnet erfahren wür-de, wenn man ihn um einen bestimmten Winkel aus dieser Richtung auslenkt. Der Abstand der Feldli-nien zeigt die Stärke des Magnetfeldes an: Je dichter die Feldlinien, desto stärker das Feld. In der Magnetostatik gibt es im Gegensatz zur Elektrostatik keine Ladungen – echte magnetische Mo-nopole sind zwar denkbar, alle experimentellen Tatsachen sprechen aber gegen ihre Existenz. Somit ist das Magnetfeld quellenfrei. Magnetische Feldlinien haben daher keinen Anfang und kein Ende. Magnetische Feldlinien können durch die Ausrichtung von Eisenfeilspänen oder einer Kompassnadel sichtbar gemacht werden. Für dreidimensionale Demonstrationen kann man die Eisenfeilspäne zum Beispiel in Silikonöl suspendieren.

15.1.1 Nordpol und Südpol

Ein Stabmagnet an der Erdoberfläche richtet sich bei Fehlen anderer Kräfte so aus, dass eines seiner Enden in Richtung Norden, zum arktischen Magnetpol, und das andere in Richtung des antarktischen Magnetpols zeigt. Das nach Norden zeigende Ende wird Nordpol des Magneten genannt.


15.7 Gefahren

... durch magnetische Gleichfelder oder direkte Wirkungen auf Menschen sind kaum bekannt. Auch die gepulsten Felder bei der Kernspintomografie sind im Allgemeinen ungefährlich. Bei starken Feldern da-gegen kommt es durch deren Kraftwirkung auf, an oder im Körper vorhandene ferri- oder ferromagneti-sche Teile zu Gefahren; und darüber hinaus natürlich auch durch umherfliegende Teile solch magneti-scher Natur. Daher gelten in Magnetfeldlaboren und an Kernspintomografen Sicherheitsregeln, die ge-währleisten, dass keinerlei magnetische Teile in die Nähe geraten. Weiterhin relevante Gefahren sind die Störung oder der Ausfall von Herzschrittmachern sowie die Störung nicht amagnetischer Uhren und anderer mechanischer Geräte. Ebenfalls nicht ungefährlich sind die 2 ringförmigen Permanentmagnete im Magnetron eines Mikrowellenherds: Diese ziehen sich derart stark an, sodass eine feine Fingerhaut-falte dazwischen bis zum schmerzhaften Bluterguss oder Platzen der Haut eingequetscht werden kann. Gepulste Felder können durch elektromagnetische Induktion sämtliche elektrische und elektronische Einrichtungen beeinflussen oder zerstören → elektromagnetischer Impuls. Der sporadisch recht starke Teilchenstrom der Sonne – populärwissenschaftlich bekannt als Sonnenwind – führt auf der Erde zu magnetischen Stürmen, die durch Induktion Telefon- und Überlandleitungen sowie Kabelsysteme und metallene Versorgungsleitungen gefährden. Magnetische Felder können Aufzeichnungen auf magneti-schen Datenträgern wie etwa Tonband, Videoband oder Festplatte löschen. Wenn ein Magnetfeld als Folge eines Zwischenfalls (Kurzschluss beim konventionellen Elektromagne-ten oder Quenchen bei Supraleitungsmagneten) schlagartig zusammenbricht, können durch Induktion sehr hohe elektrische Spannungsimpulse entstehen. Führen diese zu Stromfluss, können die dadurch wiederum erzeugten Magnetfelder Gegenstände gewaltsam in den Magneten hineinziehen, weshalb Experimentieraufbauten in dessen direkter Nähe keine geschlossenen Leiterschleifen enthalten dürfen; bspw. in irgendwelchen Gestellen. Dies wird durch Einfügen isolierender Zwischenstücke erreicht.

15.8 Ein eklatanter Irrtum in der Medizin ???

Wer dieses Kapitel bis hierher aufmerksam und wirklich unvoreingenommen interessiert gelesen hat, wird nun wohl schon ahnen, dass der physikalische Magnetismus in der Medizin eben doch eine weit größere Rolle spielt, als bislang von Lehre und Forschung angenommen weil so „erforscht“ und pro-klamiert. Und dennoch dürfte es für all diejenigen, welche die Vorklinik noch vor sich haben, besser sein, jetzt nicht weiterzulesen, sondern direkt bis zum Kapitel 16 zu blättern. Denn aufgrund vielmals gemachter Beobachtung bei „Experten“ – ihren so unsäglich widerlichen und doch so typischen Verhaltensmustern, insbesondere ihrem gänseschargleichen Empörgeschnatter, so-bald jemand in einem Fachgebiet neue Erkenntnisse darlegt, diese stimmig begründen kann und somit weder zufällig noch absichtlich, sondern nun mal zwangsläufig einen Irrtum jener „Koryphäen“ aufzeigt, welche auf ihrem Gebiet „das Sagen haben“ – ist es in logischer Konsequenz leider unumgänglich, an dieser Stelle hier 4 Seiten lang weit auszuholen und dabei scheinbar völlig vom Thema abzuweichen.

15.8.1 Das psychische Strickmuster vieler „Wissenschaftler“

Charles DARWIN war ein großer Forscher und Entdecker. Sein zeitlebens einziger Parameter dabei war die Wahrheit der Sache, und nicht eigener Ruhm. Natürlich freute er sich über Anerkennung seiner Arbeiten, wie jeder andere normale Mensch auch. Doch um diese zu erhalten, wäre einem aufrechten Charakter wie ihm niemals in den Sinn gekommen, hierbei den fatalen Preis des Beharrens auf einem Irrtum oder gar einer Lüge und somit in letzter Konsequenz das Ignorieren einer Wahrheit mit seiner Ehre oder gar dem seiner Seele zu bezahlen. Nun sollte man meinen, diese innere Haltung wäre selbstverständlich, fast alle Menschen würden sich so verhalten und nur ganz wenige in trotziger Ehrenkäsigkeit* verharren... Sei doch insbesondere bei Wissenschaftlern die Wahrheit das Maß aller Dinge. Möge der Leser dies nun glauben oder nicht: Nur zu oft ist das krasse Gegenteil der Fall!

*: bezeichnet eine ganz bestimmte und mit die widerlichste Ausprägung von falschem Stolz

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 15 – MAGNETISMUS 159

mit einer Wertsteigerung für externe Werbung verfassen. Aber auch seriöse Magazine wie DER SPIE-GEL und viele andere bis hin zu hochangesehenen Blättern à la NATURE tun dies; nur halt subtiler. Der Aspekt, dass viele davon blasierte Journalisten sind, getarnt in kaum greifbaren Mäntelchen solcher Medien, die weder das Recht noch die fachliche, geschweige denn menschliche Qualifikation besit-zen, derart zu bewerten, zu beurteilen und zu verurteilen, kommt 95 % der Bevölkerung resp. der sog. Fachwelt erst gar nicht in den Sinn. Und dass dabei fast stets auch persönliche (Vorteils)Gründe bis hin zu Schmiergelder eine tragende Rolle spielen, auch nicht. Es lebe die 'freie' Meinungs'bildung'.

15.9 Hämoglobin Haima g → Blut ; Globus l → Kugel, Ball

... bezeichnet den eisenhaltigen Proteinkomplex, der in den Erythrozyten erythros g → rot; Kytos → Zelle der Wir-beltiere Sauerstoff bindet und ihnen ihre rote Farbe verleiht. Er besteht aus 4 Globinen als Untereinhei-ten, d.h. je 2 Hbα und Hbβ. Das sind 4 Proteine, genauer gesagt 4 Aminosäureketten in der für Globi-ne charakteristischen Faltung mit einer Tasche, in welcher ein Eisenkomplex gebunden ist, das sog. Häm. Das Fe-Atom vermag Sauerstoffmoleküle zu binden, wobei sich die Farbe des Häm von dunkel- zu hellrot ändert. Die Bindungsstärke hängt empfindlich von der Konformation der Proteinumgebung des Häm ab. Wechselwirkungen zwischen den 4 Globinen begünstigen die beiden Extremzustände, in welchen der Gesamtkomplex entweder mit 4 Molekülen Sauerstoff gesättigt ist (in der Lunge) oder al-len Sauerstoff abgegeben hat (in den Organen resp. Geweben). Wechselwirkungen mit anderen Mole-külen unterstützen die Be- und Entladung.

Dieses faszinierende Sauerstofftransportprotein wurde 1840 von HÜNEFELD entdeckt. 1851 beschrieb FUNKE seine Kristallisation, und über dessen Fähigkeit der reversiblen Oxygenierung wurde 1866 von HOPPE-SEYLER erstmals berichtet; von ihm stammt auch der Name Hämoglobin. Die Strukturformel des Häms bzw. des korrespondierenden Hämins, also des eisenhaltigen Porphyrinkomplexes, formulierte KÜSTER bereits 1912, der Nachweis der Richtigkeit dieser Strukturformel gelang E. FISCHER 1928 durch die vollständige Synthese des Hämins, wofür er 1930 mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet wur-de. Das Hämoglobin gilt als eines der bestuntersuchten Proteine, seine Struktur wurde als eine der ers-ten überhaupt von PERUTZ mit Hilfe der Röntgenkristallographie ermittelt, für welche Arbeiten er zu-sammen mit KENDREW 1962 den Nobelpreis für Chemie bekam. Achtundachtzigtausend Promotionen, tausende Habilitationen, viele hundert Orden bis hin zu mehre-ren Nobelpreisen wurden seither weltweit verliehen in zentralem oder marginalem Zusammenhang mit Hämoglobin. Und selbstredend wurde in jeder dieser Arbeiten die elektrochemische Bindung des O2 an das Eisenatom betont, welches als Fe2+-Ion in jenem Chelatkomplex zentral gebunden sei.

Doch was, wenn die elektrochemischen und die bis ins kleinste Detail „bewiesenen“ Aspekte ganz ein-fach nicht der Realität entsprechen? Was, wenn dieses Fe-Atom nullwertig ist und das Sauerstoff-molekül dort rein magnetisch andockt? Ebenso wie das Kohlendioxid- und das Kohlenmonoxidmole-kül? S. 157 Die Fachwelt stünde nicht einfach Kopf, sondern käme es global zu einem sirenengleichen Aufheulen! Und sofort danach würde ein wuterfüllter Vernichtungsfeldzug gestartet gegen alle Magnet-vermuter und ihre ungeheuerliche – ach was schreib‘ ich: blasphemische Behauptung, gegen welchen ein Spießrutenlauf einer gemütlichen Wanderung durch die Lüneburger Heide gliche.

15.9.1 Eine kurze Gegenüberstellung beider Ansichten

Einmal mehr P. PLICHTA war es, der vor nunmehr 30 Jahren sein epochales Buch DAS PRIMZAHLKREUZ publizierte und in diesem, an sich nur nebenbei, den Verdacht des magnetischen Bindungsverhaltens beim Sauerstofftransport im Blut erstmals geäußert hatte. Diese Vermutung aber auch absolut logisch und stimmig begründen konnte, wie ich im Folgenden auszuführen versuche.

Wer sich das Häm-b-Molekül genau anschaut, dem fallen 13 Doppelbindungen auf, und damit 26 be-wegliche Elektronen im Chelatring. Nicht nur, dass Ferrum das eine von gerade mal 3 Elementen im Universum mit ferromagnetischer Eigenschaft ist, sondern ist es ausgerechnet auch dasjenige mit 26 Protonen in seinem Kern – und folglich mit 26 e– in seiner Hülle.


Die chemischen Elemente

Schon auf den ersten Blick ist das Fach Physik ein riesiges Gebiet mit sehr vielen verschiedenen und dennoch immer auch irgendwie miteinander und untereinander zusammenhängenden Themen. Und je tiefer man sich mit jedem einzelnen dieser Kapitel beschäftigt, desto deutlicher erkennt man die grund-legenden Verbindungen zu all den anderen Bereichen innerhalb dieses Faches, welches in deutscher Sprache Naturforschung genannt wird – was heutzutage jedoch kaum jemand mehr weiß.* Doch damit nicht genug, ahnt man dabei auch immer mehr, wie sehr die Physik in grundlegenden Be-reichen mit der Chemie verwoben ist. Deshalb sollten Chemie Lernende keinesfalls die Physik als un-wichtig erachten; und Physik Lernende sollten dasselbe niemals mit Blick auf die Chemie tun. Und da die Medizin nun mal sehr viel mehr auf diesen beiden Fächern fußt, als es den meisten Studenten lieb ist, liegt es kategorisch in der Verantwortung aller Dozenten – und ebenso natürlich in der von Studen-ten! – sich mit Blick auf deren späteres Betätigungfeld als Ärzte dieses Wissensfundament zur einzig rechten Zeit anzueignen, die einem dafür zur Verfügung steht. Und das sind die ersten 2 Semester! Denn ob man es glauben mag oder nicht: Später werden Sie zwar womöglich die Einsicht, (d.h. sofern Sie wirklich verantwortungsvollen Verstand in sich tragen, was bei der Mehrzahl der Medizinstudenten resp. Ärzte erfahrungsgemäß nicht der Fall ist!), jedoch weder mehr die Zeit noch „den Kopf“ dafür ha-ben. Abgesehen davon werden Ihnen mit diesem grundlegenden Wissen in Physik und Chemie alle Fächer im Studium sehr viel verständlicher erscheinen; und das Studium weit mehr Freude bereiten. Physik und Chemie stellen schon jeweils für sich betrachtet unendlich große Wissensfelder dar, deren gemeinsame Sprache zu einem großen Teil die Mathematik ist. Allein insofern ist es nur logisch und keinesfalls überraschend, dass sich beide Grundlagenfächer in vielen Themenbereichen überlappen. Zugleich mögen Sie mir glauben, dass es wahrlich schwer ist, ein Fachbuch der Physik und Chemie für Mediziner zu erstellen, in welchem Themen nicht unötig doppelt erörtert werden. Denn falls Sie je-mals 2 wirklich gut verständlich verfasste Bücher durchgearbeitet haben, in denen jeweils quantitativ und zugleich qualitativ adäquat in die Physik und in die Chemie eingeführt wird, dürfte Ihnen sicherlich auch aufgefallen sein, wie viele Themen, Kapitel und Erklärungen Sie dabei zwei Mal gelesen haben. Deshalb habe ich mich dazu entschlossen, Ihnen zumindest die drei nachfolgenden Kapitel in der Art einer Überbrückung beider Fächer darzulegen. Zwar überlagern sich auch dann noch immer viele Themen, doch wie bereits bekundet ist es ein Ding der Unmöglichkeit, diverse Kapitel in Physik abzu-handeln, ohne einiges davon in der Chemie an passender Stelle abermals erörtern zu müssen. *: Denn auf den wahren und somit stimmigen Sinn der Worte legt ja heutzutage kaum jemand mehr Wert. Geschweige denn auf das Wissen

um deren eigentliche Bedeutung sowie ihrer Herkunft resp. Entstehung. Und bemerkt deshalb auch nicht, wie kurzsichtig dumm und lang-fristig verantwortungslos solch eine gleichgültige Grundhaltung ist – mit Blick auf das Erhalten dessen, was gut und richtig ist. Und so wird immer weniger auf die solide gewachsenen Wurzeln unserer Sprache geachtet, dem Altgriechischen und Lateinischen. Sondern drängt im-mer mehr das Englische, allem voran das der sprachlich und besonders fremdsprachlich faulen Amerikaner, in jene, einst so klug und mit Bedacht gewählten Worte und Begriffe auf den Feldern der Naturwissenschaften. Doch der Gipfel der Groteske dabei ist, dass all unsere ach so 'modernen' Dozenten dies als eine Weiter entwicklung zu erachten belieben; und sich dabei auch noch toll vorkommen. Deshalb wird es denen auch niemals in den Sinn kommen, dass es sich dabei in Wahrheit um eine so krasse wie fatale wie verachtenswert dumme Fehl entwicklung handelt. Eine Fehlentwicklung, welche langsam schleichend unver-meidlich in den sozialen Untergang führt. Eben wegen all jenen Sprachidioten. Nicht führen wird... denn auf dem Weg dorthin sind wir ja alle längst. Und reissen all uns Bedachte dorthin mit, da man gegen derart viel selbstgefällig ignorante Dummheit schlicht machtlos ist.


Die ersten beiden Kapitel dieses Buchteils, also der Atombau und das Periodensystem der Elemen-te, erachte ich (und ganz sicher nicht nur ich) als fundamental wichtig für das umfassende und durch-dringende Verstehen so vieler anderer Themen und Bereiche in der Physik, der Chemie, der Biologie und allen darauf aufbauenden Fächern. Sollten Sie diesen Worten nicht glauben, so lernen Sie trotzdem m.o.w. alles auf jenen 20 Seiten aus-wendig! Später einmal werden Sie mir dann ja doch zustimmen, dass meine Anweisung höchst wert-voll war für das grundlegende Verständnis Ihrer Bildung respektive Ausbildung. Kapitel 18 hingegen mit seinen 150 Seiten ist zwar quantitativ das weitaus umfassendere Thema, hier in diesem Buchteil, allerdings versteht es sich von selbst, dass Sie das wenigste davon auswendig können müssen. Jedoch von allen, auf dieser Erde natürlich vorkommenden Elementen zumindest ein paar grundsätzliche Fakten zu kennen, ist keinesfalls überflüssig. Nicht für Mediziner und auch nicht für andere Leute. Zwar mag manches über das Maß der Allgemeinbildung hinausgehen, aber dennoch sollte es Ihr persönlicher Anspruch als zukünftiger Arzt sein, über jedes Element, aus welchem sich die Materie auf unserer Erde aufbaut, ein klein wenig Bescheid zu wissen. Weit mehr aber war es meine persönliche Motivation und auch mein Anspruch, allen Medizinern end-lich eine ebenso übersichtliche wie angemessene Nachschlagemöglichkeit zu geben, sollte man sich als Student und ebenso später als Arzt über das eine oder andere chemische Element und insbeson-dere über dessen Gruppenzugehörigkeit kurz informieren wollen. Zwar nicht derart umfassend, wie es z.B. in der wunderbaren Online-Plattform WIKIPEDIA dargelegt wird, sondern zentral auf das Wissen ei-nes Mediziners beschränkt. Insofern, und nicht nur insofern, wünsche ich mir, dieser Teil möge Ihnen hierbei helfen – und Sie sich dann das eine oder andere Mal kurz darüber freuen können, dieses Buch auf moralisch ehrlichem Wege und das Wissen darin mit Anstand und Fleiß erworben zu haben.

Inhaltsverzeichnis Chemische Elemente

IV. Der Übergang ...von der Physik zur Chemie

16. Atombau Seite

Proton • Elektron • Neutron • Nukleonen • Elementarladung • Massenzahl • Kernladungszahl • Isotop • Isoton • Isobar • Atommasse • Massendefekt • Mol • Schalen • Orbitale • Perioden • Elektronenpaarbindung • Valenz- elektronen • Quantenzahl (Haupt - Neben - Magnet - Spin) • Elektronenkonfiguration • Quanten • Photonen • Energieniveau

172

17. Das Periodensystem der Elemente

Perioden • Gruppen • Oktettregel • Haupt- und Nebengruppen • Metalle (Leicht - Normal - Schwer - Superschwer - Edel - Halbedel - Unedel) • Halbmetalle • Nicht- metalle • Minerale • Allotropie • Halbleiter • Bandstruktur • Bändermodell

183


18. Die Elemente und ihre Gruppen

Die 8 Hauptgruppen

• Hydrogenium

Vorkommen • Gewinnung • Physikalische Eigenschaften • Aggregatzustände Chemische Eigenschaften • H2-Brückenbindung • natürliche Isotope • Verwen- dung • Kernfusion • Verbindungen • Biologische und medizinische Bedeutung

• Alkalimetalle

Lithium • Natrium • Kalium • Rubidium • Cäsium • Francium

• Erdalkalimetalle

Beryllium • Magnesium • Calcium • Strontium • Barium • Radium

• Bor plus Erdmetalle

Bor • Aluminium • Gallium • Indium • Thallium

• Tetrele

Carbon • Silicium • Germanium • Stannum • Plumbum

• Pnicogene

Nitrogenium • Phosphor • Arsen • Stibium • Bismut

• Chalkogene

Oxygenium • Sulfur • Selen • Tellur • Polonium

• Halogene

Fluor • Chlor • Brom • Iod • Astat

• Edelgase

Helium • Neon • Argon • Krypton • Xenon • Radon Die 10 Nebengruppen

1. Scandium • Yttrium • Lanthan • Actinium

2. Titan • Zirconium • Hafnium

3. Vanadium • Niob • Tantal

4. Chrom • Molybdän • Wolfram

5. Mangan • Technetium • Rhenium

6. Ferrum • Ruthenium • Osmium

7. Cobalt • Rhodium • Iridium

8. Nickel • Palladium • Platin

9. Cuprum • Argentum • Aurum

10. Zink • Cadmium • Hydrargyrum Die 14 Lanthanoide

Cer • Praseodym • Neodym • Promethium • Samarium • Europium • Gadolinium • Terbium • Dysprosium • Holmium • Erbium • Thulium • Ytterbium • Lutetium Die 5 relevanten der insgesamt 14 Actinoide

Thorium • Proactinium • Uranium • Neptunium • Plutonium Abschließendes zu den Transplutoniden

Atomindustrie • Kernwaffen • Halbwertszeiten • Zerfallsreihen

191

321

© Terminologix Vorklinix INHALTSVERZEICHNIS CHEMISCHE ELEMENTE 171

16. Atombau

16.1 Die Elementarteilchen – das atomare Gerüst Wie schon in Kapitel 1 erwähnt, ist für angehende Mediziner lediglich das grundlegende Wissen um die 3 Elementarteilchen Proton, Elektron und Neutron von Bedeutung. Alles noch kleinere irritiert auf die-ser Lernebene ja doch nur. Das gilt in der Chemie noch viel mehr als in der Physik. Dennoch sollte man sich immer mal wieder vergegenwärtigen, dass Protonen und Neutronen aus noch sehr viel kleineren Partikeln (sog. Quarks S. 31) bestehen, die durch gewaltige Kernkräfte zusammengehalten werden. Jedes Proton besitzt eine positive und jedes Elektron eine negative elektrische Ladung, die Elementar-ladung, welche absolut den Betrag 1,6 ⋅ 10

-19 Coulomb aufweist 44. Dieser Zahlenwert lässt sich re-lativ mit ± 1 Elektronenvolt beziffern 39, da jede elektrische Ladung ausnahmslos ein ganzzahliges Vielfaches dieser Elementarladung beträgt. Neutronen hingegen verhalten sich elektrisch neutral. Und um einem weit verbreiteten Irrtum vorzubeugen, sei zum wiederholten Male gesagt: Die oben erwähn-ten Kernkräfte und die eben genannten elektrischen Kräfte sind nicht dasselbe! Seite 36 f Atome bestehen aus einem Kern, in welchem sich Protonen und Neutronen aufhalten, die man zusam-men Nukleonen nennt. Des Weiteren besitzt ein Proton und ein Neutron nahezu dieselbe Masse S. 46. Demgegenüber ist die Masse eines Elektrons etwa 1837 mal geringer S. 33. Deshalb ist der Kern posi-tiv geladen und vereinigt nahezu die gesamte Masse in sich. Um diesen befinden sich in einer negativ geladenen Hülle dessen Elektronen, die allerdings verschiedene Energiezustände besitzen und somit jeweils definierte Abstände – besser: Aufenthaltsräume – zum Kern aufweisen, welche Orbitale ge-nannt werden. Ein komplettes Atom besitzt stets gleich viele Protonen im Kern wie Elektronen in seiner Hülle, weshalb es nach außen hin elektrisch ungeladen erscheint. Die Anzahl der Protonen eines Atomkerns wird als Kernladungszahl (KL Z) bezeichnet. Sie allein be-sagt, um welches Element es sich jeweils handelt! Wasserstoff besitzt ein Proton; folglich beträgt des-sen KLZ 1; Lithium hat drei Protonen im Kern und deshalb die KLZ 3; etc. Im Universum sind aktuell 118 Elemente 'bekannt' 32!, also 118 verschiedene Atome mit jeweils einer individuellen KLZ von 1 bis 118. Ordnet man diese aufsteigend, wie es im Periodensystem der Elemente (PSE) dargestellt ist, so ergibt sich die Ordnungszahl (OZ) eines jeden Atoms. Diese KLZ = OZ ist links unten vor dem Buch-stabensymbol des jeweiligen Elements aufgeführt; so z.B. 1 Hydrogenium oder 26 Ferrum oder 92 Uran. Mit Ausnahme des normalen Wasserstoffs – mit nichts weiter als seinem 1 einzigen Proton – besitzen sämtliche Atome auch Neutronen im Kern. Grund dafür ist, dass 2 oder gar noch mehr Protonen sich niemals zu nahe kommen können / sollen / dürfen, da sie sich aufgrund ihrer elektrisch gleichen Ladung zu sehr abstoßen. Zugleich darf in einem Nuklid die Anzahl der Neutronen gegenüber der Anzahl der Protonen ein bestimmtes Verhältnis weder unterschreiten noch übersteigen, ohne dass die Stabilität eines Atomkerns auf Dauer überstrapaziert wird. Neutronen sorgen also (auf rätselhafte Weise) für den energetisch idealen d.h. bestmöglichen Abstand zwischen den einzelnen Protonen. Seite 137 ff Deshalb enthalten z.B. 7,4 % aller stabiler Lithiumatome neben ihren 3 Protonen noch 3 Neutronen im Kern, damit dieser für alle Zeiten so bestehen bleiben kann; die restlichen 92,6 % weisen 4 Neutronen auf. Alle anderen Isotope Du einfach kucken rechte Buchseite des Lithium sind instabil, d.h. radioaktiv. Die Summe aus Protonen und Neutronen im Atomkern wird als Massenzahl (MZ) bezeichnet und links oben vor dem Elementensymbol aufgeführt; bei 3 Lithium also die beiden stabilen Isotope 6Li oder 7Li. Da Elektronen zur Masse nur verschwindend gering beitragen, genügen OZ sowie MZ, um ein Ele-ment resp. eins seiner Isotope bezüglich seiner Elementarteilchen vollständig zu beschreiben. Der Durchmesser eines Atomkerns beträgt etwa 10-15

m, mitsamt der Atomhülle ca. 10-10 m. Um eine

Vorstellung von solch superwinzigen Dimensionen zu erhalten: Wäre der Uran-Atomkern mit seinen immerhin rund 230 Kernteilchen ein 2 mm großer Kugelhaufen, die Elektronenwolke um diesen herum hätte die Ausmaße des Maracana-Fußballstadions in Rio de Janeiro.


Und da ausnahmslos jede physikalische Tatsache auf einer stimmigen Ursache fußt, muss auch eine solch unfassbar große Distanz zwischen solch unfassbar kleinen Objekten einen wichtigen Grund be-sitzen: Nämlich dass solch immens „leere“ Räume zwischen Atomkern und Atomhülle offenbar absolut notwendig sind, um zwei bzw. mehrere Kerne auf Abstand zu halten. Denn im Atomkern herrschen derart gewaltige Kräfte 37, dass sogar ein kleiner Teil Masse verschwindet, solange 2 oder mehr Nuk-leonen aneinander „kleben“ – was als Massendefekt bezeichnet wird. Seite 43 und 175.

Noch ein Bild: Um eine 10 cm lange Perlenkette aus Atomen zu erhalten, müssten 1.000.000.000 davon nebeneinander liegen. 1 Milliarde ganze Atome, wohlgemerkt – also inklusive ihren Elektronenschalen! Dieselbe Kette nur aus Atomkernen bestehend würde somit 100 Billionen Stück erfordern. Und soll-te diese Kette aucn nur so dünn sein wie ein Kopfhaar, wären 100.000 resp. 10.000.000.000 solcher Ketten nebeneinander liegend erforderlich. All das sind Zahlen, die lässig dahergesagt bzw. dahingeschrieben sind, gedanklich oder im Alltag einem jedoch unvorstellbar groß erscheinen. Seite 182

16.2 Isotope – Isotone – Isobare

Isotope sind sozusagen Geschwister einer Familie (ohne Eltern); also Atome ein und desselben Ele-ments, da sie grundsätzlich dieselbe Anzahl an Protonen im Kern aufweisen, nur halt unterschiedliche Anzahlen an Neutronen. Isotope besitzen nahezu identische chemische Eigenschaften, weswegen sie der Stoffwechsel in lebenden Organismen molekularstrukturell und -bindungsenergetisch nicht unter-scheiden kann. Wie als Beispiel bereits angeführt, besitzt Lithium neben seinen grundsätzlich 3 Proto-nen – sonst wär‘s ja nicht Lithium! – entweder 3 oder 4 Neutronen im Kern. Alle anderen Anzahlen an Neutronen bewirken dort neben den besagten 3 Protonen, dass dieser Kern nicht auf Dauer so beste-hen kann. Warum das so ist, hat mit seinen Isobaren zu tun. isos g → gleich ; Topos g → Ort, Platz, Stelle ; barys g → s.u.

Isotone werden Atome genannt, die dieselbe Anzahl an Neutronen besitzen, jedoch unterschiedliche Mengen an Protonen aufweisen und somit natürlich nicht derselben Elementefamilie angehören kön-nen. 54

Chrom, 55 Mangan und 56

Eisen z.B. sind alles stabile Isotope von 24 Cr, 25 Mn und von 26 Fe. Das sind also völlig verschiedene Elemente – auch wenn alle 3 jeweils 30 Neutronen im Kern besitzen.

Bei der Kreation dieses chemischen Begriffes haben sich ein paar führende Wissenschaftler damals gedacht: „Isotop mit einem p am Ende, weil gleiche Anzahl an Protonen. Also wählen wir bei derselben Anzahl an Neutronen einfach den Begriff Isoton“... Sprachvermurkser! Denn Tonos g → das Spannen.

Isobare wiederum besitzen dieselbe Anzahl an Nukleonen; d.h. Kerne solcher Atome enthalten so-wohl verschiedene Anzahlen an Protonen als auch verschiedene Anzahlen an Neutronen, sind in der Summe beider allerdings identisch. 55

Mn und 55 Fe z.B. besitzen zwar beide jeweils 55 Kernteilchen,

da aber Mangan 25 Protonen, Eisen jedoch 26 Protonen aufweist, ordnen sich die 30 bzw. 29 Neutro-nen zwischen den 25 bzw. 26 Protonen in räumlich unterschiedlicher Konstellation an. Grund dafür ist die Bindungsenergie zwischen Protonen und Neutronen – sowie diejenige zwischen den jeweils 3 Quarks, aus welchen beide Kernteilchen bestehen. Da aber ein Proton aus 2 Up-Quarks plus einem Down-Quark zusammengesetzt ist, während sich ein Neutron aus einem Up-Quark plus 2 Down-Quarks aufbaut, ist die Bindungsenergie innerhalb eines Protons nicht dieselbe wie diejenige in-nerhalb eines Neutrons. Und somit ist auch der Bindungsenergiebetrag eines einzelnen Protons nach außen hin nicht derselbe wie der eines einzelnen Neutrons. Deshalb weist jede Kombination aus Nuk-leonen einen ganz bestimmten d.h. individuell konkreten Betrag an Bindungsenergie auf. barys g → schwer

Ordnungskräfte im Universum streben grundsätzlich danach, energetisch (und damit räumlich!) ideale Anordnungen zu erreichen; so auch in Bezug auf eine konkrete Anzahl an Nukleonen in einem Atom-kern. Deshalb ist unter mehreren Isobaren stets dasjenige das stabilste – und radiometrisch zumeist auch das einzig stabile – das die größte Bindungsenergie aufweist; d.h. das optimale Mengenverhält-nis von Protonen zu Neutronen besitzt. Somit gilt: je höher die Gesamtbindungsenergie zwischen Pro-tonen und Neutronen in Bezug auf eine konkrete Anzahl von Nukleonen, desto stabiler ist deren räum-liche Anordnung. Die Bindungsenergie von 55

Mn ist höher als die von 55 Fe. Nur deshalb wandelt sich in einem 55

Fe-Kern früher oder später spontan (und dann superschnell!) ein Proton (durch β+-Zerfall) in ein Neutron um; und weist urplötzlich nur noch 25 statt 26 Protonen auf. Somit ist dieses eine Atom nicht mehr 26 Eisen mit 29 Neutronen, sondern ganz plötzlich zu 25 Mangan mit 30 Neutronen geworden. Wobei zudem je ein Positron plus ein Elektronneutrino samt einer stets atomindividuell konkreten Menge an Energie in Form von γ-Strahlung emittiert wurde. Und da die Aussendung dieser Strahlungsenergie innerhalb ei-ner superkurzen Zeitspanne mit superhoher Geschwindigkeit geschieht, besitzt sie gewaltige Intensität.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 16 – ATOMBAU 173

s-Orbitale weisen innerhalb jeder Schale grundsätzlich eine kugelsymmetrische Form um den Atom-kern auf und besitzen keine Vorzugsrichtung im dreidimensionalen Raum. Auf ihnen finden immer nur 2 Elektronen = 1 e⁻-Paar Platz, von wo aus sie ihren Atomkern umkreisen.

p-Orbitale erscheinen in ihren Schalen wie 3 Doppelkegel, die an ihren Köpfen zusammenstoßen und dabei hantelförmig auf der x-, y- und z-Raumachse jeweils senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Je-de Hantel bietet stets nur maximal 2 Elektronen Platz, insgesamt also 6 Elektronen = 3 e⁻-Paare. Die-se sind energetisch gleichwertig, weshalb die px- py- und pz-Orbitale immer zuerst einzeln mit Elektro-nen besetzt werden, bevor deren Zwilling dazukommt. Dies besagt die Hund’sche Regel. rechte Seite

d- und f-Orbitale erscheinen räumlich noch komplexer. Auf ihnen können bestenfalls 10 Elektronen = 5 e⁻-Paare bzw. 14 Elektronen = 7 e⁻-Paare einen Raum finden, von wo aus sie ihren Kern umkreisen.

16.4.1 Quantenzahlen

... sind im Prinzip nichts anderes, als eindeutige und messbare Werte an Teilchenzuständen. Dass sie einen extra Namen tragen liegt daran, dass in der Quantenmechanik (im Gegensatz zur klassischen Physik) nicht alle Messgrößen in jedem Zustand einen wohlbestimmten Wert (wbW) besitzen. D.h. bei mehreren Messungen desselben Zustandes können verschiedene Werte auftreten. Hat eine Messgröße in einem Zustand einen wbW, wird dieser Zustand als Eigenzustand zu dieser Messgröße bezeichnet; und ihr wbW als ihr jeweiliger Eigenwert. Nur solch einem Eigenzustand kann eine Quan-tenzahl zugeordnet werden. Eigenwerte können kontinuierlicher oder diskreter Art sein. Kontinuierliche Eigenwerte sind vereinfacht gesagt „normale“ Kommazahlen, also Zahlen aus dem uns bekannten reellen Zahlenraum. Diskrete Eigenwerte können als Aufzählung betrachtet werden, entsprechen also zumeist den Natürlichen oder Ganzen Zahlen. In sehr kleinen Teilchen oder Systemen zeigen sich viele Größen nur in diskreten Eigenwerten. Hier wird einem Eigenzustand als Quantenzahl schlicht die laufende Nummer des betreffenden Eigenwerts in dieser Auflistung zugeschrieben. Wenn es sich um eine Größe handelt, deren Eigenwerte immer ein Vielfaches einer natürlichen Einheit sind (z.B. hat der Eigendrehimpuls S. 42 als Einheit das Planck‘sche Wirkungsquantum ℏ ), so gibt die Quantenzahl den Zahlenfaktor vor dieser Einheit an. In Ausdehnung auf Größen, die auch in der Quantenphysik kontinuierlich verteilte Eigenwerte zeigen (z.B. Ort und Im-puls), wird der vorliegende Eigenwert selbst als Quantenzahl bezeichnet. Symbole für die Quantenzah-len werden einheitlich gewählt: Nämlich n für die Energie, l für den Bahndrehimpuls, s für den Spin.

Die Hauptquantenzahl n

... beschreibt die Periode und somit das Hauptenergieniveau, zu dem der Zustand eines konkreten Elektrons gehört. Die 1. Periode besitzt also das Hauptenergieniveau n = 1. Analog hat die 2. Periode die Hauptquantenzahl n = 2; die 3. Periode n = 3; etc. Jede Periode setzt sich aus Orbitalen zusam-men; die 1. Periode besteht nur aus einem s-Orbital. Die 2. Periode besitzt schon 2 Orbitale: ein s- und ein p-Orbital. Die 3. Periode baut sich aus 3 Orbitalen auf, nämlich s, p und d; usw. Innerhalb eines einzelnen Orbitals (z.B. dem 3p-Orbital) besitzen die Elektronen dasselbe Energieni-veau. In unterschiedlichen Orbitalen innerhalb derselben Periode (z.B. 3s- versus 3p-Orbital) besitzen die e⁻ hingegen verschiedene Energieniveaus, was durch Nebenquantenzahlen gekennzeichnet wird.

Die Nebenquantenzahl l

... auch Bahnquantenzahl oder Drehimpulsquantenzahl genannt, kennzeichnet die Form des jewei-ligen Orbitals in einem Atom. Bei gegebenem n kann ihr Wert jede kleinere natürliche Zahl (einschließ-lich Null) sein: l = 0,1,2,...< n. Selbst heutzutage wird der Wert von l oft noch durch bestimmte, histo-risch festgelegte Buchstaben gekennzeichnet: Nämlich ist für das s-Orbital l = 0; für das p-Orbital ist l = 1; für das d-Orbital ist l = 2; und für das f-Orbital ist l = 3. Anmerkung Seite 177 ca. mitte, sowie Tabelle auf der rechten Seite

Die Magnetquantenzahl ml

... beschreibt die räumliche Orientierung des Bahndrehimpulses der Elektronen. Die Magnetquanten-zahl heißt so, weil sie die zusätzliche potentielle Energie eines e⁻ charakterisiert, welche beim Anle-gen eines Magnetfeldes in z-Richtung auftritt. Durch seine extrem schnelle Bahnbewegung erzeugt je-des Elektron ein (elektro)magnetisches Moment.


Bei dem Betrag nach maximaler z-Komponente ml = ± l zeigt sein Bahndrehimpuls die max. mögliche parallele oder antiparallele Ausrichtung zur z-Achse, und das damit verbundene magnetische Moment bewirkt die im angelegten Feld maximal mögliche Energieerhöhung bzw. -verminderung. Bei ml = ± 0 ist die z-Komponente des Bahndrehimpulses 0 und bleibt ohne Einfluss auf die Energie des e⁻. Sie kann betragsmäßig nicht größer sein als die Nebenquantenzahl l, allerdings auch negative Werte annehmen. ml ist also für das s-Orbital 0; für das p-Orbital +1,0,-1; fürs d-Orbital +2,+1,0,-1,-2; und für das f-Orbital = +3,+2,+1,0,-1,-2,-3. Im g-Orbital reicht ml potentiell von +4 bis -4, dies erübrigt sich jedoch in der Realität.

Die Spinquantenzahl s

... beschreibt die Drehrichtung des Elektrons um die eigene Achse, wodurch jedes e⁻ zu einem kleinen Magneten wird. Sie beträgt immer ein halb- oder ganzzahlig Vielfaches des reduzierten Planck‘schen Wirkungsquantum ℏr. Die Spinquantenzahl kann also stets nur die Werte +½ bzw. -½ annehmen. Bei fundamentalen Teilchen ist der Spin wie die Masse eine unveränderliche innere Teilcheneigenschaft.

16.4.2 Die Elektronenkonfiguration

Das Pauli-Prinzip besagt: Kein Elektron eines Atoms stimmt in allen 4 Quantenzahlen mit denen eines anderen Elektrons im selben Atom überein. Dadurch lässt sich die maximale Elektronenzahl für jedes Orbital ableiten. Die maximale Elektronenzahl eines jeden Orbitals ergibt sich anhand der Formel 2⋅n2 aus der zugehörigen Hauptquantenzahl n. Die Hund’sche Regel besagt: Bei energetisch gleichwertigen Zuständen, wie sie z.B. innerhalb des p-Orbitals (px-, py-, pz-) auftreten, wird jedes Orbital zunächst immer nur mit je einem e⁻ besetzt, welche

alle denselben d.h. parallelen Spin haben, bevor je ein zweites e⁻ mit antiparallelem Spin hinzukommt. Haupt- und Unterenergieniveau bauen sich von innen nach außen auf und werden durch die Schreib-weise 1s ; 2s 2p ; 3s 3p 3d ; 4s 4p 4d 4f ; 5s 5p 5d 5f 5g ; 6s 6p 6d 6f 6g 6h ; 7s 7p ... gekennzeichnet. Die Anzahl an Elektronen in ihren Orbitalen werden per Hochzahl angegeben. Tabelle Seite 180 f Weil aber jedes Orbital ein konkretes Energieniveau besitzt und die einzelnen Orbitale grundsätzlich in der Reihenfolge ihrer jeweiligen Niveaus besetzt werden – und zwar von zentral nach peripher d.h. von energiearm zu energiereich) – werden ab der 3. Periode nicht die dortigen 3d-Orbitale vollends aufge-füllt, sondern zuvor schon die 4. Periode und somit die N-Schale mit dem 4s-Orbital eröffnet. S. 182 Die 3. Periode wird also nicht zuerst abgeschlossen, wie man analog zur Nomenklatur vermuten sollte.

Hauptquan- tenzahl n

l = Neben- quantenzahl

ml = Magnet- quantenzahl

s = Spin-quantenzahl

maximale e⁻-Anzahl

e⁻-Zahl (2⋅n²) je Schale

1 ≙ K-Schale 0 ≙ 1s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar 2 = 2 ⋅ 12

2 ≙ L-Schale 0 ≙ 2s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar

8 = 2 ⋅ 22 1 ≙ 2p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare

3 ≙ M-Schale 0 ≙ 3s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar

1 ≙ 3p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare 18 = 2 ⋅ 32

2 ≙ 3d-Orbital +2,+1,0,-1,-2 je ± ½ 10 = 5 Paare

4 ≙ N-Schale 0 ≙ 4s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar 32 = 2 ⋅ 42

1 ≙ 4p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare


3 ≙ 4f - Orbital +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 je ± ½ 14 = 7 Paare

5 ≙ O-Schale 0 ≙ 5s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar

1 ≙ 5p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare (32 !)*

2 ≙ 5d-Orbital +2,+1,0,-1,-2 je ± ½ 10 = 5 Paare 50 = 2 ⋅ 52

3 ≙ 5f - Orbital +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 je ± ½ 14 = 7 Paare *: sofern befüllt bis Element Nr. 118 4 ≙ 5g-Orbital +4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4 je ± ½ 18 = 9 Paare

6 ≙ P-Schale 0 ≙ 6s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar

(32 !)*

72 = 2 ⋅ 62 *: sofern befüllt bis Element Nr. 118

1 ≙ 6p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare


3 ≙ 6f - Orbital +3,+2,+1,0,-1,-2,-3 je ± ½ 14 = 7 Paare

4 ≙ 6g-Orbital +4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4 je ± ½ 18 = 9 Paare

5 ≙ 6h-Orbital +5,+4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3,-4,-5 je ± ½ 22 = 11 Paare

7 ≙ Q-Schale 0 ≙ 7s -Orbital 0 ± ½ 2 = 1 Paar (8 !) falls befüllt bis 118

1 ≙ 7p-Orbital +1,0,-1 je ± ½ 6 = 3 Paare 98 = 2 ⋅ 72

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 16 – ATOMBAU 179

17. Das Periodensystem der Elemente

Jeder Medizinstudent sollte eine gute PSE-Karte besitzen. Insbesondere für die Seminare und Praktika der Chemie, der Biochemie und der Physiologie wird sie oft benötigt. Aber auch für so manch andere universitäre Veranstaltung im klinischen Abschnitt des Medizinstudiums. In diesem Universum existieren auf natürliche Weise 94 verschiedene Elemente; also Atome mit einer Protonenanzahl von 1 bis 94. Davon sind 81 stabil, alle anderen sind instabil d.h. radioaktiv; und das erstaunlicherweise mit Halbwertszeiten zwischen Sekundenbruchteilen und einigen Milliarden Jahren. Egal, wie viele Elemente von Forschern noch 'gefunden' werden, indem sie unter grotesk hohem Energieaufwand gezielt künstlich erzeugt worden sind: Sie alle können in diesem Universum nicht stabil existieren, da das 34-Gesetz nun mal den Raum selbst vorgibt. Deshalb dürfen in unserem Weltall nur 81 Elemente auftreten, die zumindest ein stabiles Isotop besitzen. Ebenso weist das Periodensystem der Elemente wie eine Schatzkarte darauf hin, dass der Raum selbst durch die Zahlen gebildet wird. Nur muss man dazu diese Karte auch mit Verstand, und mehr noch mit unvoreingenommener Demut, lesen können...! Zumindest erkennen und anerkennen das diejenigen Personen, welche die Größe und Reife besitzen, Tatsachen zu akzeptieren und sich diesen unterzu-ordnen. Ob man ein Phänomen erklären kann oder nicht, ob dies einem gefällt oder nicht, spielt dabei keinerlei Rolle. Dass diese Wahrheit allerdings vie-len „Wissenschaftlern“ und insbesondere „Koryphäen“ nicht schmeckt, liegt auf der Hand: Müssten all jene doch einsehen und zumeist gar coram publico zugeben, dass sie jahrzehntelang Falsches „entdeckt“ und / oder gelehrt haben. Und viele ihrer eingeheimsten Lorbeeren bis hin zu Nobelpreisen auf Irr-tümern und Borniertheiten fußen. Und genau dabei erwacht in Kleingeistern stets sofort die abgrundtiefe Furcht, ihre Reputation könnte dadurch ja beschädigt werden! Die vordringlichste Motivation solcher „Wissenschaftler“ ist also nicht Wahrheit einer Sache, sondern Ansehen ihrer Person. Und je höher deren fachliche resp. gesellschaft-liche Stellung erst einmal geworden ist, desto narzisstischer werden sie. Aufgrund solch verachtenswerter Egos setzen sich grundlegende Korrekturen hin zu mehr Stimmigkeit weil Wahrheit immer nur extrem langsam durch. Wenn überhaupt! Denn dies erfordert ja stets auch das Loslassen des bisher als sicher Geglaubten, sowie einer gewissen geistigen Neuorientierung. Und dazu sind Menschen, in der Regel je älter sie sind, immer weniger bereit.

Zahlen sind keine menschliche Phantasie, wie von Mathematikern, Chemikern bis hin zu Philosophen behauptet wird, sondern reale Grundlage jeglicher Raumordnung! Und damit auch für den Aufbau der Atome. Das erste und kleinste Element namens Hydrogenium Wassererzeuger, Wasserstoff besitzt genau 1 Pro-ton. Das zweite, Helium, weist 2 Protonen auf; das dritte 3; das vierte 4; usw. Es existieren keine 0,84 oder 1,37 Protonen, Neutronen oder Elektronen, sondern treten Elementarteilchen kategorisch nur in ganzen Zahlen auf! Warum die Elemente Nr. 43 und 61 nur instabile Isotope aufweisen sowie das Element Nr. 83 mit sei-nen 209 Nukleonen das letzte und größte / schwerste stabile Element im Universum ist, hat mit Neutro-nenerweiterungszahlen zu tun, was aber nicht weiter Thema dieses Buches sein soll. DAS PRIMZAHLKREUZ, Bd. II

Darüber, dass sich sämtliche Stoffe letztlich aus Atomen zusammensetzen, wurde schon im Altertum philosophiert. War aber, seit sich die moderne Chemie ab etwa Ende des 17. Jahrhunderts peu à peu aus dem religiösen Geistesgift sowie dem Aberglauben der Alchemie lösen konnte – stets unter der großen Gefahr, dabei der Ketzerei oder Hexerei verleumdet zu werden – noch bis vor rund 125 Jahren selbst unter Fachleuten sehr umstritten. Dass sich diese Tatsache in den Köpfen der Wissenschaftler Ende des 19. Jahrhunderts jedoch überhaupt durchsetzen konnte, war wesentlich den Arbeiten MENDE-LEJEWS zu verdanken, der nach jahrelangen Forschungen anno 1869 erstmals auffallende chemische Ähnlichkeiten unterschiedlicher Elemente tabellarisch aufzeigte, wodurch sich sämtliche Atome syste-matisch in Perioden und Gruppen einordnen ließen. Wobei man zu jener Zeit noch keinerlei Ahnung von Protonen, Elektronen, Neutronen, Isotopen oder gar Isobaren hatte. Und somit auch noch keinerlei Kenntnisse von Orbitalen, Schalen und Valenzelek-tronen – welche die jeweiligen Eigenschaften der Elemente in erster Linie hervorrufen, wie man heute weiß. Ebenso dachte man lange, mit steigender Ordnungszahl nähme auch die Atommasse linear zu. Dies wurde aber durch die natürliche Isotopenverteilung der einzelnen Elemente widerlegt.* Deshalb diktiert allein die Protonenanzahl die Reihenfolge der Elemente, und die Elektronenkonfiguration deren An-ordnung in Perioden und Gruppen. *: So besitzt 52Tellur eine Atommasse von 127,600 u, während 53Iod eine von 126,904 u aufweist.

17.1 Perioden

... bezeichnen die waagrechten Reihen in der tabellarisch gestalteten Karte namens Periodensystem der Elemente (PSE) und sind der Übersichtlichkeit halber meist mit gleicher Hintergrundfarbe unterlegt.


Die 1. Periode

... besteht nur aus den 2 Elementen Wasserstoff und Helium, da sie nur das 1s-Orbital besitzen, wel-ches wiederum nur den Aufenthaltsraum für die allerersten 2 Elektronen aufbieten kann. Die 1. Perio-de und die K-Schale stellen also im Prinzip dasselbe dar.

Die 2. Periode

... reicht von 3 Lithium bis 10 Neon und enthält neben dem 2s- auch das 2p-Orbital, so dass dort insge-samt 8 Elektronen auftreten können. Und auch wenn die 2 e⁻ im 2s-Orbital ein etwas geringeres Ener-gieniveau aufweisen als die 6 Elektronen im 2p-Orbital, so sind es dennoch grundsätzlich und immer nur diese 8 Elektronen, d.h. diese 2 Orbitale, die Schalen bilden bzw. abschließen. Bei der 2. Periode ist es also die L-Schale; was bedeutet, dass auch hier beides (Periode und Schale) dasselbe darstellt. Auch dafür gibt es verschiedene Begründungen. Dass dieses Phänomen allerdings mit Primzahlpaaren links und rechts der Zahl 6 zu tun hat, wird von Fachkreisen der Physik und der Chemie erst gar nicht in Betracht gezogen. Obwohl die Parallelen einem geradezu ins Auge stechen! DAS PRIMZAHLKREUZ

Die 3. Periode

... verläuft waagerecht von 11 Natrium bis 18 Argon und enthält das 3s- sowie das 3p-Orbital. Danach schließt sich die M-Schale bereits wieder. Nun gehört zur 3. Periode aber auch noch das 3d-Orbital. Da jedoch zuvor schon die N-Schale eröffnet und dabei das 4s-Orbital aufgefüllt wurde, rutscht das 3d-Orbital im PSE sozusagen eine Reihe nach unten, gehört aber trotzdem zur 3. Periode – genau ge-nommen aber weder mehr zur M-, noch zur N-, noch zu einer anderen Schale! Erst nach weiteren 10 Elektronen und somit erst nach den 10 darauffolgenden Elementen – nämlich die von 21 Scandium bis 30 Zink – ist die 3. Periode vollends aufgefüllt. Die 3. Periode und die M-Schale stellen also nicht mehr dasselbe dar!

Die 4. Periode

... reicht (zuerst einmal!) von 19 Kalium bis 20 Calcium und von 31 Gallium bis 36 Krypton, wodurch die N-Schale komplettiert ist. Denn wie eben erklärt und in der Tabelle auf Seite 180 ersichtlich, befindet sich dazwischen eine Lücke, da die 10 Elemente von 21 Sc bis 30 Zn noch zur 3. Periode gehören. Die 4. Periode besteht aus dem 4s-, 4p-, 4d- plus dem 4f-Orbital. Dennoch wird zuerst nur das 4s-Or-bital besetzt und anschließend in die 3. Periode zurückgehüpft, um nämlich das 3d-Orbital zu befüllen. Erst danach wird das 4p-Orbital besetzt, wodurch die N-Schale bereits wieder abgeschlossen ist. Und die Orbitale 4d und 4f werden erst ab 39 Yttrium bis 48 Cadmium sowie ab 58 Cer bis 71 Lutetium aufgefüllt.

Die 5. Periode

... ersteckt sich – natürlich wieder zuerst einmal – von 37 Rubidium bis 38 Strontium und von 49 Indium bis 54 Xenon, womit die O-Schale voll ist. Analog zu allen vorherigen Perioden enthält die fünfte aber nicht nur das 5s- und das 5p-Orbital, sondern zudem das 5d-, 5f- sowie das 5g-Orbital. Wie immer wird zuerst das 5s- besetzt und dann in die vorherige Periode zurückgesprungen, in diesem Fall, um das 4d-Orbital zu befüllen. Jedoch wird daraufhin nicht auch gleich noch das 4f-Orbital befüllt, sondern zuerst 5p-Orbital, womit sich die O-Schale wie gesagt schließt. Denn auch direkt danach wird nicht das 4f-Orbital in Angriff genommen, sondern mit dem 6s-Orbital erneut eine nächste Periode und somit die P-Schale eröffnet. Also rutschen die Elemente, welche im Laufe von 39 Yttrium bis 48 Cadmium ihr 4d-Orbital aufgefüllt be-kommen, abermals eine Reihe tiefer. Doch damit nicht genug, rutschen bei entsprechend derselben Prozedur für das 4f-Orbital die Elemente von 58 Cer bis 71 Lutetium sogar um 2 Reihen tiefer, da zuvor ja bereits die 6. Periode und somit die P-Schale eröffnet worden ist! Und dies ist nun mal maßgebend. All die hier detailliert erläuterten Perioden, Schalen und Orbitale lassen sich aus den vorangegange-nen Tabellen im Prinzip gut nachvollziehen, so dass auf die Ausführung der 6. und 7. Periode an die-ser Stelle vollends verzichtet werden kann. Denn mit der 6. und gar der 7. Periode nimmt die Anzahl der offen gebliebenen Orbitale innerhalb einer Schale d.h. einer Hauptgruppe immer mehr zu. Darüber hinaus wird es einfach auch immer umständlicher, die Reihenfolge ihrer Befüllungen schriftlich in gut verständliche Worte und Sätze zu bringen. Man möge mir dies also nachsehen.


Zugleich war und ist es äußerst wichtig, dass ein Jeder insbesondere den Aufbau und das Prinzip der Orbitale logisch verstanden hat. Denn ob man es glaubt oder nicht: Wer dies erst einmal begriffen hat, tut sich mit all der Chemie, Biochemie, Pharmakologie, Toxikologie, etc. später hundertmal leichter!

17.2 Gruppen

... werden die senkrechten Reihen im PSE genannt und sind in Haupt- und Nebengruppen eingeteilt. Die jeweils untereinander stehenden Elemente besitzen chemisch sehr ähnliche Eigenschaften zuei-nander, da sie jeweils dieselbe Anzahl an Valenzelektronen aufweisen und sich charakterlich von de-nen anderer Gruppen wesentlich unterscheiden. Dieses immer wiederkehrende Auftreten ähnlicher Ei-genschaften chemischer Elemente wird Oktett-Regel genannt. Es existieren 8 Hauptgruppen, innerhalb welchen im PSE von links nach rechts jeweils 1 Elektron auf die äußerste Schale eines Elements hinzu kommt. Was bedeutet, dass bei den ersten 2 Gruppen stets zuerst das s-Orbital der jeweiligen Periode sukzessive mit e⁻ besetzt wird, und an- bzw. abschließend das p-Orbital, welches maximal 6 e⁻ aufnehmen kann. Die Elektronen dieser 2 Orbitale (und nur die-ser beiden!) werden Valenzelektronen genannt. Immer dann, wenn diese 2 Orbitale mit ihren insgesamt 8 Elektronen befüllt sind, wird eine Schale so-zusagen geschlossen. Elemente mit 8 Valenzelektronen sind „mit sich selbst höchst zufrieden“, zeigen sich also in der Natur als besonders „träge“ und gehen deshalb kaum Verbindungen mit anderen Ele-menten ein; noch nicht einmal mit ihresgleichen! Folglich treten sie atomar singulär auf, ohne dabei e⁻ abzugeben, weshalb sie schon bei allertiefsten Temperaturen in den gasförmigen Zustand übergehen. Da die 1. Schale (K) lediglich aus einem s-Orbital besteht, ist sie naturgemäß schon mit 2 Elektronen abgeschlossen.Von der 2. Schale (L) bis zur 3. Schale (M) entsprechen die Elemente von 3 Lithium bis 10 Neon und von 11 Natrium bis 18 Argon von links nach rechts den Hauptgruppen von I bis VIII. Ab der 4. Schale (N) wird zwar bei den ersten 2 Elementen – 19 Kalium und 20 Calcium – nach wie vor zuerst deren s-Orbital besetzt, danach allerdings nicht deren p-Orbital, sondern zunächst das d-Orbital der Periode davor. Die 10 Elemente von 21 Scandium bis 30 Zink erhalten also der Reihe nach Elektronen in ihr 3d-Orbital, während deren äußere Schalen immer nur 2 Valenzelektronen enthalten. Somit weisen deren 4s-Orbi-tale zwar alle 2 e⁻ auf, deren 4p-Orbitale enthalten allerdings noch keine Elektronen. Deshalb bilden

diese 10 Elemente von links nach rechts in 10 senkrechte Nebengruppen, welche von IIIa bis VIIa, dann 3 mal VIIIa und schließlich Ia sowie IIa nummeriert sind. Warum diese so (seltsam) klassifiziert wurden, hat historische Gründe, die uns an dieser Stelle nicht weiter beschäftigen sollen und weshalb man sich jene Einteilung auch nicht unbedingt auswendig merken muss. Seite 250 f Vorerst ist nur gut zu wissen, dass alle Nebengruppenelemente Metalle, präziser: äußere Übergangs-metalle (d-Elemente) sind, in der Regel 2 Valenzelektronen aufweisen, und sich lediglich in der e⁻-An-zahl innerer Schalen unterscheiden, was zu kleinen Änderungen in ihren chemischen Eigenschaften führt. Erst, wenn diese Unterschale (im Falle dieser 10 Elemente das 3d-Orbital) voll besetzt ist, wer-den die nachfolgenden 6 e⁻ wieder in die äußere Schale (d.h. in das 4p-Orbital) der nachfolgenden 6 Elemente von 31 Gallium bis 36 Krypton eingebaut, sodass diese von links nach rechts 3 bis 8 Valenz-elektronen aufweisen und folglich wieder den Hauptgruppen III bis VIII zugeordnet werden können. Bei der 5. Schale (O) verläuft es im Prinzip genauso: Zuerst wird in 37 Rubidium und 38 Strontium deren 5s-Orbital besetzt – weswegen diese 2 Elemente in die Hauptgruppen I und II gehören – und danach sofort die Unterschale, d.h. das 4d-Orbital von 39 Yttrium bis 48 Cadmium. Also gehören auch diese 10 Elemente wieder in die o.g. Nebengruppen. Anschließend werden die 5p-Orbitale der Elemente von 49 Indium bis 54 Xenon befüllt, wodurch sie wieder in die Hauptgruppen III bis VIII gehören. Bei all die-sen Elementen der 5. Periode bleiben also deren Orbitale 4f-, 5d-, 5f-, und 5g- leer. Für die 6. Schale (P) gilt bezüglich des Elektronen-Auffüllungsprinzips an sich dasselbe, denn auch in

55 Caesium und 56 Barium wird zuerst deren 5s-Orbital besetzt, weshalb diese 2 Elemente in die Haupt-gruppen I und II gehören. Anschließend springt, wie inzwischen wohl jeder vermutet, die Reihenfolge zurück. Allerdings nicht in das noch völlig leere 4f-, sondern in das 5d-Orbital!

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 17 – DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE 185

Und damit nicht seltsam genug, wird dieses 5d-Orbital nun nicht analog mit 1 bis 10 Elektronen aufge-füllt, sondern nur mit einem e⁻, nämlich in 57 Lanthan – weshalb dieses Element der Nebengruppe IIIa zugeordnet wird. Soweit, so gut. Doch direkt danach werden die Elektronen 1 bis 14 des 4f-Orbitals in den Elementen von 58 Cer bis 71 Lutetium besetzt und bilden deshalb eine Untergruppe der Nebengrup-pe IIIa. Erst danach wird das 5d-Orbital vollends besetzt, d.h. bei den Elementen von 72 Hafnium bis 80 Hydrargyrum d.h. Quecksilber. Erst dann schließlich werden die 6 e⁻ schrittweise in das 6p-Orbital der Elemente 81 Thallium bis 86 Ra-don eingebaut, wodurch endlich auch die Hauptgruppen III bis VIII vollends befüllt und die P-Schale dadurch abgeschlossen werden kann. Wobei wiederholt darauf hingewiesen werden muss, dass ebenso diese wie alle anderen Schalen im-mer nur aus den s- und p-Orbitalen bestehen. Alle anderen Orbitale werden zwar oft Unterschalen ge-nannt, was aber nicht bedeutet, dass diese sich innerhalb einer Hauptschale befinden! Da 57 La der Nebengruppe III zugeordnet wird, gehören die Elemente von 72 Hf bis 80 Hg zu den Neben-gruppen von IVa bis VIIa, dann 3 x VIIIa und dann Ia sowie IIa. Alle Elemente von 58 Ce bis 71 Lu hin-gegen, die quasi die Lücke zwischen 57 La und 72 Hf bilden, werden Lanthanoide -oides g → ähnlich genannt, auch wenn sie nicht wirklich chemisch ähnlich zu diesem Element sind. Jedoch sind es ebenfalls alle-samt Metalle, präziser: innere Übergangsmetalle (f-Elemente). Sie werden auch als Seltene Erden oder Seltenerden bezeichnet – was abermals irreführend ist, da fast alle diese Elemente keineswegs so selten sind. Cer z.B. tritt in der Natur häufiger auf, als Arsen oder Blei. Kapitel 18.3 Für die 7. Schale (Q) gilt bezüglich des Elektronen-Auffüllungsprinzips natürlich dasselbe. Das bedeu-tet, dass die Anzahl der Orbitale abermals um 1 zunimmt – was aber nicht mehr von Bedeutung ist, da bei weitem nicht so viele Elemente im Universum existieren können, als dass diese Schale überhaupt voll wird. Dies besagt das Drei-Hoch-Vier-Gesetz! DAS PRIMZAHLKREUZ Zwar behaupten einige Möchtegern-Entdecker, seit kurzem 'existiere' auch das Element 118 Oganesson, wodurch selbst das 7p-Orbital voll besetzt und so-mit die Edelgaskonfiguration erreicht würde, so dass sich die Q-Schale schließt. Und fast alle „Wissenschaftler“ dieser „Fachwelt“ verkünden jene Sensa-tion dann auch hirnlos begeistert. Dabei kann aber dieses Element, wie schon fast alle der 24 zuvor, nur unter aberwitzig hohem Energieaufwand synthe-tisiert werden und zerplatzt dann nach einer Millisekunde auch schon wieder! Also was soll das?! Kein Element oberhalb 94 Plutonium ist auf der Erde mehr natürlich vorhanden! Und selbst 94 Pu mit seiner Halbwertszeit von 80 Millionen Jahren findet sich nur noch in Spuren in sehr altem Gestein. Mit Eröffnung der nächsten Schale wird wie immer zuerst ein frisches s-Orbital besetzt, in dem Fall das 7s-Orbital, womit 87 Francium und 88 Radium selbstredend in die Hauptgruppe I und II gehören. Danach wird, wie schon in der Reihe zuvor, nur um eine Periode zurückgehüpft, nämlich um das 6d-Orbital zu besetzen. Deshalb gehört 89 Actinium, wie schon zuvor das 57 La, in die Nebengruppe IIIa. Und da in allen Elementen, die nach 89 Ac noch soweit natürlich im Universum vorkommen, nicht weiter das 6d-, sondern nun zuerst ihr 5f-Orbital sukzessive befüllt wird, gehören auch jene zur Untergruppe der Nebengruppe IIIa und werden, analog zu den Lanthanoiden, Actinoide genannt. Auch diese sind allesamt innere Übergangsmetalle, besitzen 3 Valenzelektronen und sind dazu sämtlich instabil. Wie nun mal alle Atome, die nach dem letzten stabilen Element mit dem Namen 83 Bismut im PSE auftreten.

Die 8 Hauptgruppen in Kurzform

Das PSE formt sich von selbst. Einerseits durch die Reihenfolge der Elemente nach steigender Ord-nungszahl von 1 Wasserstoff mit seinem 1 Proton bis 94 Plutonium mit 94 Protonen. Andererseits gestal-tet sie sich tabellarisch durch Zusammenfassung chemisch verwandter Elemente in jeweilige Gruppen. 1. Hauptgruppe 1H* 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs 87Fr Alkalimetalle

Al-qalya arab. → Pottasche, dt.: Pflanzenasche 1 Valenz- e⁻

2. Hauptgruppe 4Be 12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra Erdalkalimetalle

... da Ähnlichkeiten mit beiden Nachbargruppen. 2 Valenz- e⁻

3. Hauptgruppe 5B 13Al 31Ga 49In 81Tl Bor + Erdmetalle

... da sie nur in der Erde / Erdkruste auftreten. 3 Valenz- e⁻

4. Hauptgruppe 6C 14Si 32Ge 50Sn 82Pb Tetrele

tetra- g → vier ; -ele → Kurzform für Elemente 4 Valenz- e⁻

5. Hauptgruppe 7N 15P 33As 51Sb 83Bi Pnicogene

pnigein g → ersticken ; gennao g → erzeugen 5 Valenz- e⁻

6. Hauptgruppe 8O 16S 34Se 52Te 84Po Chalkogene

wörtlich: Erzbildner ; chalkeos g → kupfern, ehern 6 Valenz- e⁻

7. Hauptgruppe 9F 17Cl 35Br 53I 85At Halogene

Hals g → Salz ; gennao g → erzeugen 7 Valenz- e⁻

8. Hauptgruppe 2He* 10Ne 18Ar 36Kr 54Xe 86Rn Edelgase

... da ähnlich reaktionsträge wie Edelmetalle. 8 Valenz- e⁻

*: Obwohl Hydrogenium in fast allen Darstellungen des PSE in der 1. Hauptgruppe steht und zum Teil ähnliche chemische Eigenschaften wie die Alkali-

metalle zeigt, kann es nicht zu ihnen gezählt werden, da Wasserstoff unter Standardbedingungen weder fest ist, noch metallische Eigenschaften auf-weist. Und Helium besitzt selbstverständlich nur 2 Valenzelektronen!


17.3 Metall Halbmetall Nichtmetall Mineral

Alle Elemente im PSE und somit im Weltall lassen sich in die ersten 3 Klassen einteilen. Die grade mal 7 Halbmetalle stellen eine schräge Trennlinie von Bor über Silicium und Arsen bis Tellur dar. Jedoch ist der Übergang fließend, weshalb nach der klassischen Definition die 3 in direkter Nachbarschaft zu As – Germanium, Selen, Antimon – ebenfalls zu den Halbmetallen zählen. Zudem können einige wei-tere Elemente (halb)metallische Modifikationen bilden. Die Verlängerung jener Trennlinie zu Astat so-wie alle Elemente rechts und oberhalb davon bilden die 17 Nichtmetalle. Alle restlichen links und un-terhalb besagter Tennlinie sind die 70 Metalle, wobei deren metallischer Charakter von oben nach un-ten und von rechts nach links zunimmt. Auch die Nebengruppenelemente bilden ausnahmslos Metalle.

17.3.1 Metalle Metallon g → Mine, Schacht, Abbaustätte

Der Begriff Metall wird auch für Legierungen und einige intermetallische Phasen verwendet. Er gilt für alle Materialien, die in festem oder flüssigem Zustand folgende 5 charakteristische metallische Stoff-eigenschaften aufweisen: • Metallischer Glanz (Spiegelglanz) • Undurchsichtigkeit • Hohe elektrische Leitfähigkeit

• Gute Verformbarkeit (Duktilität) • Hohe thermische Leitfähigkeit

All diese Eigenschaften beruhen darauf, dass der Zusammenhalt der betreffenden Atome mit der me-tallischen Bindung S. 330 erfolgt, deren wichtigstes Merkmal die im Bindungsgitter frei beweglichen Elek-tronen sind. Das bedeutet: Ein einzelnes Atom dieser Elemente hat keine metallischen Eigenschaften! Erst wenn einige solcher Atome miteinander wechselwirken und zwischen ihnen eine Bindung besteht, zeigen solche Stoffe metallische Eigenschaften. Atome dieser Elemente können sich bei superschnel-ler Abkühlung auch amorph zusammenlagern d.h. ohne ein Kristallgitter zu bilden (metallisches Glas). Ebenso können Atome anderer Elemente unter extremen Bedingungen wie z.B. enorm hohem Druck metallische Bindungen eingehen und dadurch die genannten metallischen Eigenschaften annehmen. Der Erdkern besteht größtenteils aus Eisen, da es kernphysikalisch mit das stabilste aller Elemente ist, deshalb in sehr großen Mengen dort vorkommt, und zudem eine relativ hohe Dichte besitzt. In der Erdkruste überwiegen die Nichtmetalle. Relativ häufige Metalle dort sind Aluminium, Mangan, Eisen, Titan, Calcium, Magnesium, Natrium und Kalium. Allerdings treten viele seltene Metalle in ihren Abbau-stätten stark angereichert auf. Gesteine, die nutzbare Metalle in abbauwürdigen Konzentrationen ent-halten, nennt man Erze. Zu den wichtigsten gehören Oxide, Sulfide und Carbonate. Manche Edelme-talle wie z.B. Gold treten auch gediegen d.h. in reiner Form und nicht als Verbindung (Erz oder Mine-ral) auf. Traditionell unterteilt man sie nach ihrer Dichte in Leicht- und Schwermetalle 188 sowie nach ihrer Reaktivität in Edelmetalle und unedle Metalle. Wobei letztere gute Reduktionsmittel darstellen.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Voraussetzung für die Bildung des metallischen Zustandes sind folgende Eigenschaften von Atomen: → Die Zahl der Valenzelektronen ist gering und kleiner als die Koordinationszahl 331 → Die zur Abspaltung dieser Außenelektronen notwendige Ionisierungsenergie ist klein, d.h. < 10 eV.

Daraus resultiert, dass solche Atome sich untereinander nicht über Atombindungen zu Molekülen oder Gittern verbinden können. Vielmehr ordnen sie sich zu einem Metallgitter, das aus positiv geladenen Atomrümpfen besteht, während die Valenzelektronen über das ganze Gitter verteilt sind. Das bedeutet: Keines dieser frei beweglichen e⁻ gehört mehr zu einem bestimmten Kern. Seite 332 Man kann sich die Elektronen als Teilchen eines Gases vorstellen, das den Raum zwischen den Atom-rümpfen ausfüllt. Da dieses „Elektronengas“ u.a. die gute elektrische Leitfähigkeit der Metalle bewirkt, wird das Energieniveau, auf welchem sich die freien e⁻ befinden, als Leitungsband bezeichnet. Aus dieser Bindungsart und diesem Gitteraufbau resultieren folgende typische Eigenschaften der Metalle:

• Glanz (Spiegelglanz): Die frei beweglichen Elektronen können fast die gesamte auftreffende elektro-magnetische Strahlung bis zu Wellenlängen der Röntgenstrahlung wieder emittieren. Auf diese Wei-se entstehen Glanz und Reflexion. Aus glatten Metallflächen werden deshalb Spiegel angefertigt.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 17 – DAS PERIODENSYSTEM DER ELEMENTE 187

18. Die Elemente und ihre Gruppen

Es ist sicher kein Fehler, über den jeweiligen Charakter der Hauptgruppen- sowie über den der Neben-gruppenelemente ein klein wenig zu wissen. Doch auch von jedem einzelnen Element sollte man zu-mindest ein paar seiner grundlegenden Eigenschaften sowie dessen medizinische Bedeutung kennen. Es versteht sich von selbst, dass man das meiste der folgenden 130 Seiten nicht auswendig zu lernen braucht. Ein Mal alles aufmerksam gelesen und verstanden haben, sollte allerdings jeder als Eigenan-spruch erachten. Zumal das von einem gewissen Willen an Allgemeinbildung zeugt; worauf ja in heuti-ger Smartfönzeit leider immer weniger Wert gelegt wird. Um Ihnen einen Vorgeschmack auf die Seminare und Praktika in Biochemie, Klinische Chemie, Labor und weiteren Fächern zu geben, hier ein paar Fakten bezüglich Häufigkeit und Verteilung der für den menschlichen Körper relevanten Elemente:

Element Gewicht atomar Spurenelemente „Rest“ Substanzklasse Gewicht

Sauerstoff O 56,2 % 25,4 % Eisen Fe → Hämoglobin, Cytochrome Wasser 60 %

Kohlenstoff C 28,0 % 9,4 % Iod I → Proteine, Schilddrüsenhormone Proteine 16 %

Wasserstoff H 9,3 % 63,0 % Fluor F → Zahnschmelz Lipide 10 %

Stickstoff N 2,0 % 1,2 % Zink Zn → Enzyme Kohlenhydrate 1 %

Calcium Ca 1,5 % 0,3 % Kupfer Cu → Enzyme Nukleinsäuren 1 %

Chlor Cl 1,1 % 0,3 % Mangan Mn → Enzyme Mineralstoffe 5 %

Phosphor P 1,1 % 0,2 % Selen Se → Enzyme Rest 7 %

Kalium K 0,2 % 0,06 % Chrom Cr → Enzyme

Atemluft (trocken) ein Volumen aus Schwefel S 0,2 % 0,05 % Molybdän Mo → Enzyme

Natrium Na 0,1 % 0,03 % Cobalt Co → Enzyme Sauerstoff O2 20,95 % 16,0 %

Magnesium Mg 0,1 % 0,02 % Silicium Si → vereinzelt Kohlendioxid CO2 0,05 % 4,1 %

Rest → in Spuren 0,2 % 0,04 % Aluminium Al → vereinzelt Stickstoff N2 78,10 % 79,0 %

Edelgase 0,90 % 0,9 %

Atemluftdurchsatz in der Lunge: ca. 8 Liter pro Minute. Das entspricht ca. 16 Atemzüge pro Minute bei ca. 500 ml Atemzug-volumen. Der Sauerstoffverbrauch pro Tag liegt bei 800 - 1000 Gramm, was in etwa 560 - 700 Liter bzw. 25 - 31 mol entspricht.

Wasserhaushalt des Organismus Ausscheidungsstoffe über den Harnweg

Aufnahme in 24 h Abgabe in 24 h organisch in 24 h anorganisch in 24 h

durch Speisen 1.000 ml Harn 1.500 ml Harnstoff 30 - 40 g Natriumchlorid 10 - 15 g durch Getränke 1.300 ml Lunge 550 ml Harnsäure 0,5 - 1,0 g Phosphate 3,0 - 4,0 g im Stoffwechsel 350 ml Haut 450 ml Kreatinin 0,5 - 2,5 g Schwefeltrioxid 1,5 - 3,0 g frei werdend Kot 150 ml Hippursäure 0,1 - 2,0 g Natriumoxid 4,0 - 7,0 g Summe: 2.650 ml Summe: 2.650 ml Ammoniak 0,5 - 1,0 g Kaliumoxid 2,0 - 4,0 g

18.1 Die 8 Hauptgruppen

Als Hauptgruppen bezeichnet man diejenigen 8 im PSE, die sozusagen zum s- und p-Block gehören. Deren Elemente stehen jeweils senkrecht untereinander, weisen somit alle dieselbe Anzahl an Valenz-elektronen auf und besitzen insbesondere deshalb ähnliche Eigenschaften. Nachfolgend werden die 8 Hauptgruppen bzw. alle stabilen sowie natürlich radioaktiven Elemente in diesen kurz angesprochen. Sämtliche künstlich erzeugten aber, d.h. oberhalb Element 94, aus kategorischen Gründen nicht. S. 318 Doch zu allererst muss ein ganz besonderes Element erörtert werden, welches sich in vielerlei Hinsicht von allen anderen völlig unterscheidet: Hydrogenium Wassererzeuger. Wasserstoff ist das mit Abstand am häufigsten auftretende Element im Universum. So bestand zu Anbeginn der Zeit jegliche Materie aus Wasserstoff, während alle anderen Elemente erst infolge der Kernfusionsprozesse innerhalb von Ster-nen sowie durch deren Supernovae-Explosionen am Ende ihrer Existenz gebildet wurden.


18.1.0 Hydrogenium Hydor g → Wasser ; Genesis g → Entstehung, Erzeugung

... ist das häufigste chemische Element im Weltall, jedoch nicht in der Erdrinde. Es ist Bestandteil des Wassers und beinahe aller organischen Verbindungen. Somit kommt gebundener Wasserstoff in sämt-lichen lebenden Organismen vor. Sein häufigstes Isotop enthält kein Neutron, sondern besteht lediglich aus einem Proton und einem Elektron, weshalb es das chemische Element mit der geringsten Atom-masse ist. Auf der Erde tritt Wasserstoff unter normalen Bedingungen nicht atomar auf, sondern nur in dimerisierter Form als farb- und geruchloses Gas: molekularer Wasserstoff H2. Bei bestimmten chemi-schen Reaktionen tritt er kurzzeitig atomar auf, was naszierender Wasserstoff H nasc. genannt wird. In dieser Form reagiert er besonders stark mit anderen Elementen oder Verbindungen. nascere l → entstehen Wasserstoff wurde vom engl. Chemiker CAVENDISH anno 1766 entdeckt, als er mit Metallen und Säuren experimentierte. Das dabei entstandene Gas nannte er aufgrund seiner leichten Entzündbarkeit inflam-mable air. Auf ähnliche Weise hatten allerdings schon TURQUET DE MAYERNE um 1620 und BOYLE um 1670 Knallgas erzeugt. Eine genauere Analyse geschah durch DE LAVOISIER. Der franz. Chemiker entdeckte das Gas 1787, als er in einem Experiment zeigen wollte, dass bei che-mischen Reaktionen keine Masse erzeugt wird oder verloren geht. Dabei leitete er Wasserdampf in ei-ner geschlossenen Apparatur über glühende Eisenspäne und ließ ihn an anderer Stelle kondensieren; und stellte fest, dass die Masse des kondensierten Wassers etwas geringer war als die der ursprüngli-chen Menge. Dafür war ein Gas entstanden, dessen Masse zusammen mit dem Gewichtszuwachs des oxidierten Eisens genau der „verloren gegangenen“ Wassermenge entsprach. Lavoisier untersuchte das entstandene Gas weiter und führte den heute als Knallgasprobe bekannten Versuch durch. Er nannte es daher zunächst brennbare Luft. Als er aber in weiteren Experimenten er-kannte, dass sich aus dem Gas umgekehrt Wasser erzeugen lässt, taufte er es (englisch) Hydrogene.

Vorkommen

Kurz nach der Entstehung des Universums waren nur Protonen und Neutronen nebst Elektronen vor-handen, die sich bei den vorherrschenden Supertemperaturen zu leichten Atomkernen wie 2 H und 4 He vereinigten. Die meisten Protonen blieben unverändert und stellten die zukünftigen 1

H-Kerne dar, da nach etwa 380.000 Jahren die Strahlungsdichte des Weltalls so weit abgenommen hatte, dass sich durch Zusammenschluss der Kerne mit den Elektronen Wasserstoffatome bilden konnten, ohne gleich wieder durch Photonen auseinandergerissen zu werden. Mit der weitergehenden Abkühlung des Uni-versums formten sich – ausgehend von räumlichen Dichteschwankungen, elektrostatischen Kräften (Reibung) sowie dem unvermeidlich zunehmenden Einfluss der Gravitation – allmählich Wolken aus Wasserstoffgas, die sich zunächst großräumig zu Galaxien und darin zu Protosternen zusammenball-ten. Unter dem wachsenden Druck der Schwerkraft setzte schließlich Kernfusion ein, bei der Wasser-stoff zu Helium verschmilzt. So entstanden die ersten Sterne. Sterne bestehen fast nur aus Wasserstoffplasma. Die Kernfusion von 1 H zu 4 He erfolgt primär über die Zwischenstufen 2

H Deuterium und 3 He Helium-3. Die dabei frei werdende Energie ist der Dynamo der Sterne.

Das in unserer Sonne enthaltene H2 macht den größten Teil der gesamten Masse unseres Sonnensys-tems aus. Auch Gasplaneten bestehen überwiegend daraus. Unter den extremen Drücken, die in den Tiefen dort herrschen, kann er in metallischer Form existieren. Dieser „metallische“ Kern ist elektrisch leitfähig und erzeugt das Magnetfeld der Gasplaneten. Auf der Erde bestehen nur ca. 0,1 % aus H2, bezogen auf ihre Gesamtmasse. Zudem liegt der irdische Anteil, im Gegensatz zu den Vorkommen im All, überwiegend gebunden und nur selten in reiner Form als unvermischtes Gas vor. Die bekannteste und am häufigsten auftretende Verbindung ist Wasser. Daneben sind auch Erdgase wie Methan sowie das Erdöl wichtige wasserstoffhaltige Verbindungen auf der Erde. Auch in mehr als der Hälfte aller bisher bekannten Mineralien ist Wasserstoff enthalten.

Gewinnung

Simple chemische Prozesse zur Produktion von molekularem Wasserstoff sind die Reaktion verdünn-ter Säuren mit unedlen Metallen, oder die Zersetzung von Wasser durch Alkalimetalle. Diese, im che-mischen Labor für kleine Mengen üblichen Methoden sind jedoch für die industrielle Herstellung unge-eignet und unwirtschaftlich. Ein Weg hierfür ist die Dampfreformierung. Unter hoher Temperatur und hohem Druck werden Kohlenwasserstoffe mit Wasser umgesetzt. Dabei entsteht ein Gemisch aus H2


18.1.1 Alkalimetalle Al-qalya arab → „Pottasche“

... werden alle unten tabellarisch aufgeführten Elemente der 1. Hauptgruppe genannt. Pottasche ist eine alte Bezeichnung für das aus Pflanzenasche gewonnene K2CO3 Kaliumcarbonat. In einigen Sprachen spiegelt sich dies wider; so heißt z.B. Kalium im Englischen und Französischen Potassium. Alkalimetalle sind metallisch glänzende, silbrigweiße, weiche Leichtmetalle; nur Caesium erhält schon bei geringster Verunreinigung einen Goldton. Sie sind mit dem Messer schneidbar und haben eine ge-ringe Dichte. Alkalimetalle reagieren mit vielen Stoffen teils äußerst heftig unter starker Wärmeentwick-lung; bspw. mit Wasser, Luft oder Halogenen. Besonders die schwereren Alkalimetalle können sich an der Luft selbst entzünden, daher werden sie unter Schutzflüssigkeiten wie Paraffin oder Öl (Lithium, Natrium, Kalium) bzw. unter Luftabschluss in Ampullen (Rubidium, Caesium) aufbewahrt.

Alkali- metalle

Ent- deck. jahr

Isotope Modi-fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius [ pm ] *

Schmelz- & Siedepunkt

[ K ]

spezif. Dichte [ g / cm³ ]

Oxidat. zu-

stände

1. Ionis. energie [ kJ / mol ]

elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

Farbe der

Flamme

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

3 Lithium 1817 2 2 10 2 para 0,6 0,98 60 6,94 145 / 167 453 / 1602 0,53 1 520 10,6⋅106 kaminrot

11 Natrium 1807 1 1 21 2 para 0,5 0,93 2,6 % 6. 22,99 180 / 190 370 / 1162 0,97 -1,1 496 21,0⋅106 gelb

19 Kalium 1807 3 2 24 3 para 0,4 0,82 2,4 % 7. 39,10 220 / 243 335 / 1046 0,86 -1,1 419 14,3⋅106 violett

37 Rubidium 1861 2 1 42 6 para 0,3 0,82 29 85,47 235 / 265 311 / 960 1,53 -1,1 403 7,5⋅106 rotviolett

55 Cäsium 1860 1 1 59 6 para 0,2 0,79 6,5 132,91 265 / 298 301 / 963 1,90 -1,1 376 4,8⋅106 blauviolett

87 Francium 1939 1 0 46 1 para – 0,70 1,3 ⋅ 10

-18 (223) 145 / ??? 300 / 950 2,30 1 393 3,0⋅106 –

* S. 194

Als Elemente der 1. Gruppe des Periodensystems besitzen sie nur ein schwach gebundenes s-Elek-tron, entsprechend klein sind ihre Ionisierungsenergien und Elektronegativitäten. Folglich ist ihr Oxida-tionszustand +1 und als Ionen weisen sie Edelgaskonfiguration auf. In Verbindungen kommen sie des-halb alle fast ausschließlich als einwertige Kationen vor. Alkalimetalle und ihre Salze besitzen spezifi-sche Flammenfärbungen, weswegen sie gerne für Feuerwerke benutzt werden. An der Luft reagieren Alkalimetalle langsam vollständig zum Carbonat. Ihre Reaktivität nimmt mit stei-gender Massenzahl zu, was sich in der abnehmenden Ionisierungsenergie zeigt. Also derjenigen Ener-gie, die mindestens aufgewendet werden muss, damit einem in der Gasphase befindlichen Atom / Mo-lekül sein Valenzelektron durch dessen enorme Schwingungen wegfliegt. Ebenso zeigen viele andere Eigenschaften innerhalb der 1. Hauptgruppe von oben nach unten zu- oder abnehmende Trends. Oxide Sulfide Fluoride Chloride Hydroxide Carbonate Sulfate Nitrate Oxalate Chromate

Li Li2O • Li2S # LiF 3 LiCl 832 LiOH 128 Li2CO3 13 Li2SO4 350 LiNO3 522 Li2C2O4 66 Li2CrO4 49

Na Na2O # Na2S 188 NaF 42 NaCl 358 NaOH 1090 Na2CO3 217 Na2SO4 170 NaNO3 874 Na2C2O4 37 Na2CrO4 530

Ka K2O # K2S • KF 485 KCl 347 KOH 1130 K2CO3 1120 K2SO4 111 KNO3 316 K2C2O4 360 K2CrO4 637

Rb Rb2O # Rb2S 424 RbF 1306 RbCl 910 RbOH 1801 Rb2CO3 4500 Rb2SO4 424 RbNO3 443 Rb2C2O4 • Rb2CrO4 •

Cs Cs2O # Cs2S ? CsF 3670 CsCl 1860 CsOH 3000 Cs2CO3 2615 Cs2SO4 723 CsNO3 279 Cs2C2O4 ? Cs2CrO4 712

Zahlen geben die Löslichkeit in g / l an, i.d.R. bei 20 °C Reaktion mit Wasser: * → fällt aus ; • → zerfällt ; # → reagiert heftig

3 Lithium Lithos g → Stein

... besitzt die kleinste Dichte der unter Standardbedingungen festen oder flüssigen Elemente. Aufgrund seiner hohen Reaktivität kommt es in der Natur nicht elementar, sondern nur in einigen Mineralen vor. Es ist in trockener Luft über längere Zeit stabil, reagiert jedoch langsam zu Li3N Lithiumnitrid, in feuchter Luft bildet sich an der Oberfläche rasch eine mattgraue Schicht aus LiOH Lithiumhydroxid. Die heute wichtigste Verwendung ist die in Li-Ionen-Akkumulatoren, wie sie in Laptops, Smartphones, Akkuwerkzeugen oder elektrisch betriebenen Kfz verwendet werden. Der größte Teil der Lithiumsalze wird nicht zum Metall reduziert, sondern entweder direkt als Li2CO3, LiOH, LiCl (siehe alle oben) und LiBr Lithium-

bromid eingesetzt, oder zu anderen Verbindungen umgesetzt. In der Metallurgie wird es zur Entschwefe-lung, zur Desoxidation und zur Entkohlung von Metallschmelzen eingesetzt. Lithium wird mit einigen Metallen legiert, um deren Eigenschaften zu verbessern; oft reichen schon ge-ringe Mengen dafür aus. Als Beimischung erhöht es in vielen Stoffen die Zugfestigkeit, Härte und Elas-tizität. Bahnmetall z.B. ist eine Bleilegierung mit ca. 0,04 % Li, die als Lagermaterial in Zügen benutzt wird. Auch bei Mg- und Al-Legierungen werden die mechanischen Eigenschaften durch dessen Zusatz verbessert. Li-Legierungen sind sehr leicht und werden deshalb in der Luft- und Raumfahrttechnik ver-wendet. Das für den Betrieb von Kernfusionsreaktoren nötige Tritium wird im Reaktor aus 6 Li erbrütet.


Medizinische Aspekte: Wie alle Alkalimetalle reagiert elementares Lithium schon in Berührung mit der Hautfeuchtigkeit und führt dabei zu schweren Verätzungen und Verbrennungen. Lithiumverbindungen, die in wässriger Lösung Li+-Ionen bilden, sind im Gegensatz zu entsprechenden Natrium- und Kalium-verbindungen als gesundheitsschädlich gekennzeichnet. Als Spurenelement ist Li in Form seiner Salze oft Bestandteil von Mineralwasser. Im menschlichen Körper ist es in geringen Mengen vorhanden; das Element ist aber nicht essenziell und hat keine bekannte biologische Funktion. Jedoch haben einige Lithiumsalze eine medizinische Wirkung und werden in der Therapie bei bipola-ren Affektstörungen, Manie, Depressionen und Clusterkopfschmerzen eingesetzt. Dabei ist die geringe therapeutische Breite des Lithiumblutspiegels zu beachten, welche zwischen 0,6 und 1,1 mmol / l liegt. Bereits an deren oberer Grenze kann es bei empfindlichen Menschen zu beherrschbaren, reversiblen Nebenwirkungen kommen. Liegt der Li-Blutspiegel deutlich darüber, steigt die Gefahr erheblicher bis schwerer Nebenwirkungen wie Tremor, Rigor, Übelkeit, Erbrechen, Herzrhythmusstörungen und Leu-kozytose steil an. Ein weiterer Aspekt, der in Pharma- und anderen Kreisen oft verschwiegen wird, ist die Tatsache, dass sich die zu behandelnden Symptome nach Absetzen der Lithiumpräparate bei fast allen Patienten deutlich verschlimmern, verglichen zu denen vor Beginn der Therapie mit solchen Me-dikamenten. Nicht von ungefähr kursiert ja auch der Spruch „Einmal Lithium, immer Lithium“. Insbesondere in psychiatrischen Anstalten.

11 Natrium

... ist über natrun arab von netjerj ägypt abgeleitet, was in etwa göttlich bedeutet. Das Mineral Soda, also Na2CO3 Natriumcarbonat ⋅ 10 H2O, wurde bereits vor Jahrtausenden aus Salzseen gewonnen. Daraus hat sich in romanischen aber auch slawischen Sprachen das Wort Sodium abgeleitet. Die Griechen über-nahmen diesen Begriff als Nitron, die Römer als Nitrium. Selbst das Element Nitrogenium entsprang aus diesem Wortstamm, da es sich beim ursprünglichen Salpeter um NaNO3 Natriumnitrat handelte. Na ist das 6.-häufigste Element in der Erdhülle und unter Normbedingungen ein wachsweiches, silber-glänzendes und hochreaktives Metall. Neben NaCl kommen auch andere Na-Salze in der Natur vor, so ist Chilesalpeter als NaNO3 in Reinform eines der wenigen natürlichen Nitratminerale. Aufgrund seiner sehr guten Wasserlöslichkeit kommt es aber nur in extrem trockenen Gegenden wie der Atacamawüste in Chile vor. Vor Erfindung des Haber-Bosch-Verfahrens war Natriumnitrat der wichtigste Rohstoff für viele Düngemittel und Sprengstoffe. Auch Na2CO3 wird in einigen Mineralen natürlich gefunden. Das bekannteste ist das o.g. Soda; es wird in großen Mengen abgebaut und v.a. in der Glasherstellung ver-wendet. Daneben existieren noch eine Vielzahl weiterer Na-Mineralen. Natrium dient als Katalysator für künstlichen Gummi; als Kühlmittel bei thermisch hoch beanspruchten Auslassventilen in Verbrennungsmotoren und bei Schnellen Brütern; zur Lichterzeugung in Na-Dampf-lampen, da jene das charakteristische gelbe Na-Licht aussenden und weswegen sie v.a. zur Straßen-beleuchtung verwendet werden; und als Reduktionsmittel bei der Metallgewinnung (Ti, Zr, Ta, U, etc.).

Medizinisch betrachtet ist Natrium für alle Tiere essentiell. Im tierischen Organismus ist Na gemein-sam mit Cl das 9.-häufigste Element und stellt nach Ca und K das 3.-häufigste anorganische Ion; in Le-bewesen liegt es in Form von Na+-Ionen vor. Im menschlichen Körper sind bei einem mittleren Körper-gewicht von 70 kg gut 100 g in Form von Na+-Ionen enthalten, wovon ⅔ als NaCl und ⅓ als NaHCO3 Na-hydrogencarbonat vorliegen. Da es dort 90 % der extrazellulären Elektrolyte ausmacht, bestimmt die Na+-Konzentration über das Gefäßvolumen sowie über das der interstitiellen Flüssigkeit. Natrium hat derart umfassende Funktionen und hochrangige Bedeutung in der Medizin, sodass hier nur auf die Biochemie und Physiologie verwiesen werden kann. Bei Pflanzen hingegen spielt es eine untergeordnete Rolle. Während K+ für alle Organismen sowie für die meisten Mikroorganismen essen-tiell ist, wird Na+ nur von wenigen benötigt. Da also fast alle Pflanzen Na+ nur in geringen Mengen ent-halten, müssen viele Pflanzenfresser zusätzliches NaCl aus natürlichen Salzvorkommen aufnehmen.

19 Kalium A-qalya arab → Pflanzenasche

... ist das 7.-häufigste Element in der Erdhülle und kommt in der Natur nur als Kation in K+-Verbindun-gen vor, kovalente Verbindungen sind daher nicht bekannt. Im Meerwasser liegt seine Konzentration im Mittel bei 408 mg / l. An der Luft überzieht sich die silberweiß glänzende Schnittfläche des frischen Metalls sehr rasch mit einer bläulich schimmernden Schicht aus Oxid, Hydroxid und etwas Carbonat. Analog zu den anderen Alkalimetallen reagiert K mit vielen Elementen und Verbindungen zumeist sehr

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.1 – DIE 8 HAUPTGRUPPEN 199

85 Astat(um) astatos g → unstet, unbeständig sein

... ist das seltenste aller natürlicher Elemente. Die Gesamtmenge in der Erdkruste beträgt gerade mal 25 g. Aufgrund der Tatsache, dass es auf der Halbmetalltrennlinie liegt, besitzt At zwar gewisse halb-metallische Eigenschaften. Da es sich jedoch chemisch weitgehend wie die anderen Halogene verhält, wird es (eher) den Nichtmetallen zugeordnet. At ist Zwischenprodukt der Uran- sowie Thoriumzerfallsreihe. Sämtliche Isotope sind radioaktiv, wobei künstliches 210

At mit einer HWZ von 8 h das langlebigste ist. Chemisch verhält sich Astat sehr ähnlich wie Iod (u.a. sammelt es sich wie dieses in der Schilddrüse an), spielt aber in der technischen Chemie letztlich keine Rolle. In der Nuklearmedizin dient es in organischen Verbindungen zur Bestrahlung bös-artiger Tumore, wofür es durch Beschuss von Bismut mit α-Teilchen in einem Energiebereich von 26 bis 29 MeV hergestellt wird. Dabei erhält man die Isotope 209

At bis 211 At, die dann im Stickstoffstrom

bei ca. 550 °C sublimiert und schließlich an einer gekühlten Platinscheibe abgetrennt werden.

18.1.8 Edelgase

... auch Inertgase iners l → träge, matt genannt, bilden die letzte d.h. 8. Hauptgruppe im PSE, welche die 6 Elemente Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und das radioaktive Radon umfasst. Vom künstlich er-zeugten Oganesson können stets nur ein paar Atome hergestellt werden... nur, um sie schon eine Milli-sekunde später wieder zerfallen zu 'sehen'. Deshalb darf dieses völlig überflüssige „Element“ bei ge-sundem Menschenverstand gelassen ignoriert werden. Das einheitliche Hauptmerkmal sämtlicher Edelgasatome ist, dass alle ihre Elektronenschalen entwe-der vollständig mit e− besetzt oder komplett leer sind. Es treten also nur gefüllte Atomorbitale auf – was dazu führt, dass Edelgase selbst unter Extrembedingungen kaum chemische Reaktionen eingehen. Nur Kr und Xe ganz wenige. Alle Elemente der 8. Hauptgruppe sind bei Raumtemperatur farblose ein-atomige Gase, die auch mit sich selbst keine Moleküle bilden. Dieser geringen Reaktivität verdanken sie ihren Gruppennamen, welcher an die ebenfalls nur wenig reaktiven Edelmetalle angelehnt wurde. Edel- gase

Ent- deck. jahr

Isotope Modi- fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius [ pm ] *


[ K ]

spezif. Dichte

[ mg / cm³ ]

Oxidat. zu-

stände


elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

Farbe der

Flamme

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

2 Helium 1895 2 2 6 1 dia – – 0,004 4,00 ?? / 31 1 / 4 0,18 0 2372 Isolator ^ gelb/hellrosa

10 Neon 1898 3 3 17 1 dia – – 0,005 20,18 ?? / 38 24 / 27 0,90 0 2081 Isolator ^ orangerot

18 Argon 1894 3 3 21 1 dia – – 3,6 39,95 71 / 71 84 / 87 1,78 0 1521 Isolator ^ rosa / violett

36 Krypton 1898 6 5 34 1 dia – – 2⋅10-5 83,80 ?? / 88 116 / 121 3,75 0,2 1351 Isolator ^ hellblauweiß

54 Xenon 1898 9 6 37 2 dia – – 9⋅10-6 131,29 ??? / 108 161 / 165 5,90 0,2,4,6,8 1170 Isolator ^ taglichthell

86 Radon 1900 5 0 46 1 dia – – 6⋅10-16 (222) ??? / 120 202 / 211 9,73 0,2 1037 Isolator ^ rot

*: S. 194 ^: S. 193

2 Helium Helios g → Sonne

... konnte auf der Erde erst anno 1895 nachgewiesen werden. Wobei es Hinweise auf dieses Element schon gut 25 Jahre zuvor gab: Nämlich als man bei Untersuchungen des Lichtspektrums der Chromo-sphäre der Sonne eine bis dahin unbekannte gelbe Spektrallinie fand. He bleibt bis zu allertiefsten Temperaturen gasförmig, wird erst nahe am absoluten Nullpunkt flüssig, und ist die einzige Substanz, die unter Normaldruck selbst bei 1 K nicht fest wird. Es tritt nur atomar auf und ist neben Neon das einzige Element, für das selbst unter Extrembedingungen bislang keine Verbindungen nachgewiesen werden konnten, die nicht sofort nach ihrer Bildung wieder zerfallen sind. Terrestrisch ist 4

He das häufigste stabile Isotop. Daneben tritt das extrem seltene 3 He stabil auf. Die 2

e− des He-Atoms bilden die abgeschlossene kugelsymmetrische Elektronenhülle des 1s-Orbitals. Die-se Elektronenkonfiguration ist energetisch äußerst stabil; es gibt kein anderes Element mit einer höhe-ren Ionisierungsenergie und einer geringeren e−-Affinität. Helium ist trotz seiner größeren Elektronen-zahl kleiner als Wasserstoff und damit das kleinste Atom überhaupt. Im Weltall ist es nach Wasserstoff das zweithäufigste Element; es ist im Inneren von Sternen durch Fusion von 2 H entstanden. Auf der Erde wird 4

He in Form von α-Teilchen beim α-Zerfall verschiedener radioaktiver Elemente wie Uran oder Radium gebildet, indem es dann anderen Atomen 2 e− entreißt. Der Großteil des auf der Er-de vorhandenen Heliums ist daher nicht stellaren Ursprungs, sondern schart sich so entstanden in na-

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.1 – DIE 8 HAUPTGRUPPEN 247

Alle Radon-Isotope sind radioaktiv. Im Mittel findet sich in der Erdatmosphäre 1 Rn-Atom auf 1021 Mo-leküle in der Luft und ist damit der seltenste Bestandteil dort. Seine Quellen sind im Gestein und Erd-reich in Spuren vorhandenes Uran und Thorium, die langsam gespalten und in deren Zerfallsreihen es gebildet wird. Radon diffundiert dann aus den oberen Bodenschichten ins Grundwasser, in Bergwerke, Höhlen, Rohrleitungen und in die Atmosphäre. Aus tiefergelegenen Erdschichten erreicht es die Ober-fläche nicht, da es bereits auf dem Weg dorthin zerfällt. Mit 9,73 kg / m3 ist Rn das mit Abstand dichteste elementare Gas und kann sich deshalb v.a. in Kellern und unteren Stockwerken von Gebäuden in physiologisch kritischen Mengen sammeln. Vornehmliche Gefahrenquelle ist dabei nicht das Rn selbst, sondern seine Zerfallsprodukte – wobei Poloniumisotope am stärksten zur Belastung durch α-Strahlung beitragen. Mit einer Effektivdosis von 1 mSv pro Person und Jahr hat es den bei weitem größten Anteil am Gesamtstrahlungsaufkommen an der Erdoberfläche, gefolgt von der direkten terrestrischen Strahlung mit 0,4 mSv / Jahr, der direkten kosmischen Strahlung und den natürlicherweise in der Nahrung vorkommenden radioaktiven Stoffen mit je 0,3 mSv pro Jahr. In der Radonbalneologie soll es das menschliche Immunsystem stimulieren und dabei Krankheiten lin-dern. Radon gelangt durch Inhalation in Wannenbädern oder hoch aktiver radonhaltiger Luft durch die Haut in den menschlichen Organismus. Unter Strahlenschutzaspekten ist diese zusätzliche Strahlen-exposition zwar gering, jedoch nicht vernachlässigbar. In der Hydrologie kann der Radongehalt eines Gewässers Aufschluss über dessen Grundwasserzu-fluss geben. Regenwasser enthält nahezu kein Rn, Oberflächenwasser ist ebenfalls fast radonfrei, da es von dort rasch in die Atmosphäre übergeht. Grundwasser hingegen weist Konzentrationen auf, die um mehrere Größenordnungen über denen von Oberflächengewässern liegen. Daher ist ein hoher Ra-Gehalt im Oberflächenwasser ein Indikator für den Einfluss von Grundwasser. In vielen Ländern stützt sich die Erdbebenvorhersage auch auf Radonmessungen. Leichte Erschütterungen des Erdreiches sorgen für eine raschere Ausbreitung des in der Erde entstehenden Radongases, als unter normalen Bedingungen. In unterirdischen Hohlräumen steigt dadurch die Radonkonzentration messbar an.

18.2 Die 10 Nebengruppen

... ebenso ausführlich zu erörtern wie die 8 Hauptgruppen, würde den Rahmen dieses Buches einmal mehr sprengen. Zugleich sind physiologisch betrachtet viele Nebengruppenelemente essentiell wichtig, insbesondere 24 Chrom, 25 Mangan, 26 Ferrum, 27 Cobalt, 29 Cuprum, 30 Zink und 42 Molybdän. Darüber hinaus sind etliche Grundstoffe pharmakologisch, toxikologisch, diagnostisch oder therapeu-tisch von großer Bedeutung, wie z.B. 22Titan, 28 Nickel, 47 Argentum, 48 Cadmium, 78 Platin, 79 Aurum und 80 Hydrargyrum, weshalb diese etwas ausführlicher vorgestellt werden. Und schließlich soll auf das eine oder andere Element auch der Allgemeinbildung halber ein klein wenig näher eingegangen werden.

Wie bereits in Kapitel 17.2 erklärt, bezeichnet man diejenigen 8 Säulen des PSE als Hauptgruppen, die zum s- und p-Block gehören. Die 10 zwischen der 2. und 3. Hauptgruppe werden Nebengruppen des d-Blocks genannt, da sie von links nach rechts ihr 3 / 4 / 5d-Orbital sukzessive mit Elektronen auf-füllen. Folglich besitzen deren äußerste Schalen zwar alle bereits jeweils 2 Elektronen in ihren 4 / 5 / 6s-Orbitalen, allerdings noch kein einziges e⁻ in ihren 4 / 5 / 6p-Orbitalen. Sämtliche Nebengruppenelemente sind sog. d-Element-Übergangsmetalle. Sie weisen (i.d.R.! S. 180 f) alle 2 Valenzelektronen auf und unterscheiden sich somit nur in der e⁻-Anzahl ihrer inneren Schalen, was zu nur kleinen Änderungen in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften führt. Elemente unterschiedlicher Nebengruppen sind sich daher oft ähnlicher als solche verschiedener Hauptgruppen.

Bei den d-Block-Elementen von Scandium bis Zink werden die d-Orbitale entlang ihrer Periode aufge-füllt. Außer Kupfer und Chrom haben alle d-Block-Elemente der 3. Periode 2 Elektronen im 4s-Orbital. Wie auf Seite 182 dargestellt, befindet sich das 4s-Orbital in einem niedrigeren Energiezustand als das 3d-Orbital. Da Atome bestrebt sind, einen tiefstmöglichen Energiezustand einzunehmen, werden die 4s-Schalen stets zuerst befüllt. Die Ausnahmen bei Cr und Cu, die nur ein e⁻ in ihrem äußeren Orbital besitzen, sind durch Elektronenabstoßung begründet. Deren Aufteilen auf 4s- und 3d-Orbitale führt al-so in Einzelfällen zu niedrigeren Energiezuständen, als zuerst 2 e⁻ im äußeren s-Orbital zu platzieren.


Physikalische und chemische Eigenschaften

Übergangselemente zeichnen sich generell durch hohe Zugfestigkeiten, hohe Dichten sowie durch ho-he Schmelz- und Siedepunkte aus. Wie andere Eigenschaften der Übergangsmetalle, sind auch diese auf die Fähigkeit der Elektronen der d-Orbitale zurückzuführen, innerhalb des Metallgitters delokalisiert zu sein Seite 187. In metallischen Stoffen sind diese Eigenschaften umso stärker ausgeprägt, je mehr e⁻ zwischen den Kernen aufgeteilt werden. Durch die Teilbesetzung ihrer d-Orbitale können ungepaarte Elektronenspins auftreten, wodurch atomar ein magnetisches Moment entsteht. In solchen Fällen zei-gen sowohl die reinen Übergangsmetalle als auch ihre Verbindungen paramagnetisches, ferro-, ferri- oder antiferromagnetisches Verhalten. Kapitel 15 Darüber hinaus bilden sie aufgrund ihrer atomaren Struktur oft Komplexe Kap. 26. Für uns (angehende) Mediziner am bekanntesten ist natürlich das zentrale Eisen im Häm-Komplex des Hämoglobins; aber auch Cobalamin und weitere Verbindungen in den Zellen des menschlichen Organismus zeigen diese Art von Molekularstruktur. Neben der Transportfunktion des Häm besitzen Metallkomplexe häufig auch katalytische Funktion; so in der Photosynthese, der Atmung oder der Energiegewinnung aus der Nah-rung. In der Industrie ist z.B. Eisen der Katalysator für das Haber-Bosch-Verfahren. Nickel und Platin werden für die Hydrierung von Alkenen verwendet. Palladium eignet sich sehr gut für katalysierte C-C-Kupplungsreaktionen, etc. Des Weiteren können Übergangsmetalle aufgrund ihrer verschiedenen Oxidationszustände oft farbige Verbindungen ausbilden. Die unterscheiden sich sogar bei ein und demselben Element: MnO4

− Perman-

ganat mit Mangan in der Oxidationsstufe 7 ist eine violette Verbindung, Mn2+ dagegen ist blassrosa. Cr2+-Verbindungen sind i.d.R. blau, Cr3+-Verbindungen grün, während Cr6+-Verbindungen gelb bis orange sind. Eine wesentliche Rolle bei der Farbgebung kann Komplexbildung spielen, die Liganden besitzen nämlich einen großen Einfluss auf die d-Schale. Sie ziehen teilweise die d-Elektronen an und heben diese in höhere oder niedrigere Orbitale; und somit in höhere respektive niedrigere Energiezustände.

Oxidationszustände

Im Vergleich zu Elementen der 1. und 2. Hauptgruppe treten die Ionen der Übergangselemente in zahl-reichen Ox-Zuständen auf. Ca-Atome z.B. geben nur 2 e⁻ ab, da sie so eine Edelgaskonfiguration er-halten. Sie liegen folglich in der Oxidationsstufe 2+ vor – wohingegen ein Übergangselement um bis zu 12 Elektronen variieren kann, wie dies an Iridium zu beobachten ist. Betrachtet man die Ionisationsen-thalpien beider Gruppen, so erkennt man auch den Grund dafür: Die Energie, die zur Entfernung von Elektronen von Ca notwendig ist, ist niedrig – so lange, bis man versucht, e⁻ unterhalb seines äußeren s-Orbitals zu entfernen. Ca3+ hat eine derart hohe Ionisationsenthalpie, dass es normalerweise nicht dazu kommt. Dagegen zeigen Übergangselemente wie z.B. Vanadium aufgrund der geringen Energie-differenz zwischen den 3d- und 4s-Orbitalen relativ linear ansteigende Ionisationsenthalpien entlang ih-rer Orbitale. Solche Elemente kommen daher auch mit sehr hohen Oxidationszahlen vor. Im Allgemei-nen sind solche Elektronenkonfigurationen bevorzugt, die entweder halb besetzt oder voll besetzt sind.

Wie in Kapitel 16.2 erörtert, werden Nebengruppen durch römische Zahlen klassifiziert – was aber ver-altet ist und weshalb sie hier primär mit dem jeweils ersten Element ihrer Nebengruppe betitelt werden.

18.2.1 IIIa Sc-Gruppe

Ent- deck. jahr

Isotope Modi-fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius

[ pm ] S. 194


[ K ]


mögliche Oxidat.-

zustände


elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

21 Scandium 1879 1 1 36 3 para 2,5 1,36 26 44,96 160 / 184 1814 / 2003 2,99 3 633 1,81⋅106

39 Yttrium 1794 1 1 60 5 para ? 1,22 5 88,91 180 / 212 1799 / 3203 4,47 3 600 1,66⋅106

57 Lanthan 1839 2 1 49 3 para 2,5 1,10 17 138,91 195 / ??? 1199 / 3743 6,17 3 538 1,63⋅106

89 Actinium 1899 2 0 36 1 para ? 1,10 6⋅10-14 (227) 195 / ??? 1323 / 3573 10,07 3 499 ?

Die Elemente dieser 1. Nebengruppe sind in ihren chemischen Eigenschaften den vorausgehenden, also jenen der 2. Hauptgruppe (Erdalkalimetalle), ähnlicher als denen der 3. Hauptgruppe (Erdmetalle). Es sind sämtlich silbrig weiße Metalle, die in der Natur nicht gediegen auftreten. Weiterhin ist ihnen ge-meinsam, dass das äußere d-Orbital 1-fach, das äußere s-Orbital aber 2-fach besetzt ist, weshalb sie in Verbindungen bis auf wenige Ausnahmen in der Oxidationsstufe +3 vorliegen. Elektrochemisch sind sie alle unedler als Aluminium und edler als die Erdalkalimetalle – wobei der unedle Charakter mit stei-gender Atommasse zunimmt. Und abgesehen vom radioaktiven Actin sind sie alle Reinelemente. S. 174

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.2 – DIE 10 NEBENGRUPPEN 251

21 Scandium Scandia l → Skandinavien

findet sich als Beimengung in geringer Konzentration in einigen 100 Mineralen. Als Hauptbestandteil ist Sc lediglich in 5 enthalten. Anwendung findet es z.B. als ScI3 Sc-iodid in Hochleistungshochdruckqueck-silberdampflampen (z.B. Stadionbeleuchtung); zusammen mit Holmium und Dysprosium entsteht eine tageslichtähnliche Helle. Als ScCl3 Sc-chlorid ist es in Mikromengen ein wichtiger Bestandteil im Katalysa-tor bei der HCl-Herstellung. Zur Erhöhung der Ummagnetisierungsgeschwindigkeit wird ScCl3 magne-tischen Datenträgern zugesetzt. Als Legierungszusatz zeigt Sc gefügestabilisierende und korngrößen-feinende Effekte. Es wird deshalb beigemengt, wo Gewichtsreduzierung bei sehr beanspruchten Ma-terialien wichtig ist (Kampfflugzeuge, Revolver, Rennräder). Medizinisch ist über Sc nichts bekannt.

39 Yttrium siehe Terbium Seite 303

wurde als Mineralbeimengung erstmals in der Erzgrube YTTERBY entdeckt. Y-haltige Minerale sind stets mit anderen Seltenerdmetallen verschwistert; auch in Uranerzen kann es enthalten sein. Kommerziell abbauwürdig sind Monazitsande (La,Ce,Nd,Th,Sm,Gd)[PO4]-Minerale mit bis zu 3 %, und Bastnäsit (Ce,La,Nd)[(F,OH)|CO3] mit 0,2 % Yttrium; und in Xenotim Y[PO4] / Yttriumphospht / Ytterspat ist es der Hauptbestandteil. An der Luft ist Y recht beständig, dunkelt aber unter Licht. Frische Schnittstellen können sich ab 400 °C entzünden. Metallisch wird es in der Reaktortechnik als Legierung für Rohre verwendet, in einer davon mit Cobalt als Seltenerdmagnet. Ferner findet Y in Legierungen und in Keramiken für λ-Sonden, Zünd-kerzen, Supraleitern, etc. Anwendung. Oxidische Verbindungen werden als Laserkristall, v.a. aber als Y2O3 Yttriumoxide und Y4S3O3 Yttriumoxidsulfide in Fernsehbildröhren und Leuchtstofflampen genutzt. In der Medizin gilt Y als giftig. Als reiner β-Strahler wird 90

Y in der Nuklearmedizin eingesetzt. So zur Radiosynoviorthese, zur Radionuklidtherapie von Knochenmetastasen und zur Radioimmuntherapie.

57 Lanthan(ium) lanthanein g → versteckt sein

war in einem vermeintlich reinen Ce(NO3)3 Cernitrat „versteckt“ entdeckt worden. Natürlich tritt es nur in mineralischen Verbindungen auf, vergesellschaftet mit anderen Lanthanoiden. Hauptsächlich sind das die schon oben genannten Minerale Monazit und Bastnäsit. La ist duktil, weshalb es als Legierung mit Cobalt und Titan oft verwendet wird. Mischmetalle wie pyro-phore Werkstoffe für Zündsteine enthalten viel Lanthan. In der Metallurgie dient es als Reduktionsmit-tel, als Gusseisenzusatz fördert es die Bildung von Kugelgraphit, als Legierungszusatz bewirkt es eine Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit, oder reduziert die Härte sowie die Temperaturempfindlichkeit von Molybdän. Auch als Oxid oder als Carbonat findet es Verwendung; so ersetzt La2O3 Lanthanoxid gifti-gere Bleiverbindungen in Essgeschirr (Weingläser, Porzellanglasuren). Zudem verbessert es die Be-ständigkeit gegen Laugen; das Geschirr wird so spülmaschinenfest. In der Medizin werden aus Lanthanmetallen korrosionsbeständige und gut sterilisierbare Instrumente hergestellt. Besonders gut geeignet ist die Zugabe von Lanthan zu Titan, da bei chirurgischen Eingrif-fen die Allergieneigung im Verhältnis zu anderen Metalllegierungen gering ist. In Medikamenten finden Lanthancarbonate Anwendung zur Senkung des PO4-Spiegels bei Dialysepatienten (Phosphatbinder).

89 Actinium Aktis g → Strahl

wurde in einer UO2-Probe Uraninit / Pechblende 308 entdeckt und wegen seiner starken Radioaktivität, die es im Dunkeln in einem hellblauen Licht leuchten lässt, so benannt. Da in Uranerzen nur wenig Ac vorhan-den ist sowie durch seinen recht zügigen Zerfall (ca. 21 a), wird das Isotop 227Ac technisch durch Be-strahlung von 226

Ra mit Neutronen in Kernreaktoren hergestellt. Actinium ist relativ weich, sehr reaktionsfähig und wird von Luft und Wasser angegriffen; überzieht sich aber mit einer Schicht Ac2O3 Actinoxid, die es vor weiterer Oxidation schützt. Das Ac3+-Ion ist farblos und sein chemisches Verhalten ähnelt sehr dem Lanthan. In der Medizin spielt Actinium keine Rolle.

18.2.2 IVa Ti-Gruppe

Ent- deck. jahr

Isotope Modi-fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius

[ pm ] S. 194


[ K ]


mögliche Oxidat.-

zustände


elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

22 Titan 1791 5 5 23 3 para 6,0 1,54 0,41 % 47,87 140 / 176 1941 / 3560 4,50 -2,-1,0,1,2,3,4 1310 2,50⋅106

40 Zirconium 1789 5 3 34 3 para 5,0 1,33 210 91,22 155 / 206 2130 / 4682 6,50 1,2,3,4 640 2,36⋅106

72 Hafnium 1923 6 5 56 3 para 5,5 1,30 4,2 178,49 155 / 208 2506 / 4876 13,28 -2,0,1,2,3,4 659 3,12⋅106


18.3 Die Lanthanoide und die Actinoide

Aufgrund ihrer Ähnlichkeit werden die 14 Lanthanoide sowie die 5 (natürlichen!) Actinoide im Perioden-system zusammengefasst und bilden den f-Block. Präzise: die Lanthanoide bilden den 4f-Block, und die Actinoide bilden den 5f-Block. -oides g → ähnlich

All ihre Elemente stehen zwischen der Scandium- und der Titangruppe, d.h. zwischen der 1. und 2. Ne-bengruppe. An sich gehören die Elemente Lanthan und Actinium zur Sc-Gruppe, doch aufgrund des praktischen Gebrauchs entschied die IUPAC S. 255, sie zu den Lanthanoiden und Actinoiden zu zählen. Lanthanoide und Actinoide werden zwar zu je einer Gruppe gebündelt, sind aber keine im Sinne der an-deren Nebengruppen, sondern Perioden! Sie gehören allesamt zu den Metallen, verfügen über metal-lischen Glanz sowie über hohe elektrische sowie thermische Leitfähigkeiten. Von den Elementen des 4f-Blocks ist eins radioaktiv, von denen des 5f-Blocks sind dies alle. Sämtlichen gemein ist das vorwie-gende Auftreten der Oxidationsstufe + 3 in Verbindungen, der basische Charakter ihrer Oxide, sowie das reaktive Verhalten der Metalle gegenüber Wasser und Nichtmetallen. Die Unterschiede im Atomaufbau zwischen den einzelnen Lanthanoiden-Mitgliedern liegt in der Anzahl ihrer 4f-Elektronen; also dem drittäußersten Orbital, das für chemische Reaktionen zu weit innen liegt. Die dafür relevanten Valenzelektronen sind die 6s- und die 5d-Orbitale, in welchen die 14 Lanthanoide grundsätzlich zwei 6s- und ein oder kein 5d-Elektron aufweisen – bei allen aber das 5p6-Orbital voll ist.

18.3.1 Lanthanoide

Ent- deck. jahr

Isotope Modi-fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius

[ pm ] S. 194


[ K ]


mögliche Oxidat.-

zustände


elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

58 Cer 1803 4 1 43 6 para 2,5 1,12 43 140,12 185 / ??? 1068 / 3743 6,77 3,4 534 1,35⋅106

59 Praseodym 1895 1 1 52 5 para ? 1,13 5,2 140,91 185 / 247 1208 / 3403 6,48 2,3,4 527 1,43⋅106

60 Neodym 1895 7 5 44 6 para 2-3 1,14 22 144,24 185 / 206 1297 / 3303 7,00 2,3,4 533 1,56⋅106

61 Promethium 1945 0 0 56 3 para ? 1,15 1,5⋅10-15 (145) 185 / 205 1353 / 3273 7,20 3 540 1,33⋅106

62 Samarium 1879 7 5 42 6 para ? 1,17 6 150,36 185 / 238 1345 / 2173 7,54 2,3 544 1,06⋅106

63 Europium 1901 2 1 53 3 para ? 1,19 0,1 151,96 185 / 231 1099 / 1713 5,25 2,3 547 1,11⋅106

64 Gadolinium 1880 7 5 40 7 fe / pa 1,5 1,20 5,9 157,25 188 / 233 1585 / 3273 7,89 2,3 593 0,76⋅106

65 Terbium 1843 1 1 60 6 para ? 1,21 0,9 158,93 175 / 225 1629 / 3396 8,25 3,4 566 0,87⋅106

66 Dysprosium 1886 7 6 41 5 para ? 1,22 4,3 162,50 175 / 228 1680 / 2873 8,56 3 573 1,08⋅106

67 Holmium 1878 1 1 66 3 para ? 1,23 1,1 164,93 175 / 226 1734 / 2873 8,78 3 581 1,23⋅106

68 Erbium 1842 6 6 42 4 para ? 1,24 2,3 167,26 175 / 226 1802 / 3173 9,05 3 589 1,16⋅106

69 Thulium 1879 1 1 60 3 para ? 1,25 0,2 168,93 175 / 222 1818 / 2223 9,32 2,3,4 597 1,48⋅106

70 Ytterbium 1878 7 5 40 6 para ? 1,26 2,5 173,04 175 / 222 1097 / 1703 6,97 2,3 603 4,00⋅106

71 Lutetium 1907 2 1 75 4 para ? 1,27 0,7 174,97 175 / 217 1925 / 3603 9,84 3 524 1,72⋅106

Lanthanoide ist die Gruppenbezeichnung der o.g. 14 Elemente, die auch Metalle der Seltenen Erden genannt werden. Allerdings sind sie allesamt keineswegs so selten, wie diese Bezeichnung suggeriert. Am Aufbau der Erdkruste sind sie zu einem Massenanteil von immerhin 0,2 ‰ beteiligt. Die missver-ständlich Kurzbezeichnung Seltene Erden stammt aus der Zeit der Entdeckung dieser Elemente und beruht auf der Tatsache, dass jene Metalle alle zuerst in seltenen Mineralien in Form ihrer Oxide (was man einst Erden nannte) gefunden und daraus isoliert wurden. Nur Promethium, ein kurzlebiges radio-aktives Element, ist in der Erdkruste wirklich selten. Andere wie Cer, Yttrium und Neodym treten in der Erdkruste häufiger auf, als z.B. Blei, Molybdän oder Arsen. Selbst Europium und Thulium, die seltens-ten stabilen Elemente der Seltenerdmetalle, sind 10 mal häufiger vorhanden als Gold oder Platin. Die Bezeichnung Metalle der Seltenen Erden ist insofern passend, als dass größere Lagerstätten von geeigneten Mineralien tatsächlich selten sind. Die Elemente treten zumeist nur in jeweils sehr kleinen Mengen in sehr vielen, weit verstreut lagernden Mineralien sowie als Beimischungen in anderen Mine-ralien auf. Ein Großteil der industriellen Gewinnung von Seltenerdmetallen geschieht daher als Neben-produkt durch die chemische Aufbereitung bei der Gewinnung anderer, stärker konzentriert vorliegen-der Metalle aus deren Erzen. Ferner unterscheidet man Leichte und Schwere Selten-Erde-Elemente:

• Leichte SSE sind 21 Scandium plus die 7 Elemente von 57 Lanthan bis einschließlich 63 Europium. • Schwere SSE sind 39 Yttrium plus die 8 Elemente von 64 Gadolinium bis einschließlich 71 Lutetium.


tektor in Personendosimetern zur Messung niedriger Strahlendosen ; Tm-Kristalle werden als aktives Medium in diodengepumpten Festkörperlasern (λ 2 µm) mit einem Gesamtwirkungsgrad bis 10 % bei maximal 60 W Lichtleistung verwendet ; Tm:SiO2 thuliumdotiertes Kieselglas als aktives Medium in Faserlasern (λ 2 µm) wird mit einem differentiellen Wirkungsgrad von 53 % bei einer Leistung > 1.000 W betrieben.

70 Ytterbium

ist nach seinem Erstfundort abgeleitet, der Erzgrube YTTERBY, wie dies auch bei Erbium, Terbium und Yttrium der Fall ist; da die Schweden vom Ruhm ihrer einen kleinen Mine nicht genug kriegen konnten. Yb ist wie die anderen Lanthanoide ein silberglänzendes weiches Metall, besitzt aber eine ungewöhn-lich niedrige Dichte. Deutlich geringer, als die der benachbarten Lanthanoide Thulium und Lutetium. Dasselbe gilt für seinen Schmelz- und Siedepunkt. Diese Werte stehen der sonst geltenden Lanthan-oidenkontraktion entgegen und werden durch die eˉ-Konfiguration des Ytterbium verursacht: Durch die

vollständig gefüllte f-Schale stehen nur die 2 Valenzelektronen 6s2 für metallische Bindungen zur Ver-fügung. Es kommt daher zu geringeren Bindungskräften und somit zu einem deutlich größeren Metall-atomradius. Vergleichbares ist auch bei Europium zu beobachten. Yb und seine Verbindungen werden nur in sehr geringem Umfang kommerziell eingesetzt. Als Legie-rungsbestandteil verbessert es die Kornfeinung, Festigkeit und mechanischen Eigenschaften rostfreien Stahls, und wie andere Lanthanoide wird es als Dotierungsmittel für Yb:YAG-Laser ytterbiumdotiertes YttriumAlu-

miniumGranat genutzt. Vorteile gegenüber Nd:YAG-Lasern liegen in der höheren möglichen maximalen Do-tierung, einer längeren Lebensdauer des höheren Energieniveaus sowie einer größeren Absorptions-bandbreite. Auch in Faserlasern ist Yb ein wichtiges Dotierungsmittel, das aufgrund ähnlicher Vorteile wie beim YAG-Laser besonders für Hochleistungsfaserlaser genutzt werden kann. Dazu zählen die ho-he Dotierung, ein großer Absorptionsbereich (850 - 1.070 nm) und ebenso der große Emissionsbereich zwischen 970 und 1.200 nm. Experimentell wurde Ytterbium als Alternative zu Cäsium für den Betrieb von Atomuhren untersucht. Dabei konnte eine viermal so hohe Genauigkeit gemessen werden. Medizinisches: Yb tritt nur in minimalen Mengen im Körper auf und hat keine biologische Bedeutung. Nur wenige Lebewesen wie Flechten sind in der Lage, dieses Element aufzunehmen und besitzen Yb-Gehalte bis mehr als 900 ppb; bei Braunalgen wurde eine Biosorption bis 0,9 mmol / g gemessen. YbF3 Ytterbium-III-fluorid wird als inerter sowie nichtgiftiger Füllstoff in der Zahnmedizin verwendet, wo es kontinu-ierlich das für die Zahngesundheit wichtige F ˉ freisetzt. Zudem ist es ein gutes Röntgenkontrastmittel. Zugleich sind Ytterbium und seine löslichen Verbindungen leicht toxisch und gelten z.T. als teratogen.

71 Lutetium Lutetia l → (das heutige) Paris

wurde 1907 als vorletztes Lanthanoid annähernd zeitgleich und unabhängig voneinander durch drei Chemiker entdeckt. Nur das instabile Promethium wurde noch später gefunden. Sowohl der Franzose URBAIN, der Österreicher AUER VON WELSBACH als auch der Amerikaner JAMES untersuchten das 1878 vom Schweizer GALISSARD DE MARIGNAC entdeckte Ytterbium genauer. Kurzum: Nach langer Streiterei zwischen Paris und Wien, verstärkt durch die damalige politische Lage, wurde die Entdeckung jenes Elements Urbain zugesprochen, der es schließlich nach dem alten Namen von Paris benannte. Seite 297 Lu ist ein weiches, silberglänzendes Schwermetall. Als das Lanthanoid mit der höchsten Ordnungszahl bewirkt die Lanthanoidenkontraktion, dass es mit 175 pm den kleinsten Atomradius aufweist und in der Folge auch die höchste Dichte und den höchsten Schmelz- plus Siedepunkt aller Lanthanoide besitzt. Metallisch hat das Element keine wirtschaftliche Bedeutung und wird nur in geringen Mengen für wis-senschaftliche Zwecke verwendet. Wie die anderen Lanthanoide ist Lutetium als Legierung Bestandteil von Mischmetallen. In Verbindun-gen kann Lutetium als Katalysator für das Cracken von Erdöl und für Polymerisationsreaktionen oder als Dotierungsmittel für Magnetblasenspeicher aus Gd-Ga-Granat genutzt werden. Die technisch wich-tigste Lu-Verbindung ist Lu2SiO5 Lutetiumoxyorthosilicat: mit Cer dotiert ist sie ein Szintillator und wird in Szin-tillationszählern in der PET PositronenEmissionsTomographie eingesetzt. Aufgrund der extrem kurzen Abklingzeit von 40 ns hat es dort andere Materialien wie Bi4Ge3O12 Bismutgermanat verdrängt. LuAG LutetiumAluminiumGranat, das bspw. mit Europium dotiert ist, wird u.a. in Infrarotlasern sowie als Leuchtstoff in weißen Leucht-dioden und Feldemissionsbildschirmen verwendet.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.3 – LANTHANOIDE UND ACTINOIDE 305

18.3.2 Actinoide

Ent- deck. jahr

Isotope Modi-fika-

tionen

Mag-netis-mus

Härte nach MOHS

EN PAU- LING

Anteil Erdhülle

[ ppm ]

Atom- masse

[ u ]

Atom- radius

[ pm ] S. 194


[ K ]


mögliche Oxidat.-

zustände

1. Ionis.- energie [ kJ / mol ]

elektr. Leitf.-keit

[ S / m ]

na-türl.

sta-bil

syn-thet.

90 Thorium 1829 1 0 35 3 para 3,0 1,30 11 (232) 180 / ??? 2028 / 5061 11,72 2,3,4 578 6,67⋅106

91 Proactinium 1917 1 0 29 2 para ? 1,50 9⋅10

-8 (231) 180 / ??? 1841 / 4273 15,37 3,4,5 568 5,56⋅106

92 Uranium 1789 3 0 31 3 para 6,0 1,38 3,2 (238) 139 / ??? 1406 / 4203 19,16 3,4,5,6 598 3,24⋅106

93 Neptunium 1940 0 0 24 3 para ? 1,36 4⋅10

-14 (237) 130 / ??? 912 / 4175 20,45 3,4,5,6,7 605 8,20⋅106

94 Plutonium 1941 1 0 30 6 para ? 1,28 2⋅10

-16 (244) 151 / ??? 912 / 3503 19,82 3,4,5,6,7 585 6,80⋅105

Analog zu den Lanthanoiden existiert auch die Gruppe der Actinartigen, die sich ebenfalls aus 14 Ele-menten zusammensetzt – die für fast alle Wissenschaftler auch faktisch vorkommen und sich von 89 Ac bis 103 Lr erstrecken. Alle sind sie radioaktiv. Da jedoch auf der Erde kein Element oberhalb 94 Pu mehr natürlich auftritt, sondern solche Elemente stets nur unter irrsinnigem Energieaufwand künstlich her-gestellt werden können, deren Isotope dann zumeist auch schon nach Millisekunden wieder zerfallen, werden nachfolgend lediglich die 5 real existierenden Elemente vorgestellt. Und ebenso wie Lanthan bei den Lanthanähnlichen, gehört auch Actinium im Sinne des Begriffes nicht zu den Actiniumähnlichen; doch auch hier folgt die IUPAC 255 dem praktischen Gebrauch. Und wie die Lanthanoide gehören sie zu den inneren Übergangs- oder f-Block-Elementen, da in diesen Reihen die f-Unterschalen mit eˉ aufgefüllt werden. Bei den Actinoiden ist das der 5-f-Block. Alle bilden sie 3-fach geladene Ionen und werden wie das Ac als Untergruppe der 3. Nebengruppe aufgefasst. Dabei treten die „leichteren“ Actinoide (Th bis Am) in einer größeren Anzahl von Oxidationszahlen auf, als die ent-sprechenden Lanthanoide, und bilden hierbei in wässriger Lösung sehr unterschiedliche Farben:

Ox.-zahl Thorium Proactinium Uranium Neptunium Plutonium Americium + 3 Th3+ tiefblau Pa3+ blauschwarz U3+ purpurrot Np3+ purpurviolett Pu3+ tiefblau Am3+ gelbrosa

+ 4 Th4+ farblos Pa4+ blassgelb U4+ smaragdgrün Np4+ gelbgrün Pu4+ orangebraun Am4+ gelbrot

+ 5 PaO2+ farblos UO2

+ blasslila NpO2+ grün PuO2

+ pink AmO2+ gelb

+ 6 UO22+ gelb NpO2

2+ rosarot PuO22+ altrosé AmO2

2+ zitronengelb

+ 7 NpO23+ tiefgrün PuO2

3+ blaugrün AmO23+ dunkelgrün

Oxide ThO2 PaO2 UO2 NpO2 PuO2 AmO2

Chloride UCl3 NpCl3 PuCl3 AmCl3

Die 4-wertigen Oxide kristallisieren im kubischen, die 3-wertigen Chloride im hexagonalen Kristallsys-tem. Dabei ist die Struktur des UCl3 Uran-III-chlorid die Leitstruktur für eine Reihe weiterer Verbindungen. Actinoide sind sämtlich radioaktiv und bis auf Th, Pa, U, Np und Pu auf der Erde nicht mehr vorhanden. 244

Plutonium tritt in geringsten Spuren primordial gebildet im Mineral Bastnäsit noch immer auf. Das langlebigste schwerere Nuklid nach 244

Pu, das 247 Curium, existiert – allein schon aufgrund immer

wieder stattfindener Supernovae – mit Sicherheit in größeren Mengen im Universum. Von 1 Tonne Cu sind nach 500 Millionen Jahren noch immer 0,2 mg vorhanden; was auf eine größere Häufigkeit schlie-ßen lässt, als sie die Elemente der natürlichen radioaktiven Zerfallsreihen aufweisen, die sich auf der Erde im Grunde genommen allesamt von Thorium und Uran ableiten. Seite 317 f

90 Thorium Thor altnord → Gottheit des Donners

Ein Bub fand 1828 auf der norwegischen Insel LØVØYA ein schwarzes Mineral und gab es seinem Va-ter, einem führenden Geologen. Der konnte diese Probe keinem bisher bekannten Mineral zuordnen, vermutete aber eine unbekannte Substanz darin und sandte sie deshalb an den schwedischen Chemi-ker J.J. BERZELIUS. Der stellte fest, dass dieses Mineral, dem späteren Thorit, zu fast 60 % aus einer neuen Erde bestand, benannte das dem Oxid zugrunde liegende Metall Thorium, und veröffentlichte seine Entdeckung 1829. Rund 70 Jahre später spürten M. CURIE und G. SCHMIDT die Radioaktivität von Th auf, die Reindarstellung des Metalls gelang LELY und HAMBURGER erstmals 1914. Thoriumverbindungen finden sich häufig in Monazitsanden S. 298, die oft 4 - 12 % ThO2 Thoriumdioxid / Th-IV-oxid enthalten können. Auch findet es sich im mit Zr[SiO4] Zirkon isomorphen ThSiO4 Thorit und in (Th,U)O2 Tho-

rianit. Zudem enthalten CaTi[O|SiO4] Titanit und Zirkon geringe Mengen dieses Elements. In der Erdkruste kommt Thorium mit einer Häufigkeit von 7 - 13 mg / kg vor und ist damit 2 - 3 Mal so häufig wie Uran. Auf-grund ihres lithophilen Charakters sind diese 2 Elemente in fast allen silikatischen Gesteinen in gerin-gen Mengen vertreten, weshalb die weltweit jährlich für die Stromerzeugung verwendete Kohle u.a. et-


wa 104 t U und 2,5 ⋅ 104

t Th enthält – die entweder in die Umwelt gelangen, oder in Filterstäuben und Kraftwerksaschen sich anreichern. Vereinzelt gibt es daher Bestrebungen, Uran aus dieser Asche zu gewinnen. Thorium wird in Kanada, USA, Brasilien, Australien, Indien, Sri Lanka, Norwegen und Lapp-land abgebaut; stille Vorkommen von ca. 8 ⋅ 105

t liegen in der Türkei. Reines Th ist silbrig weiß und behält seinen Glanz an der Luft für einige Monate. Oxidisch verschmutzt läuft es langsam an und wird über grau zu schwarz. Seine physikalischen Eigenschaften hängen sehr von der Verschmutzung durch sein Oxid ab; viele reine Sorten enthalten einige Promille ThO2. Hoch-rein ist das Metall weich, sehr dehnbar, und kann kalt gewalzt und gezogen werden. Thorium ist polymorph mit 2 bekannten Modifikationen: Ab 1.400 °C wandelt es sich von einer kubisch flächenzentrierten zu einer kubisch raumzentrierten Struktur um. Von H2O wird es nur langsam ange-griffen und löst sich auch in vielen verdünnten Säuren (HF, HNO3, H2SO4) sowie in konzentrierter HCl und H3PO4 nur langsam; in Königswasser und rauchender Salpetersäure löst es sich gut. Pulverförmig wirkt Th bei feiner Verteilung pyrophor und verbrennt an der Luft mit weißer, hell leuchtender Flamme. Verwendung fand Thorium in Form von ThO2 für die Produktion von Glühstrümpfen, die man herstellte, indem man Stoffgewebe mit einer Lösung aus 99 % Th(NO3)4 und 1 % Ce(NO3)3 Cer-III-nitrat tränkte. Beim ersten Anzünden verbrannte das organische Gewebe und das Th(NO3)4 zerfiel in Thoriumdioxid und in nitrose Gase. Dabei blieb eine zerbrechliche Struktur zurück, die in der Gasflamme ein weißes Licht ab-gab. Th kann zur Herstellung des spaltbaren Isotops 233

U genutzt werden. Doch anders als im U-Pt-Brut-reaktor, dem Schnellen Brüter, ist das auch in einem solchen möglich, wo die Kernspaltung durch ther-mische Neutronen erfolgt – was am besonders hohen Wirkungsquerschnitt von 232

Th für den Einfang eines thermischen Neutrons liegt. Die erreichbaren Raten sind bei einem Thermischen Brüter aber ge-ringer, als beim Schnellen Brüter. Aus 232

Thorium wird durch Neutronenbestrahlung 233 Thorium erbrü-

tet, das über 233 Proactinium in 233

Uran zerfällt.

232

1

→ 233

βˉ →

22,3 min

233

βˉ →

29,97 d

233

Th + n Th Pa U 90 0 90 91 92

Da Thorium auf der Erde 4 Mal häufiger auftritt als Uran, könnte dieses Element nach der zu erwarten-den Abnahme der weltweiten Uranvorräte in Zukunft eine wichtige Energiequelle sein. Wobei eine Nu-kleartechnik unter Einbeziehung von Thorium erhebliche Proliferationsrisiken beinhaltet. Zur Verbesserung der Zündeigenschaften der Elektroden beim WIG-Schweißen WolframInertGas wurde 4 % ThO2 beigemischt. Moderne WIG-Elektroden arbeiten mit Cer-Zusätzen. Als Glühelektrodenwerkstoff eingesetzter Wolframdraht wird zur Verringerung der Elektronenaustrittsarbeit mit 1 - 3 % ThO2 dotiert, was die Reduzierung der zu einer vergleichbaren Emission notwendigen Temperatur in Elektronenröh-ren ermöglicht und das Startverhalten von Entladungslampen verbessert. Im Lampenbau wird dieses Element ferner als Getter 205 in Form von ThO2-Pillen oder Th-Folie eingesetzt. Das Oxid wurde auch dem Glas für optisch hochwertige Linsen zugesetzt, um solche mit großem optischen Brechungsindex bei kleiner optischer Dispersion zu produzieren. Optische Geräte aus der Zeit des zweiten Weltkriegs und der frühen Nachkriegsjahre enthalten manch-mal Thoriumglas. Solche Linsen besitzen einen leichten, sich mit der Zeit verstärkenden Gelbstich, der durch intensive Bestrahlung mit UV-Licht zumindest teilweise entfernt werden kann. Auch hier wird auf-grund der von ihm ausgehenden Strahlung thoriumhaltiges Glas heute nicht mehr kommerziell herge-stellt und kann durch lanthanhaltige Gläser ersetzt werden. Medizinisches: Knochen enthalten 2 - 12 µg / kg Thorium, durch Nahrung werden 0,1 - 3 µg von diesem radioaktiven Metall täglich aufgenommen. Die akute chemische Toxizität von Thorium wird als gering eingeschätzt und hauptsächlich auf seine Radioaktivität zurückgeführt, was mit der schlechten Wasser-löslichkeit von 0,1 ng / l des reinen Metalls sowie des zumeist vorkommenden ThO2 zusammenhängt. Lediglich in sehr saurem Milieu ab pH < 4 löst sich Thorium besser; auch Oxalate und andere Komplex-bildner erhöhen die Wasserlöslichkeit. Das 232

Th mit einer HWZ von 14 Milliarden Jahren ist wesentlich schwächer radioaktiv (geringere Dosis-leistung 148) als 238

U, da durch die längere Halbwertszeit weniger Zerfälle pro Sekunde stattfinden und folglich auch die Konzentration seiner kurzlebigen Zerfallsprodukte geringer bleibt. Thorium ist sowohl ein α- als auch ein γ-Strahler und deshalb gefährlich bei Inhalation und Ingestion; Th-haltige Metall-stäube und Oxide sind aufgrund ihrer Lungengängigkeit radiotoxisch gefährlich und können Krebs aus-lösen. Bei Lagerung und Umgang mit diesem Element und seinen Verbindungen ist auch die stete An-

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.3 – LANTHANOIDE UND ACTINOIDE 307

Unterkritikalität kann durch ausreichend kleine Massen oder durch sichere Geometrie erreicht werden; d.h. die Oberfläche ist groß genug, sodass mehr Neutronen verloren gehen, als bei neutroneninduzier-ten Spaltungen entstehen. Auch der Einsatz neutronenabsorbierender Materialien wie Bor ist hilfreich, um frei werdende Neutronen vor möglichen neuen Spaltungsreaktionen abzufangen. Zu beachten ist, dass die kritische Masse durch die Anwesenheit bestimmter Stoffe, aufgrund deren neutronenmode-rierender oder -reflektierender Wirkung, auch stark gesenkt werden kann; so z.B. durch Wasser. Das wie auch 240

Pu in Kernreaktoren stets miterbrütete 241 Pu wandelt sich mit einer HWZ von 14 Jahren

in 241 Americium um, das große Mengen relativ weicher γ-Strahlung abgibt. Diese Am-Konzentration er-

reicht in gelagertem Plutonium nach etwa 70 Jahren ihren Höchststand. Weil Pu-Isotope selbst kaum γ-Strahlung abgeben, nimmt diese und damit die Dicke der benötigten Abschirmung aufgrund des ge-bildeten 241

Am zunächst deutlich zu, um nach jener Zeit der Lagerung wieder abzunehmen. Wegen der erheblich längeren HWZ (432 Jahre) erfolgt diese Abnahme deutlich langsamer als sein Anstieg.

18.4 Die 4 Zerfallsreihen

... im Sinne einer abschließenden Zusatzinformation, um die vorangegangenen Seiten mit all ihren in-stabilen Elementen und damit letztlich auch dieses ganze riesige Kapitel 18 zu einem runden Ende zu bringen. Welches als Übergang von der Physik zur Chemie gedacht und in diesem Buch deshalb mit chemische Elemente betitelt worden ist. Selbst wenn dieser Begriff in seinem Grundsatz mehr um-fasst, als eine kurze Besprechung des Periodensystems. Doch endlich einmal war diese klar geordnet! In der Natur tritt zu fast 100 % nur noch 232

Thorium auf, da es mit 1,4 ⋅ 1010 Jahren die mit großem Ab-stand längste HWZ aller Isotope oberhalb des letzten stabilen Elements im PSE aufweist – sofern man die Behauptung ausblendet, dass 209

Bismut instabil sei und eine HWZ von 1,9 ⋅ 1019 Jahren aufzeige...

Wo doch das Universum selbst „grade mal“ 1,5 ⋅ 1010 Jahre alt sein soll. Einst nahm man in der Physik an, dass das 232

Th der Anfang einer natürlich auftretenden Zerfallsreihe sei, weshalb diese 232

Thorium-Reihe genannt wurde und zumeist immer noch so bezeichnet wird. Und noch immer geht die Physik davon aus, dass es insgesamt 3 solcher gibt; d.h. zu der genannten noch die 235

Uran-Actinium- und die 238 Uran-Radium-Reihe. Doch längst ist klar, dass das Ausgangsnuklid

der Th-Reihe in Wahrheit 244 Plutonium ist, mit einer HWZ von immerhin 8 ⋅ 107 Jahren. Zumindest, so-

fern wir bis zum Anbeginn unseres Sonnensystems blicken wollen. Da aber seither fast alles Pu zerfallen ist und aufgrund der superlangen HWZ des 232

Th sämtliche Müt-ter, Großmütter-, etc.-Nuklide davor sich bei 232

Thorium quasi aufgestaut haben, kommt dieses instabi-le Isotop auf der Erde (noch immer) weit häufiger vor, als jedes andere natürlich radioaktive Element. Lediglich Uran reicht in dieser Hinsicht an Thorium heran; selbstverständlich aus demselben Grund. Denn zumindest 238Uran mit seiner enormen HWZ von 4,5 ⋅ 109 Jahren dürfte nach wie vor das Primor-dialnuklid der o.g. Zerfallsreihe darstellen. 235Uran dagegen mit seiner HWZ von 7 ⋅ 108 Jahren ist wohl ebenfalls nur das noch immer reichlich vorhandene Stauprodukt des inzwischen längst komplett zerfal-lenen 247

Curium als dem wahren Ausgangsnuklid dieser Zerfallsreihe, das ebenfalls eine enorm lange HWZ (1,6 ⋅ 107 Jahre) aufweist bzw. aufwies. Und 237

Neptunium schließlich wurde und wird von fast al-len Physikern der Systematik zuliebe als das Ausgangsnuklid einer vierten Zerfallsreihe angesehen. Bedenkt man jedoch, dass dieses Startisotop zwangsläufig längst dasselbe Schicksal erlitten hat wie

Cm, nämlich dass Np schlicht komplett zerfallen und somit nicht mehr da ist, im Gegensatz zu Cm aber kein „Stau-Isotop“ eines leichteren Elements in seiner Reihe vorliegt, so stellt diese Reihe (bildlich for-muliert) seit langem nur noch ein äußerst spärlich tröpfelndes Rinnsal dar, im Gegensatz zu den noch immer fließenden Bächen der drei anderen Zerfallsreihen. Darüber hinaus darf anhand der Tatsache, dass auch noch schwerere Nuklide als das 237

Neptunium zu ihm zerfallen, zumindest vermutet werden, dass selbst 237

Np nicht das eigentliche Primoridalnuklid dieser Zerfallsreihe ist. So zum Beispiel das zu Urzeiten vorliegende 241

Americium, welches wiederum zu einem guten Teil von noch höheren Elementen herrühren dürfte... Bei welchen aber, je höher deren Ordnungszahl, desto kürzer nun mal in der Regel deren Halbwertszeit ist. Seite 319


Immerhin besagt die zahlentheoretische Systematik 4 ⋅ n + m, dass es in Wahrheit 4 Zerfallsreihen geben muss. Wobei n die natürlichen Zahlen 59, 59, 61, 61 (die höchstwahrscheinlich nicht zufällig prim sind!) für die 4 Primordialnuklide darstellt, und für m je eine der Ziffern 0, 1, 2, 3 gilt.

• 237 Neptunium die (4n+1)-Reihe, nur inoffiziell auftretend als 237

Neptunium-Reihe, mit dem Endnuklid 209 Bismut

• 238 Uran die (4n+2)-Reihe, nach wie vor real auftretend als 238

Uran-Radium-Reihe, mit dem Endnuklid 206 Blei

• 247 Curium die (4n+3)-Reihe, heute real auftretend als 235

Uran-Actinium-Reihe, mit dem Endnuklid 207 Blei

• 244 Plutonium die (4n+0)-Reihe, heute real auftretend als 232

Thorium-Reihe, mit dem Endnuklid 208 Blei

18.4.1 Die 237 Neptunium-Reihe 18.4.2 Die 238

Uran-Zerfallsreihe

Nu- klid

Art des Zerfalls

Halb- wertszeit

Energie [MeV]

Zerfalls-produkt

Nu- klid

Art des Zerfalls

Halb- wertszeit

Energie [MeV]

Zerfalls-produkt

241 Pu β− 99,99 %

14,4 a 0,021 241 Am 238

U α 4,47 ⋅ 109 a 4,270 234 Th

α 0,01 % 5,140 237 U 234

Th β− 24,1 d 0,198 234m Pa

241 Am α 432 a 5,638 237

Np 234m Pa β

− 99,84 % 1,17 min 2,271 234

U 237

U β− 6,75 d 0,519 IÜ* 0,16 % 0,074 234 Pa

237 Np α 2,14 ⋅ 106 a 4,959 233

Pa 234 Pa β− 6,7 h 2,197 234

U 233

Pa β− 27 d 0,571 233 U 234

U α 2,4 ⋅ 105 a 4,859 230 Th

233 U α 1,59 ⋅ 105 a 4,909 229

Th 230 Th α 7,54 ⋅ 104 a 4,770 226

Ra 229

Th α 7.880 a 5,168 225 Ra 226

Ra α 1.602 a 4,871 222 Rn

225 Ra β− 14,9 d 0,357 225

Ac 222 Rn α 3,82 d 5,590 218

Po 225

Ac α 10,0 d 5,935 221 Fr 218

Po α 99,98 % 3,05 min 6,115 214

Pb 221

Fr α 99,90 % 4,9 min 6,458 217

At β− 0,02 % 0,265 218 At

β− 0,10 % 0,312 221 Ra 218

At α 99,90 % 1,5 s 6,874 214

Bi 221

Ra α 28,0 s 6,886 217 Rn β− 0,10 % 2,883 218

Rn 217

At α 99,99 % 32,3 ms 7,202 213

Bi 218 Rn α 35 ms 7,263 214

Po β− 0,01 % 0,740 217

Rn 214 Pb β− 26,8 min 1,024 214

Bi 217

Rn α 0,54 ms 7,889 213 Po 214

Bi β− 99,98 % 19,9 min 3,272 214

Po 213

Bi β− 97,90 % 45,5 min 1,426 213

Po α 0,02 % 5,617 210 Tl

α 2,10 % 5,982 209 Tl 214

Po α 164 µs 7,883 210 Pb

213 Po α 4,2 ms 8,537 209

Pb 210 Tl β− ≈ 100 % 1,30 min 5,484 210

Pb 209

Tl β− 2,20 min 3,980 209 Pb 210

Pb β− ≈ 100 % 22,3 a 0,064 210 Bi

209 Pb β− 3,25 h 0,644 209

Bismut 210 Bi β− ≈ 100 % 5,01 d 1,161 210

Po 209

Bi α 1,9 ⋅ 1019 a 3,137 205 Thallium 210

Po α 138,4 d 5,407 206 Blei

18.4.3 247 Curium-Zerfallsreihe

Nu- klid

Art des Zerfalls

Halb- wertszeit

Energie [MeV]

Zerfalls-produkt

↓

247 Cm α 15,6 ⋅ 106 a 5,353 243

Pu 223 Ra α 11,4 d 5,979 219

Rn 243

Pu β− 4,96 h 0,579 243 Am 219

At α 97 % 56 s 6,390 215

Bi 243

Am α 7.370 a 5,438 239 Np β− 3 % 1,700 219

Rn 239

Np β− 2,36 d 0,722 239 Pu 219

Rn α 3,96 s 6,946 215 Po

239 Pu α 2,4 ⋅ 104 a 5,245 235

U 215 Bi β− 7,6 min 2,250 215

Po 235

U α 7,04 ⋅ 108 a 4,679 231 Th 215

Po α ≈ 100 % 1,78 ms 7,526 211 Pb

231 Th β− 25,5 h 0,389 231

Pa 211 Pb β− 36,1 min 1,373 211

Bi 231

Pa α 3,28 ⋅ 104 a 5,149 227 Ac 211

Bi α 99,72 % 2,14 min 6,751 207

Tl 227

Ac β− 98,62 % 21,8 a 0,045 227

Th β− 0,28 % 0,579 211 Po

α 1,38 % 5,042 223 Fr 211

Po α 0,52 s 7,595 207 Blei

227 Th α 18,7 d 6,146 223

Ra 207 Tl β− 4,77 min 1,423 207

Blei 223

Fr β− 99,99 % 22,0 min 1,149 223

Ra α 0,01 % 5,430 219

At *: (Kern)Isomerieübergang

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.4 – DIE 4 ZERFALLSREIHEN 317

Nachfolgend sind von allen Transplutoniden* die 4 Isotope mit den jeweils längsten Halbwertszeiten aufgeführt. Und um einen guten Überblick auf alle instabilen Elemente zu erhalten, sind die von 84 Polo-nium bis 94 Plutonium sowie 43 Technetium und 61 Promethium dieser Tabelle vorangestellt.

Isotop mit der... längsten HWZ 2.-längsten HWZ 3.-längsten HWZ 4.-längsten HWZ.

43 Technetium 98 Tc 4,2 ⋅ 106 a 97

Tc 2,6 ⋅ 105 a 99 Tc 2,1 ⋅ 105 a 97m1

Tc 90,1 d 61 Promethium 145

Pm 17,7 a 146 Pm 5,53 a 147

Pm 2,62 a 144 Pm 363 d

83 Bismut 209 Bi 1,4 ⋅ 1019 a 208

Bi 3,4 ⋅ 106 a 210m1 Bi 3 ⋅ 106 a 207

Bi 31,55 a 84 Polonium 209

Po 102 a 208 Po 2,90 a 210

Po 138,4 d 210 Po 8,8 d

85 Astat 210 At 8,1 h 211

At 7,21 h 209 At 5,41 h 207

At 1,8 h 86 Radon 222

Ra 3,82 d 224 Ra 1,78 h 221

Ra 25 min 223 Ra 23,2 min

87 Francium 223 Fr 21,8 min 222

Fr 14,2 min 221 Fr 4,9 min 225

Fr 4,0 min 88 Radium 228

Ra 5,75 a 226 Ra 14,9 d 223

Ra 11,4 d 224 Ra 3,66 d

89 Actinium 227 Ac 21,8 a 225

Ac 10 d 226 Ac 1,22 d 228

Ac 6,15 h

90 Thorium 232 Th 1,4 ⋅ 1010 a 230

Th 7,5 ⋅ 104 a 229 Th 7.917 a 228

Th 1,91 a 91 Proactinium 231

Pa 3,3 ⋅ 104 a 233 Pa 26,97 d 230

Pa 17,4 d 229 Pa 1,5 d

92 Uran 238 U 4,5 ⋅ 109 a 235

U 7 ⋅ 108 a 236 U 2,3 ⋅ 107 a 234

U 2,4 ⋅ 105 a 93 Neptunium 237

Np 2,1 ⋅ 106 a 236 Np 1,5 ⋅ 105 a 235

Np 1,09 a 234 Np 4,4 d

94 Plutonium 244 Pu 8 ⋅ 107 a 242

Pu 3,7 ⋅ 105 a 239 Pu 2,4 ⋅ 104 a 240

Pu 6.564 a

95 Americium 243 Am 7.370 a 241

Am 432,2 a 242m1 Am 141 a 240

Am 2,12 d 96 Curium 247

Cm 1,5 ⋅ 107 a 248 Cm 3,5 ⋅ 105 a 245

Cm 8.500 a 250 Cm 8.300 a

97 Berkelium 247 Bk 1.380 a 248

Bk 9 a 249 Bk 330 d 245

Bk 4,94 d 98 Californium 251

Cf 900 a 249 Cf 351 a 250

Cf 13,1 a 252 Cf 2,65 a

99 Einsteinium 252 Es 1,29 a 254

Es 276 d 255 Es 39,8 d 253

Es 20,5 d 100 Fermium 257

Fm 100,5 d 253 Fm 3 d 252

Fm 25,4 h 255 Fm 20,1 h

101 Mendelevium 258 Md 51,5 d 260

Md 27,8 d 257 Md 5,52 h 259

Md 1,6 h 102 Nobelium 259

No 58 min 255 No 3,1 min 253

No 1,7 min 254 No 55 s

103 Lawrencium 262 Lr 3,6 h 261

Lr 39 min 260 Lr 3 min 256

Lr 28 s

104 Rutherfordium 267 Rf 1,3 h 263

Rf 15 min 261m1 Rf 1,3 min 257

Rf 4,7 s 105 Dubnium 268

Db 16 h 267 Db 1,2 h 262

Db 34 s 263 Db 27 s

106 Seaborgium 268 Sg 2,4 min 266

Sg 21 s 265 Sg 10 s 268

Sg 0,8 s 107 Bohrium 267

Bh 17 s 272 Bh 9,8 s 266

Bh 1,7 s 265 Bh 0,94 s

108 Hassium 270 Hs 30 s 269

Hs 9,7 s 263 Hs 0,9 s 275

Hs 0,19 s 109 Meitnerium 274

Mt 20 s 276 Mt 0,72 s 268

Mt 0,07 s 275 Mt 9,7 ms

110 Darmstadtium 282 Ds 1,1 min 281

Ds 9,6 s 280 Ds 7,6 s 279

Ds 0,18 s 111 Roentgenium 280

Rg 3,6 s 279 Rg 170 ms 274

Rg 6,4 ms 278 Rg 4,2 ms

112 Copernicium 285 Cn 34 s 283

Cn 4 s 284 Cn 101 ms 277

Cn 0,69 ms

113 Nihonium 287 Nh 20 min 286

Nh 5 min 285 Nh 2 min 284

Nh 0,48 s 114 Flerovium 285

Fl 5 s 289 Fl 2,7 s 288

Fl 0,8 s 287 Fl 0,51 s

115 Moscovium 291 Mc 1 min 290

Mc 10 s 289 Mc 10 s 288

Mc 87 ms 116 Livermorium 293

Lv 53 ms 292 Lv 18 ms 290

Lv 15 ms 289 Lv 10 ms

117 Tennessium 294 Ts 78 ms 292

Ts 50 ms 293 Ts 14 ms 291

Ts 10 ms 118 Oganesson 293

Og 1 ms 294 Og 0,89 ms

All diese Elemente – also die Actinoide von 95 Americium bis 103 Lawrencium, sowie die Nebengruppen-elemente von 104 Rutherfordium bis 112 Copernicum, und schließlich die restlichen Hauptgruppenelemen-te der 7. Periode von 113 Nihonium bis 118 Oganesson – in diesem Buch noch einzeln vorzustellen, ent-behrt jeder Ratio. Nichtdestotrotz mache man sich klar, dass all jene Elemente bei der Supernova, die den Startschuss zu unserem heutigen Sonnensystem gegeben hat, potentiell vorhanden waren. Wenn auch, je höher die Ordnungszahl des Elements, desto kürzer in der Regel die Zeit seiner Existenz. *: Transurane war ursprünglich eine Kurzbezeichnung für künstliche superschwere Elemente, da man bei der Prägung dieses Fachbegriffes noch nicht

wusste, dass 244 Plutonium seit der Entstehung unseres Sonnensystems noch immer in Spuren auf der Erde vorhanden ist – und deshalb

davon ausging, dass das Isotop 238 Uran das letzte natürlich auftretende Element sei. Mit Blick auf die ursprüngliche Bedeutung muss

man daher heute korrekterweise von Transplutoniden sprechen.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 18.4 – DIE 4 ZERFALLSREIHEN 319

Die Chemie

Chymeia g → „Gießung“ (von Metall) im Sinne von Umwandlung

Vorwort Wie Sie wohl schon bemerkt haben, fällt der Lernstoff in Chemie seitenzahlmäßig etwas geringer aus, als in Physik. Das ist in erster Linie der Tatsache geschuldet, dass grundlegende Bausteine der in die-sem Buch erläuterten Physik für das Verstehen jenes naturwissenschaftlichen Gebietes ebenso wich-tig ist bzw. es letztlich dieselben Bausteine sind, wie die für Chemie; sich also viele Bereiche beider Fächer überlappen. Und in demselben Lehrbuch all jenes Wissen doppelt auszuführen ist nun wirklich nicht notwendig. Allein schon, damit der Weg, welcher dort gezeichnet wurde, übersichtlich bleibt. Aber auch, damit das gesamte Buch nicht unnötig dick und dadurch womöglich noch abschreckender erscheint als es das eh schon tut. Andererseits ist es gut möglich, ja lässt sich gar nicht vermeiden, dass die einen oder anderen Fachbegriffe, die in den Buchseiten der Physik bereits ausreichend er-klärt worden sind, in der Chemie nochmals erläutert werden. Erachten Sie dies dann einfach als will-kommene Wiederholung.

Darüber hinaus geht die Chemie in vielen Bereichen fließend über in die Biochemie. Nicht nur insofern gilt bereits an dieser Stelle der tröstende Hinweis: Die Chemie – insbesondere das grundsätzliche Ver-stehen dieses Faches – werden viele von Ihnen erst in der Biochemie so recht erkennen können. Das-selbe gilt übrigens für die Physik: Auch deren Sinn mit Blick auf die Medizin wird sich vielen Lernenden erst in der Physiologie wirklich erschließen. Also tun Sie sich bitte selbst den großen Gefallen und zwingen Sie sich gegebenenfalls dazu, an diese Basisfächer mit Lust, Freude und Interesse heranzugehen. Abgesehen davon bilden etliche Mosaik-steinchen schlicht auch das andere Leute Ihres Umfeldes sehr beeindruckende und für sich selbst ge-fühlt wunderbar bereichernde Gebäude Ihrer ebenso fundierten wie umfassenden Allgemeinbildung.

Ebenso wie bei der Physik in diesem Buch wird es auch in der Chemie Bereiche geben, die so manch akademischer Kritiker oder Notorischnörgler mit Blick auf den Kursus Chemie für Mediziner als un-ausreichend erachten wird. Dies dürfte zum einen daran liegen, dass an jeder deutschen Fakultät für Physik resp. Chemie den Medizinern jene zwei Fächer mit teils sehr unterschiedlicher Gewichtung ge-lehrt werden. Zum anderen schließe ich nicht aus, dass das eine oder andere Kapitel womöglich halt doch hätte umfassender oder detaillierter ausgeführt werden sollen. Deshalb wäre ich für konstruktive Hinweise dankbar, was ich im gegebenen Falle einer überarbeiteten und somit wohl auch erweiterten Auflage an Bereichen oder einzelnen Fachbegriffen der Chemie noch mit einpflegen sollte. Denn wie in meinem anderen Fachbuch MEDIZINISCHE TERMINOLOGIE geht es mir einzig und allein um eine möglichst umfassende und zugleich übersichtlich stabile Wissensgrundlage. Insbesondere für all diejenigen Medizinstudenten, welche nicht nur darauf aus sind, diese Fächer resp. Prüfungen schnell-schnell hinter sich zu bringen, sondern dabei auch gediegen gehaltvolles Wissen in sich selbst aneignen mögen. Denn abgesehen von Ihrem Wohlgefühl für sich selbst geht es mir dabei auch um Ihre Verantwortung als angehende Ärzte im Sinne fundierter Kompetenz.


Inhaltsverzeichnis der Chemie

V. Allgemeine Chemie

19. Grundarten chemischer Bindungen Seite

Die ionische Bindung

ungerichtete Bindung • Salze • Ionengitter • Elektronegativität EN Kristallbildung • hohe Schmelz- und Siedepunkte • hart und spröde Leiter zweiter Ordnung • Polarität • Ionenbindungscharakter • elektronegativ • elektropositiv • EN-Modell • Pauling

Die metallische Bindung

delokalisierte Elektronen • metallischer Glanz • Duktilität • elektrische Leitfähigkeit • Atomrümpfe • Elektronengas • Bändermodell • Metallgitter • kubisch flächenzentriert • kubisch raumzentriert • hexagonal dichteste Kugelpackung • Metall • Legierung

Die Elektronenpaar-Bindung

kovalente Bindung • koordinative Bindung • bindendes Elektronenpaar • Einfachbindung • Doppelbindung Dreifachbindung • gerichtete Bindung • Formalladung Elektronenformel • Valenzstrichformel • Keilstrichformel Skelettformel • Konstitutionsformel • Summenformel Verhältnisformel • Polarität • räumliche Ausrichtung Bindungswinkel • Bindungslänge • Bindungsenergie Geometrie von Mehrfachbindungen • konjugierte Doppel- bindungen • aromatische Bindungen • Benzolring

Schwache Bindungen

Wasserstoffbrückenbindung • Van-der-Waals-Wechselwirkung Dipol-Dipol-Wechselwirkung • Debye-Wechselwirkung London-Kräfte • Geckos

328

20. Erscheinungsformen der Materie

Aggregatzustände • Phase • fest • flüssig • gasförmig kristallin • amorph • Nahordnung • Fernordnung kondensierte Materie • Fluide • Atomgas • Plasma mesomorpher Zustand • überkritischer Zustand • Suprafluid

Feste Stoffe

Festkörper • Feststoff • Cluster • Modifikation • Bindungsarten • Oberfläche • Polymorphie • Leitfähigkeit • Deformierbarkeit • Reaktivität • Leiter • Halbleiter • Nichtleiter • Hochdruckphase • Bewegung • Anziehung • Abstand • Anordnung

336


Flüssige Stoffe

Flüssigkeit • Komprimierbarkeit • Volumendehnungskoeffizient

Kompressionsmodul • hydrostatischer Druck • Viskosität Bewegung • Anziehung • Abstand • Anordnung

Gasförmige Stoffe

Gas • Wortherkunft • ideales Gas • Teilchenbewegungsenergie Bewegung • Anziehung • Abstand • Anordnung

Begriffliche Einteilung chemischer Stoffe

Stoff • Substanz • Reinstoffe • Stoffgemische • Gemenge

Konglomerat • homogene Gemische • heterogene Gemische

Änderung des Aggregatzustandes

Druck • Temperatur • Phasendiagramm • Schmelzen Erstarren • Sieden • Verdampfen • Verdunstung Kondensieren • Dampf • Sublimieren • Resublimieren

21. Chemische Reaktionen

Vier-Elemente-Lehre • Erde, Wasser, Luft, Feuer • Verbrennung • Phlogistontheorie • vis vitalis

Definition

Edukte • Produkte • Elementarreaktion • Reaktionspfeil Oxidation • Reduktion • Fällung • Aktivierungsenergie Aktivierungsbarriere • Katalysator • Reaktionstyp

Reaktionsgleichungen

Umsatzrichtung • Gleichgewichtsreaktion • Zustands- angaben • Energieangaben • Knallgasreaktion

Stöchiometrie

Proportionen • Massenerhaltungssatz • Stoffmenge Masseberechnung • Volumenberechnung • Ausbeute Konzentrationsangaben • Molarität • Massenkonzentration

Energetik

Energieinhalte der Stoffe • Thermodynamik • System • Um- gebung • Reaktionsenthalpie • Standardreaktionsenthalpie • exotherm • endotherm • Energiebilanz • polare Bindungen Verbrennungsenthalpie • Reaktionsentropie • Gibbs-Helmholtz- Gleichung • exergon • endergon • Gibbs-Energie

346

355

22. Chemische Gleichgewichte

23. Salzlösungen

© Terminologix Vorklinix INHALTSVERZEICHNIS CHEMIE 325

19. Grundarten chemischer Bindungen

Die chemische Bindung ist ein physikalisches Phänomen, durch welches zwei bis mehrere Atome fest aneinander gebunden sind. Es beruht darauf, dass es für fast alle Atome oder Ionen energetisch günstiger ist, an geeignete Bindungspartner fixiert zu sein, anstatt einzeln vorzuliegen. Grundlage der chemischen Bindung sind elektrostatische Wechselwirkungen oder solche der Elektronen von zwei bis mehreren Atomen. In vielen Fällen spielen beide Bindungsmechanismen eine Rolle.

2 Parameter, die zur Beschreibung einer Bindung wichtig sind und sich experimentell untersuchen las-sen, sind die Bindungslänge als Maß für den Abstand zweier Atomkerne; und die Bindungsenergie, welche die Stärke einer Bindung angibt. Die chemische Bindung ist die Basis dafür, dass Moleküle und damit chemische Verbindungen überhaupt zustande kommen. Bindungen lassen sich durch Zuführung von Energie auch spalten, etwa in Form von Wärme oder Licht. Die dadurch entstehenden einzelnen Atome oder Moleküle haben häufig eine hohe Neigung, sich erneut zu binden. Diese Neubindung kann an der vorher gespaltenen Stelle stattfinden, oder sie erfolgt an anderen Atomen oder Molekülen. Dies ist eine Grundlage für chemische Reaktionen. Kapitel 21

Die Erfahrung zeigt, dass sich Moleküle bei chemischen Reaktionen nicht in beliebigen Kombinationen von Atomsorten und -anzahlen bilden. Die Elektronenhüllen der Atome gleicher oder unterschiedlicher Elemente müssen sich dazu eignen, miteinander Bindungen zu bilden. Eine genaue Beschreibung der e⁻-Hüllen ist aber nur mit aufwändigen mathematischen Methoden möglich (Molekülorbitaltheorie, Va-lenzstrukturtheorie). Doch das ist für angehende Ärzte nicht sonderlich wichtig. Ein gutes Hilfsmittel für das Verständnis von Bindungsverhältnissen ist die weniger komplizierte Edel-gasregel; sie erlaubt die graphische Darstellung chemischer Verbindungen als Valenzstrichformeln, in denen bindende Elektronenpaare durch Striche zwischen den Elementsymbolen eingezeichnet sind. So sind chemische Verbindungen besonders dann stabil, wenn die beteiligten Atome die im Perioden-system nächstgelegene Edelgaskonfiguration erreichen. Das nächstgelegene Edelgas für Wasserstoff ist Helium mit nur 2 Elektronen (1s2); für H ist diese Regel daher mit nur 2 e⁻ erfüllt und liegt demge-mäß als Molekül vor, welches durch eine kovalente Bindung (H − H) 331 zusammengehalten wird.

In vielen Fällen erreichen Atome in Verbindungen eine Valenzschale mit 4 Elektronenpaaren (s2p6), be-sitzen folglich 8 e⁻ und erfüllen so die Oktettregel. Diese gilt für die meisten Verbindungen von Haupt-gruppenelementen und greift gut für die Elemente der 2. Periode wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauer-stoff, welche die wichtigsten Elemente von zahllosen organischen Verbindungen sind. Unter Nichtmetallen findet man Verbindungen, die das Oktett (formal) überschreiten. Dazu zählen Ver-bindungen von Fluoriden mit Elementen der fünften, sechsten und 7. Hauptgruppe. Umgekehrt sind es die elektropositiven d.h. elektronenarmen Erdmetalle, die häufig e⁻-Mangelbindungen bilden. Typische Beispiele sind AlH3 Alan oder B2H6 Diboran. Die Oktett-Überschreitung und die Oktett-Unterschreitung sind in vielen Fällen durch die Formulierung von Mehrzentrenbindungen erklärbar. Für Komplexe der Über-gangsmetalle, also der Nebengruppenelemente, gilt oft die 18-Elektronen-Regel.

Chemische Bindungen können in verschiedene Typen eingeteilt werden. In Salzkristallen herrscht die auf elektrostatischen Wechselwirkungen beruhende ionische Bindung vor, in Metallen die auf frei be-weglichen Elektronen in tiefer gelegenen Orbitalen basierende metallische Bindung. Die Entstehung von Molekülen und Komplexen beruht dagegen auf lokalisierten Bindungen, die auf der Bildung von e⁻-Paaren fußen. Innerhalb dieser lokalisierten Elektronenpaarbindungen wird unterschie-den zwischen der kovalenten Bindung, bei welcher jedes Atom ein Elektron zur Bindung beiträgt, und der koordinativen Bindung in Komplexen, bei der ein e⁻-Paar eines Liganden mit einem leeren Orbi-tal des Zentralatoms wechselwirkt. Mitunter werden schwache Wechselwirkungen wie Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Wechselwirkungen so-wie die Wasserstoffbrückenbindung zu den chemischen Bindungen gezählt. Das sind jedoch keine fes-ten chemischen Bindungen, sondern schwache Anziehungskräfte, die zwischen einzelnen Molekülen wirken. Metallische, ionische und kovalente Bindungen stellen allerdings auch nur Idealisierungen der chemischen Bindungen dar. Für die Beschreibung der Bindungen in Molekülen wurden verschiedene Theorien aufgestellt, die jedoch alle nur Näherungen der tatsächlichen Bindungssituation darstellen.


19.1 Die ionische Bindung

... ist eine ungerichtete Bindung mit großer Reichweite, die in allen Raumrichtungen gleich stark wirkt. Sie ist die vorherrschende Bindungsart bei Salzen, also bei Verbindungen von Metallen und Nichtme-tallen 187, die periodisch in Gittern angeordnet sind. Bei der Reaktion dieser 2 Elementtypen kommt es durch die hohe Elektronegativitätsdifferenz zu einer Übertragung von Valenzelektronen des Metalls auf das Nichtmetall und damit zu elektrisch geladenen Atomen, also Ionen. Je größer die EN-Differenz, desto weiter werden die Valenzelektronen übertragen und desto ionischer ist die Bindung. Allerdings sind bei allen ionischen Bindungen stets auch kovalente Anteile vorhanden! So beträgt der Ionenbindungsanteil von festem NaCl Natriumchlorid 75 % , bei CsF Caesiumfluorid sind es 92 %. Ionenbindungen weisen also in allen Fällen auch einen Anteil an kovalenter Bindung auf. Umgekehrt gilt dies aber nicht, denn innerhalb der Elementmoleküle (H2, O2, N2, etc.) existiert die kovalente Bin-dung zu 100 %. Bei kleinen EN-Differenzen liegt diese Übertragung nur geringseitig verschoben vor. Die Ionenbindung entsteht durch die elektrostatische Anziehung entgegengesetzt geladener Teilchen. Diese sind regelmäßig in einem Ionengitter angeordnet und bilden häufig Kristalle. Deren Aufbau wie-derum ist abhängig von der Ladung und den Größenverhältnissen der Ionen. Solche Bindungen besit-zen hohe Schmelz- und Siedepunkte. Die starken Anziehungskräfte zwischen den Teilchen können al-lerdings durch Lösungsmittel, z.B. Wasser, überwunden werden. Feste (kristalline) Ionenverbindungen leiten keinen elektrischen Strom, im gelösten oder geschmolzenen Zustand leiten sie ihn aber doch, da sich die elektrisch geladenen Teilchen dann frei bewegen können. Für die Bindung in Ionenkristallen sind v.a. elektrostatische Wechselwirkungen zwischen den verschie-den geladenen Ionen verantwortlich. Die energetische Struktur lässt sich theoretisch gut mit der Gitter-energie beschreiben. Dazu werden die anziehenden und abstoßenden Kräfte zwischen den Ionen, so-wie die Abstoßung der sich durchdringenden Elektronenhüllen einbezogen und das Coulomb-Gesetz berücksichtigt. Die ionische Bindung ist sehr stark Seite 89; typische Werte für Gitterenergien ionischer Stoffe liegen bei 787 kJ / mol (8,2 eV) für NaCl, und 3.850 kJ / mol (39,9 eV) für das höher geladene MgO Magnesiumoxid; dies bedingt die hohen Schmelztemperaturen vieler ionisch aufgebauter Substanzen. Da die Bindung unge-richtet ist, ist sie jedoch nicht stärker als viele kovalente Bindungen, die nur intramolekular wirken, und nicht zwischen den Molekülen eines Stoffes. Die elektrostatische Natur der Ionenbindung bedingt die Sprödigkeit vieler Ionenkristalle, da bei Verschiebungen zwischen den einzelnen Ionen gleichgeladene Ionen leicht aneinandergrenzen können, die sich abstoßen und so den Kristall auseinandersprengen.

Charakteristische Eigenschaften von Verbindungen mit Ionenbindung:

• Kristallbildung als Feststoff mit hohem Schmelz- und Siedepunkt, da in Kristallen durch die ungerich-teten Bindungskräfte ein relativ stabiler Verbund über den gesamten Kristall entsteht.

• Ionenkristalle sind häufig farblos, da die Valenzelektronen meist stark gebunden sind und nur durch Photonen höherer Energie als jener des sichtbaren Lichtes angeregt werden können.

• Hart und spröde: Beim Versuch, einen Kristall plastisch zu verformen, zerspringt er, da die gleich ge-ladenen Ionen in ihm zueinander geschoben werden und die Bindung dadurch aufgelöst wird.

• Salze dissoziieren in wässriger Lösung in ihre entsprechenden Ionen. Ionenverbindungen lösen sich in Wasser, dies allerdings in sehr unterschiedlichem Maße. So ist z.B. NaCl sehr gut in Wasser lös-lich, AgCl Silberchlorid dagegen nahezu unlöslich. Seite 238

• Stromleitend in der Schmelze oder in Lösung. Den Ladungstransport übernehmen die Ionen; diese werden an den Elektroden entladen, wodurch die Salze zersetzt werden → häufig in ihre Elemente. Daher nennt man Ionenleiter auch Leiter zweiter Ordnung.

18.1.1 Die Elektronegativität EN

... ist ein relatives Maß für die Fähigkeit eines Atoms, in einer chemischen Bindung e⁻-Paare an sich zu ziehen. Sie wird u.a. von der Kernladung und dem Atomradius bestimmt, und kann daher als Anhalts-punkt für die Polarität sowie den Ionenbindungscharakter einer Bindung genommen werden: Je hö-her der EN-Unterschied der gebundenen Elemente, desto polarer ist die Bindung. Seite 333

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 19 – GRUNDARTEN CHEMISCHER BINDUNGEN 329

Kernladung und dem Atom zugeteilten negativen Elektronen dar, und wird oft als hochgestelltes Plus- bzw. Minuszeichen in einem Kreissymbol angegeben. Formalladungen liegen z.B. bei Kohlenmonoxid vor. Die Koordinationszahl eines Atoms gibt die Zahl der nächsten Nachbaratome an und ist z.B. be-züglich des C-Atoms in CO Kohlenmonoxid 1, bei CO2 Kohlendioxid ist sie 2, und bei CH4 Methan ist sie 4. Einfachbindung Doppelbindung Dreifachbindung ‗ ‗ ‗ ‗ ‗ ‗ ׀ F – F ׀ → ׀ F • + • F ׀ • C • + 2 O → O = C = O • N • + • N • → ׀ N ≡ N ׀ ¯ ¯ ¯ ¯ Fluor F2 Kohlendioxid CO2 Stickstoff N2

Formalladung ⊝ ⊕

4 H • + • C • → H – C – H • C • + O → ׀ C ≡ O ׀ Methan CH4 Kohlenmonoxid CO

Verschiedene Formelschreibweisen kovalenter Bindungen im Sinne zunehmender Abstraktionsgrade

Methan Propan Essigsäure Wasser

Elektronenformel

H ⋅⋅

H ∶ C ∶ H ⋅⋅ H

H H H ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅

H ∶ C ∶ C ∶ C ∶ H ⋅⋅ ⋅⋅ ⋅⋅ H H H

H O ∶ H ∶ C ∶ C H ∶ O ∶ H

O H H

Valenzstrichformel

H

H ─ C ─ H

H

H H H

H ─ C ─ C ─ C ─ H

H H H

H H ─ C ─ C H

O

H H

Keilstrichformel

H

C H H

H

H H C C H H C H H

O C ─ C O ─ H H

O H H

Skelettformel - O

OH

-

Konstitutionsformel CH4 H3C – CH2 – CH3 H3C – COOH H2O

Summelformel CH4 C3H8 C2H4O2 H2O

Verhältnisformel CH4 C3H8 CH2O H2O Hinweis: Schwarze Keile symbolisieren, dass sich das distale Atom ventral der Molekülebene befindet. Graue Keile, dass es sich dorsal davon aufhält.

Eine koordinative Bindung liegt dann vor, wenn freie Elektronenpaare einer Verbindung in einer Re-aktion die Rolle von bindenden e⁻-Paaren übernehmen. Diese Art der Knüpfung tritt in Verbindungen wie z.B. dem Ammonium-Kation und in Komplexverbindungen auf. Koordinative Bindungen haben ei-ne Ähnlichkeit mit den schwachen Bindungen, die z.B. bei der Wasserstoffbrückenbindung auftreten. Ammonium-Kation Diammin-Silber-I-Komplex

H H ⊕ H H H H ⊕

H+ + ׀ N ─ H → H ─ N ─ H H ─ N ׀ + Ag+ + ׀ N ─ H → H ─ N ─ Ag ─ N ─ H

H H H H H H


H

H

O

O ─ H

⋅⋅ ⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅ ⋅⋅

⋅⋅

• • • •

• •

HH

HH

HH

HH

•

• • •

• •

•

•

•

• •

•

⋅⋅

20. Erscheinungsformen der Materie Als Aggregatzustände werden die unterschiedlichen Erscheinungsformen eines Stoffes bezeichnet, die sich durch bloße Änderungen von Temperatur oder Druck ineinander umwandeln können. Jedem bekannt sind die 3 klassischen Aggregatzustände fest, flüssig und gasförmig. Darüber hinaus treten in der Natur unter Extrembedingungen allerdings noch weitere, sog. nichtklassische Zustände auf. Die in der Thermodynamik verwendete Phase ist enger gefasst, sie unterteilt v.a. den festen Zustand nach seiner inneren Struktur. Welcher Aggregatzustand bzw. welche Phase stabil ist – natürlich grundsätz-lich abhängig von Druck und Temperatur – wird in einem Phasendiagramm dargestellt. Seite 94 Die 3 klassischen Aggregatzustände in sehr kurzgefasster Beschreibung sind:

• fest: In diesem Zustand behält ein Stoff zumeist sowohl seine Form als auch sein Volumen bei.

• flüssig: Hier wird zwar das Volumen beibehalten, aber die Form ist unbeständig und passt sich dem umgebenden Raum (im Rahmen der Schwerkraft) an.

• gasförmig: Nun entfällt selbst die Volumenbeständigkeit. Ein Gas füllt den zur Verfügung stehenden Raum vollständig aus; zwar auch im Rahmen der Gravitation, doch weniger konsequent.

Bei fester Materie unterscheidet man zudem nach den Merkmalen:

• kristallin wird ein Feststoff genannt, der seine Form nicht verändert. Dessen Bausteine, d.h. die einzelnen Kristallmoleküle, weisen eine Fernordnung auf.

• amorph beschreibt einen Feststoff, der lediglich durch eine Nahordnung ausgezeichnet ist. Ein amorpher Festkörper ist metastabil; d.h. stabil gegenüber kleinen Änderungen, jedoch instabil gegenüber größeren. Holz oder Glas sind gute Beispiele dafür.

Nahordnung und Fernordnung beschreiben Aspekte bezüglich der Anordnung der Atome oder Mole-küle in Flüssigkeiten und Festkörpern. Während sich Nahordnung auf die räumliche Anordnung des nächsten, allenfalls noch des übernächsten Teilchens eines Stoffes bezieht, ist für Fernordnung eine sich wiederholende Anordnung der Teilchen über zahlreiche Wiederholungen hinweg erforderlich. Feste und flüssige Stoffe werden mit dem Oberbegriff kondensierte Materie zusammengefasst, flüs-sige und gasförmige Stoffe zusammen nennt man Fluide. Jeder klassische Aggregatzustand lässt sich mit einem Modell erklären, das die kleinsten Teilchen eines Stoffes (Atome, Moleküle, Ionen) auf kleine Kugeln reduziert. Die mittlere kinetische Energie aller Teilchen, also deren Bewegung, ist in allen Zu-ständen ein Maß für die Temperatur. Die Art der Bewegung ist in den drei Aggregatzuständen jedoch völlig unterschiedlich: Im Festkörper schwingen die Teilchen nur um ihre Ruhelage, in der Flüssigkeit müssen sie sich durch Lücken zwischen ihren Nachbarn hindurchzwängen (Diffusion, Brown‘sche Molekularbewegung). Im Gas bewegen sich die Teilchen immer geradlinig wie Billardkugeln; und das so lange, bis sie entweder mit einem anderen Teilchen oder mit der Gefäßwand zusammenstoßen. Neben den 3 klassischen Aggregatzuständen gibt es weitere Materiezustände, die i.d.R. nur unter ex-tremen Bedingungen auftreten. Dies sind...

• Das Atomgas: In ihm existieren keine Moleküle mehr, da die ständigen Stöße die Bindungen zerstö-ren; allerdings sind die Elektronen noch fest gebunden.

• Das Plasma: Bei sehr hohen Temperaturen werden die Atome in Kern und Hülle zerlegt; freie e⁻ entstehen. Dies tritt bspw. im Lichtbogen, in Sternen und in Kernfusionsreaktoren auf.

• Der mesomorphe Zustand nimmt eine Zwischenform der Aggregatzustände fest und flüssig ein und tritt in verschiedener Ausprägung auf, so bspw. bei Flüssigkristallen.

• Der überkritische Zustand tritt bei Überschreiten des kritischen Punktes auf und bezeichnet einen Mischzustand zwischen flüssig und gasförmig.

• Das Suprafluid schließlich ist eine Flüssigkeit ohne innere Reibung.


20.1 Feste Stoffe

Festkörper oder Feststoff wird in den Naturwissenschaften Materie im festen Aggregatzustand ge-nannt. Hierunter versteht man im engeren Sinne auch einen Stoff, welcher bei 20 °C einen solch festen Zustand aufweist. Festkörper haben in technischer Hinsicht eine gewisse Mindestausdehnung, die je-doch nicht scharf definiert ist. Sie sind demnach makroskopische Körper, im Gegensatz zu mikrosko-pischen Körpern. Im Regelfall gilt ein Makromolekül für sich allein noch nicht als Festkörper. Materie in diesem Übergangsbereich bezeichnet man als Cluster; d.h. als eine Ansammlung von Atomen oder Molekülen, deren Atomanzahl n zwischen 3 und 10 Millionen liegt. Reale Festkörper sind durch Kräfte verformbar (elastisch oder plastisch), im Gegensatz zu idealisierten starren Körpern. Alle Festkörper sind aus Bausteinen zusammengesetzt; solche Elementarteile können einzelne Atome oder Moleküle sein, aber auch Gruppen davon. Sind alle Bausteine gleichartig, spricht man von Monostrukturen, andernfalls von Heterostrukturen. Die Eigenschaften der Festkörper unter-scheiden sich aufgrund gegenseitiger Wechselwirkungen der Bausteine der Materie erheblich von den Eigenschaften freier Teilchen oder Lösungen. Besonderes Merkmal von Festkörpern ist die Beständig-keit der Ordnung (amorph oder kristallin) ihrer Bausteine. Ein anderer Aufbau der gleichen Bausteine, die Modifikation, beeinflusst die Eigenschaften des Festkörpers maßgeblich.

20.1.1 Modifikation – Bindungsarten – Oberfläche

Modifikation – heute meist Polymorphie genannt – ist in den Werkstoffwissenschaften und in der Mi-neralogie das Phänomen, dass eine Substanz in verschiedenen Erscheinungsformen auftreten kann. Diese haben dieselbe chemische Zusammensetzung, was man Stöchiometrie nennt, unterscheiden sich aber in der räumlichen Anordnung der Atome und besitzen unterschiedliche Eigenschaften. Durch Einflüsse wie Druck und / oder Temperatur können sich teils völlig unterschiedliche Strukturen bilden. Anschauliche Beispiele – alle bereits an entsprechender Stelle in Kapitel 17 näher beschrieben – sind: • Kohlenstoff: Graphit, Diamant, Graphen sowie Fullerene sind Modifikationen dieses einen Elemen-

tes. Diamant z.B. ist ein Isolator, während Graphit ein anisotroper Leiter ist.

• Schwefel kann in den Modifikationen α-Schwefel, β-Schwefel und γ-Schwefel erscheinen.

• Phosphor tritt als weißer, als roter, als schwarzer und als violetter Phosphor auf.

• Aluminiumoxid kommt sowohl in der Modifikation Tonerde als auch in der als Korund vor. Eine besondere Form der Polymorphie ist die Polytypie, welche bei in Schichtgittern kristallisierenden Verbindungen auftritt, wie SiC Siliciumcarbid oder Si3N4 Siliciumnitrid. Auch manche organische Moleküle kön-nen in kristallinem Zustand polymorph sein; so z.B. Arzneistoffe, Pigmente, Fette oder Sprengstoffe. Bei 2 Modifikationen spricht man von Dimorphie, bei 3 von Trimorphie. Tritt eine spiegelbildliche Modi-fikation auf, wird sie als Enantiomorphie bezeichnet. Wenn verschiedene Modifikationen wechselseitig ineinander umgewandelt werden können, liegt Enantiotropie vor; wenn die direkte Umwandlung nur in einer Richtung möglich ist, Monotropie. Bei Vorkommen ein und desselben Elements in verschiedenen Zustandsformen spricht man von Allotropie, so z.B. Kohlenstoff als Graphit sowie als Diamant. Den Aufbau und die Eigenschaften eines Festkörpers beeinflussen im Wesentlichen 4 Bindungsarten: es sind die ionische, die metallische und die kovalente Bindung sowie die Van-der-Waals-Kräfte. Wo-bei all diese, wie bereits erwähnt 335, keinesfalls als isolierte Fälle auftreten. Der molekulare Zusammenhalt eines Festkörpers beruht auf einer attraktiven (anziehenden) Wechsel-wirkung zwischen den Atomen bzw. Molekülen auf großen Distanzen und einer repulsiven (abstoßen-den) auf kurzen; den energetisch günstigsten Abstand nennt man Gleichgewichtsabstand. Ist die ther-mische Energie der Atome zu niedrig, um dieser Potentialfalle zu entkommen, bilden sich starre Anord-nungen aus: die Atome sind aneinander gebunden. Die so eingenommenen Gleichgewichtsabstände sind für den jeweiligen Stoff charakteristisch und liegen typisch im Bereich von etwa 0,1 bis 0,3 nm. Mit der Oberfläche meint man die abschließenden 1 - 3 Atomlagen an der Grenze zum Vakuum. Das Fehlen von Bindungspartnern zu einer Seite zieht für Atome dieser Schichten üblicherweise eine Reak-

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 20 – AGGREGATZUSTÄNDE DER MATERIE 337

Stoff

Reinstoff Gemisch

Element Verbindung homogen heterogen

ionisch molekular Legierung Lösung Gasgemisch

Ein Gemisch unterschiedlicher

Metalle

Festkörper oder Flüssigkeit oder Gas, gelöst in ei-ner Flüssigkeit

Ein Gemisch mehrerer

Gase

Gemenge Suspension Aerosol Schaum Emulsion Einschluss poröser Körper

Gemisch mehre-rer nicht misch-barer Festkörper

Feste Teil- chen in einer Flüssigkeit

Feste oder flüs-sige Teilchen in einem Gas

Gasförmige Bläschen in ei-ner Flüssigkeit

Gemisch mehrerer nicht mischbarer

Flüssigkeiten

Gemisch von Flüssigkeiten in

einem Festkörper

Gasförmige Bläs- chen in einem

Festkörper

20.5 Änderung des Aggregatzustandes

Übergänge zwischen den verschiedenen Aggregatzuständen haben spezielle Übergangsbedingungen, die bei Reinstoffen aus Druck und Temperatur bestehen. Diese Übergangsbedingungen entsprechen dabei Punkten auf den Phasengrenzlinien von Phasendiagrammen 80. Hierbei ist für jeden Phasen-übergang eine bestimmte Wärmemenge entweder notwendig oder wird dabei freigesetzt. Diese Über-gänge können in der Natur alle am Beispiel des Wassers beobachtet werden:

• Schmelzen: Schnee oder Eis fängt im Frühjahr an flüssig zu werden, sobald Temperaturen ober-halb der Schmelztemperatur herrschen.

• Erstarren: Kühlt das Wasser in Seen unter den Gefrierpunkt ab, so bilden sich Eiskristalle, welche mit der Zeit immer größer werden, bis die Oberfläche mit einer Eisschicht überzogen ist.

• Sieden bzw. Verdampfen:

Erhitzt man Wasser im Kochtopf über seine Siedetemperatur, so wird es gasförmig. Das Blubbern im Kochtopf kommt übrigens zustande, da das Wasser die Siedetem-peratur am heißen Topfboden zuerst erreicht. Die aufsteigenden Blasen ist der Was-serdampf, welcher – wie die meisten gasförmigen Stoffe – unsichtbar ist. Verdunstung ist der Übergang von flüssig in gasförmig ohne Erreichen der Siede-temperatur. Auf der Haut an Luft ist dies zu beobachten, wenn der Schweiß trocknet.

• Kondensieren: Der sichtbare Nebel oberhalb kochenden Wassers, ugs. als Dampf bezeichnet, ist Wasserdampf, der sich wieder zu winzigen Wassertröpfchen zusammengefunden hat. Wolken und Tau entstehen ebenfalls durch kondensierenden Wasserdampf.

• Sublimieren: Wasser unter gefrorenen Pfützen kann im Winter – auch bei Temperaturen weit un-terhalb des Gefrierpunkts! – durch Sublimation nach und nach „austrocknen“, bis am Ende selbst das Eis vollständig sublimiert und die Pfütze verschwunden ist.

• Resublimieren: Raureif oder Eisblumen, die sich im Winter bilden, entstehen durch den aus der Umgebungsluft resublimierenden Wasserdampf.

Und nun dieselbe Prozedur nochmals kurz in Form des Teilchenmodells:

Schmelzen: Durch Erhöhen der Temperatur d.h. durch Zufuhr thermischer Energie bewegen sich die kleinsten Teilchen immer heftiger und ihr Abstand zueinander wird normalerweise immer größer. Van-der-Waals-Kräfte halten sie aber noch in ihrer Position (Gitterplatz). Erst ab der Schmelztemperatur wird deren Schwingungsamplitude derart groß, dass die Gitterstruktur teilweise zusammenbricht. Hierbei entstehen Gruppen von Teilchen, die sich frei bewegen können. In ihnen herrscht eine Nahordnung – im Gegensatz zur Fern-ordnung von Teilchen innerhalb des Kristallgitters fester Stoffe. 336


Erstarren: Mit Sinken der Temperatur nimmt die Bewegungsenergie der Teilchen ab und ihre Distanz zueinander wird immer geringer; auch die Rotationsenergie nimmt ab. Bei der Erstarrungs-temperatur wird ihr Abstand derart klein, dass die Teilchen sich gegenseitig blockieren und in der Folge miteinander verstärkt anziehend wechselwirken. Schließlich nehmen sie in ei-nem dreidimensionalen Gitter eine feste Position ein. Es gibt Flüssigkeiten, die sich bei sinkender Temperatur ausdehnen, z.B. Wasser. Dieses Verhalten wird als Dichteanomalie 216 bezeichnet und ist sehr ungewöhnlich.

Sieden / Ver-dampfen und Sublimieren:

Die Geschwindigkeit der kleinsten Teilchen ist nicht identisch; ein Teil ist schneller, ein Teil ist langsamer als der Durchschnitt. Dabei ändern diese durch Kollisionen ständig ihre aktuelle Geschwindigkeit. An der Grenze eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit – dem Übergang seiner Phase in eine gasförmige – kann es mitunter vorkommen, dass ein Teilchen von seinen Nach-barn zufällig einen so starken Impuls bekommt, dass es aus dem Einflussbereich der Kohäsionskraft entweicht. Dieses Teilchen tritt dann in den gasförmigen Zustand über und nimmt dabei etwas Wärmeenergie in Form von Bewegungsenergie mit. Zugleich kühlt die feste oder flüssige Phase ein wenig ab. Wird einem System thermische Energie zugeführt, sodass es die Siede- oder die Sub-limationstemperatur erreicht, geschieht dieser Vorgang kontinuierlich, bis alle kleinsten Teilchen in die gasförmige Phase übergetreten sind. In dem Fall bleibt die Temperatur in der verdampfenden Phase i.d.R. unverändert, bis sämtliche Teilchen mit einer höhe-ren Temperatur aus dem System verschwunden sind. Die Wärmezufuhr wird somit in eine Erhöhung der Entropie umgesetzt. Wenn die Kohäsionskräfte sehr stark sind bzw. es sich eigentlich um eine viel stärkere Metall- oder Ionenbindung handelt, dann kommt es nicht zur Verdampfung. Die durch Verdampfen starke Volumenzunahme eines Stoffes kann, wenn sehr viel Hitze schlag-artig zugeführt wird, zu einer physikalischen Explosion führen.

Kondensieren und Resublimieren:

Der umgekehrte Vorgang von Siedung bzw. Verdampfung sowie von Sublimation ist die Kondensation bzw. die Resublimation: Ein kleinstes Teilchen trifft zufällig auf ei-nen festen oder flüssigen Stoff, überträgt seinen Impuls und wird dabei von den Ko-häsionskräften festgehalten. Dadurch erwärmt sich der Körper um die Energie, die das kleinste Teilchen mehr mit sich trug als der Durchschnitt der kleinsten Teilchen in der festen bzw. flüssigen Phase. Stammt das Teilchen jedoch von einem Stoff, der bei dieser Temperatur gasförmig ist, so sind die Kohäsionskräfte zu schwach, es festzuhalten. Selbst wenn es zufällig so viel Energie verloren hat, dass es gebunden wird, so schleudert es die nächste Kollision mit benachbarten kleinsten Teilchen dennoch wieder in die Gasphase. Durch Absenken der Temperatur kann man den kleinsten Teilchen ihre Energie ent-ziehen. Dadurch ballen sie sich beim Unterschreiten der Sublimationstemperatur, auch Erstarrungstemperatur genannt, durch die Wechselwirkungskräfte mit anderen Teilchen zusammen, und bilden erneut einen Feststoff oder eine Flüssigkeit.

Abschließend noch ein Satz im Sinne einer ebenso klaren wie umfassenden Übersicht – was in Ihrer Schulzeit zumeist „vergessen“ worden war, zu erwähnen: Physikalische Vorgänge, bei denen sich nur der Aggregatzustand ändert, zählen nicht zu den chemischen Reaktionen. Dasselbe gilt natürlich für die Diffusion, dem Vermengen von Reinstoffen zu Stoffgemischen, und für Kernreaktionen – bei denen ja chemische Elemente „lediglich“ physikalisch in andere Elemente umgewandelt resp. gespalten wer-den. Mag diese Info den meisten von Ihnen eh schon klar gewesen sein, so hilft sie dennoch dem einen oder anderen Verschüchterten sehr zu einem stillen Ach sooo...! Und kein Lehrer resp. Dozent bräche sich einen Zacken aus der Krone, würde er diesen Sachverhalt dann und wann bei passender Gele-genheit kurz nebenbei erwähnen. Und zwar immer mal wieder! Zudem taugt diese Info an dieser Stelle auch wunderbar als nette Überleitung zum nächsten Thema ☺

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 20 – AGGREGATZUSTÄNDE DER MATERIE 345

21. Chemische Reaktionen

Ein kurzer Ausflug in die Geschichte, was einem selbst nebenbei auch einen guten Überblick über die Chemie in ihrem Wesenskern schenkt. Chemische Reaktionen wie die Verbrennung im Feuer, die alkoholische Gärung oder die Reduktion von Erzen zu Metallen, so z.B. bei Eisen, sind schon seit langer Zeit bekannt. Erste Theorien zur Um-wandlung von Stoffen wurden von griechischen Philosophen entwickelt. So die Vier-Elemente-Lehre des EMPEDOKLES, nach der jeder Stoff aus den 4 Grundelementen Erde, Wasser, Luft und Feuer zu-sammengesetzt ist – und in diese auch (wieder) zerlegt werden kann. Im Mittelalter beschäftigten sich v.a. die Alchemisten mit chemischen Reaktionen. Dabei versuchten sie insbesondere Blei in Gold um-zuwandeln, wobei sie u.a. Reaktionen von Blei und Blei-Kupfer-Legierungen mit Schwefel einsetzten. Die Herstellung chemischer Substanzen, die in der Natur nicht auftreten, durch geeignete Reaktionen, ist schon lange bekannt. Das betrifft etwa Schwefel- und Salpetersäure. Die Herstellung erfolgte durch Erhitzung von Sulfat- und Nitraterzen wie Kupfervitriol CuSO4, Alaun* M1+/3+(SO4)2 ⋅ 12 H2O und Salpeter HNO3. Im 17. Jahrhundert stellte GLAUBER durch Reaktion von H2SO4 Schwefelsäure und NaCl Natriumchlorid / Kochsalz erst-mals HCl Salzsäure und Na2S Natriumsulfat / Glaubersalz her; selbstverständlich noch weit entfernt vom Wissen um deren einzelne chemische Elemente. *: Seite 207 Mit Entwicklung des Bleikammerverfahrens zur Schwefelsäureproduktion und des Leblanc-Verfahrens zur Natriumcarbonatherstellung wurden chemische Reaktionen immer öfter auch industriell eingesetzt. Mit der zunehmenden Industrialisierung wurde die großmengige Synthese immer bedeutender, wes-halb nach neueren und effizienteren Verfahren gesucht wurden. Beispiele sind etwa das ab 1870 an-gewendete Kontaktverfahren zur Schwefelsäureproduktion, oder das 1910 entwickelte Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniak-Synthese. Ab dem 16. Jahrhundert versuchten Forscher, beobachtete chemische Umwandlungen wissenschaft-lich zu untersuchen und Theorien zu ihrem Ablauf aufzustellen. Eine wichtige untersuchte Reaktion war die Verbrennung, für die BECHER und STAHL Anfang des 18. Jahrhunderts die Phlogistontheorie S. 228 entwickelten. Diese erwies sich jedoch als falsch, da sie 1785 durch LAVOISIER widerlegt werden konnte, der die korrekte Erklärung der Verbrennung als Reaktion mit Sauerstoff der Luft fand. GAY-LUSSAC erkannte 1808, dass Gase stets in bestimmten Verhältnissen miteinander reagieren. Da-raus und aus DALTONS Atomtheorie entwickelte PROUST das Gesetz der konstanten Proportionen, auf dem die Stöchiometrie – also dem Fachrechnen Chemie 348 – aufbaut, das die Entwicklung der Re-aktionsgleichungen ermöglichte. Für organische Reaktionen wurde lange angenommen, dass diese durch eine spezielle Kraft bestimmt werden, der vis vitalis, und sich so von nichtorganischen Reaktionen unterscheiden. Nach der Harn-stoffsynthese aus anorganischen Vorläufersubstanzen durch WÖHLER 1828 verlor diese Annahme je-doch stark an Bedeutung. Weitere Chemiker, die wichtige Beiträge zur Aufklärung organischer chemischer Reaktionen lieferten, waren z.B. von LIEBIG mit seiner Radikaltheorie, WILLIAMSON, der die nach ihm benannte Synthese von Ethern entwickelte, sowie INGOLD, der u.a. die Mechanismen für Substitutionsreaktionen erforschte.

20.1 Definition

Eine chemische Reaktion ist ein Vorgang, bei dem eine oder meist mehrere chemische Verbindungen in andere umgewandelt werden und dabei Energie freigesetzt oder aufgenommen wird. Auch Elemen-te können daran beteiligt sein. Chemische Reaktionen sind mit Veränderungen der Bindungen in Mole-külen oder Kristallen verbunden, wodurch sich die physikalischen und chemischen Eigenschaften der entstandenen Produkte im Vergleich zu den ausgangsstofflichen Edukten stark ändern können. S. 89 Solche Reaktionen bestehen aus einer zumeist recht komplizierten Abfolge einzelner Teilschritte, den sog. Elementarreaktionen, die alle zusammen die Gesamtreaktion bilden. Auskunft über den exakten


Ablauf der Teilschritte gibt der Reaktionsmechanismus. Zur Beschreibung chemischer Reaktionen wird die Reaktionsgleichung verwendet, in der Edukte, Produkte und mitunter auch wichtige Zwischenpro-dukte graphisch dargestellt werden, und über einen Pfeil – den sog. Reaktionspfeil – miteinander ver-bunden werden. Sowohl Elementarreaktionen als auch deren Mechanismen kann man in verschiedene Gruppen auftei-len. Zu den Elementarreaktionen zählen etwa der Zerfall von einem Molekül in zwei. Oder, der umge-kehrte Fall, die Synthese von 2 Atomen / Molekülen zu einem. Reaktionsmechanismen werden häufig nach der Art der erfolgten Änderung in den beteiligten Stoffen eingeteilt. Erfolgt bspw. eine Änderung der Oxidationszahlen, so spricht man von Oxidation und Reduktion. Entsteht ein festes Produkt aus gelösten Stoffen, wird dies Fällung genannt. In welchem Umfang eine konkrete Reaktion zweier oder mehrerer Partner stattfindet, hängt davon ab, wie groß die Differenz der sich aus einem enthalpischen und einem entropischen Anteil zusammen-setzenden Gibbs-Energie 354 der Produkte und der Edukte ist. Bei negativen Werten liegt das Reak-tionsgleichgewicht auf Seite der Produkte. Es treten allerdings viele Reaktionen auf, die zwar in diesem Sinne thermodynamisch möglich sind, ki-netisch jedoch nur sehr langsam ablaufen. Im Extremfall derart langsam, dass sie praktisch nicht be-obachtet werden können. Verantwortlich dafür ist eine zu hohe Aktivierungsenergie, die aufgebracht werden müsste, um einen schnellen Reaktionablauf zu ermöglichen. Derartige Reaktionen laufen aber bei höheren Temperaturen rasch ab, da eine vergleichsweise größe-re Anzahl der beteiligten Teilchen dann genug Energie besitzt, um die Aktivierungsbarriere zu über-winden. Bei vielen Reaktionen ist dies aber auch mittels Katalyse möglich, bei der nicht die direkte Re-aktion, sondern eine andere stattfindet, bei welcher ein dritter, aus der Reaktion unverändert hervorge-hender Stoff beteiligt ist. Durch die Anwesenheit eines solchen Katalysators wird die benötigte Akti-vierungsenergie ganz wesentlich gesenkt. Im Bereich der anorganischen Chemie gehen viele Reaktionen von den Elementen und deren Ionen aus. Vier wichtige Reaktionstypen hierbei sind: Reaktionstyp Edukt 1 Edukt 2 Produkt(e) Die Reaktion findet statt ...

Säure-Base HCl + NaOH → NaCl + H2O unter Beteiligung von Ionen

Fällung Ag⁺ + Cl‾ → AgCl ↓ unter Beteiligung von Ionen

Metallkomplex CuSO4 + 4 NH3 → [Cu(NH3)4]SO4 unter Beteiligung von Ionen

Redox 2 H2 + O2 → 2 H2O zwischen Elementen

21.2 Reaktionsgleichungen

Eine Reaktionsgleichung ist in der Chemie eine Beschreibung einer chemischen Reaktion im stöchio-metrisch 348 richtigen Verhältnis. Sie gibt in Symbolschreibweisen die Reaktionspartner (Edukte und Produkte) einer Stoffumwandlung an. Eine Reaktionsgleichung wird als Gleichung betrachtet, da auf deren beiden Seiten die gleiche Anzahl der Atome des jeweiligen chemischen Elements vertreten sein müssen und die Ladungssumme auf beiden Seiten gleich sein muss. Die beiden Seiten der Gleichungen werden nicht durch das mathematische Gleichheitszeichen = ver-bunden, sondern durch einen Pfeil → der die Umsatzrichtung oder durch einen Doppelpfeil ⇌ der eine Gleichgewichtsreaktion anzeigt. Zur Erfüllung der Stöchiometrie enthalten Reaktionsgleichungen Re-aktionsstöchiometriezahlen. Diese sind i.d.R. ganzzahlig und möglichst klein, die 1 wird weggelassen. Die Verbrennung von Methan mit Sauerstoff zu Wasser und Kohlendioxid wird beschrieben durch die Gleichung CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O. In diesem Beispiel sind für Kohlenstoff je ein Atom vorhanden, nämlich links in CH4 und rechts in CO2, für Wasserstoff je vier Atome, nämlich links in CH4 und rechts je 2 in beiden H2O, sowie für Sauerstoff ebenfalls je vier Atome, nämlich links je 2 in beiden O2 und rechts 2 in CO2 und je 1 in beiden H2O.

© Terminologix Vorklinix KAPITEL 21 – CHEMISCHE REAKTIONEN 347

Stichwortverzeichnis

34-Gesetz 8,183,186 Achat 215 Aktivität, optische 122

4f-Block 296 Achromate 61 Aktivkohle 227

4f-Block-Elemente 299 Achse, optische 59 Akustik 113

5f-Block 296 Achse, Rotation 51 akustische Wellen 113

18-Elektronen-Regel 328 Acidum racemicum 122 akute Quecksilbervergiftung 295

Ackerkrume 220 Akute-Phase-Proteine 79

A Ackerschachtelhalm 217 Alabandin 308

Acne vulgaris 234 Alan 328

Aconitase 242 Alaun 346

Abbildung, kovalente Bindungen 333 Actinartige 306 Alaunerde / Alaunlösung 207

Abbildungsmaßstab 60 Actinium 252 Albumin, Zink 289

Abbildungstechnik, digitale 280 Actinium, alle Elementarwerte 251 Alchemie 183,217,218,219,263,275,

Abbindebeschleuniger 204 Actinoide 186,296,306 277,284,291,292

ABELSON 311 Actinoide, Chloride 306 Alchemisten 291

Aberration, chromatische 61 Actinoide, Oxidationszahl 306 Aldebaranium 297

Aberration, sphärische 61 Actinoide, Oxide 306 Aldehyddehydrogenase 259

Abgase, Stickstoff 220 Actinoxid 252 Algebra 13

Abgaskatalysatoren, Ottomotoren 274 Acyloine 289 Algenbildung, übermäßige 220

Abgaskatalysatoren, Palladium 274 Adamin 288 Algizid 246

abgebrannte Brennelemente 266 Addition 13 Alkalicarbonate 198

abgeleitete Naturkonstante 42 Addition, graphische 20 Alkalichloride / Alkalichromate 198

abgereichertes Uran 310 Additive 223 Alkalifluorid 198,240

abgerüstete Kernwaffen 309 Adenosin 223 Alkalihydroxide 198,281

abgeschlossene d-Orbitale 287 Adenosintriphosphat = ATP 224 Alkalihypobromide 245

abgeschlossenes System 351 Adhäsion 73 Alkaliiodide 245

abgestrahlter Wärmestrom 99 Adhäsionskraft 74 Alkalimetalle 186,198

Abhenry 40 Adiabatenexponent 112 Alkalimetalltellurate 237

Ableitung, erste 16,49,53 Adiabatenkoeffizient 112 Alkalinitrate / Alkalioxide / -oxalate 198

Ableitung, zweite 16,49,53 adiabatische Magnetisierung 302 Alkalisalze 239

Abrauchen 293 adiabatische Volumenelastizität 340 Alkalisulfate / Alkalisulfide 198

Abschirmmaterial, Strahlenschutz 310 adiabatische Zustandsänderungen 115 Alkane / Alkine 196,211

Abschirmmaterial, Neutronen 290 ADP = Adenosindiphosphat 222,224 Alkene 196,211,289

absolute Fehler 22 Adrenodoxin 234 Alkohol 196,294

absolute Luftfeuchtigkeit 95 Adstringentien 228 Alkohol, reiner 350

absolute Temperatur 38,81,87f,190,354 Aerosol 343 Alkoholgehalt, Berechnung 350

Absorbermaterial, Brennelemente 302 Agar 236 alkoholische Gärung 346

absorbiert, komplett 98 AGASSIZ 160 Allargentum 280

Absorption 119,120f,124,129f,188,230 Agglomerine 79 Allemonit 224

Absorption, Wirkungsquerschnitt 121 Aggregatsanomalie 94 Allendeit 254

Absorptionsfähigkeit, Wasserstoff 274 Aggregatzustandsänderung 92,216,344 allergisierende Wirkung, Gold 287

Absorptionsgrad 48,99,120 Aggregatzustand, fester 337 Allgemeinbildung 250

Absorptionskante 122,132 Aggregatzustand, gasförmig 340 Allgemeine Gasgleichung 81

Absorptionskoeffizient 99,120f Aggregatzustände 32,336 Allgemeine Gaskonstante 46

Absorptionskoeffizient, spektraler 120 A-Horizont, Ackerkrume 220 Allicin / Alliin / Allium 233

Absorptionslinien 177 Akanthit 280 Allotropie 190,337

Absorptionsmaterialien 147 Akku, menschlicher Körper 353 ALLRED-ROCHOW 330

Absorptionsmaximum 130 Akkumulator 66,198,225,269,288,290 Allylalkohole 289

Abstand, Feststoffe 339 Aktives Zentrum 257 Allylchlorid 243

Abstand, Flüssigkeiten 340 Aktivierung, Leuchtstoffe 304 Alphastrahler 139

Abstand, gasförmige Stoffe 341 Aktivierungsbarriere 347 Alpha-Strahlung 237

abstoßende Kraft, koval. Bindung 331 Aktivierungsenergie 347,350 Alphateilchen, biologische Wirkung 139

Acetat 206 Aktivität A 39,144 Alphateilchen, Endprodukt 140

Aceton, Herstellung 233 Aktivität, spezifische a 145 Alphateilchen, Reichweite 139

Acetylen 213 Aktivität, charakteristische 144 Alpha-Zerfall 138,174,247


Alternating Current 68 Anordnung, Feststoffe 339 Arquerit 280

Altersbestimmung 137, 200 Anordnung, Flüssigkeiten 340 ARRHENIUS 297

Alterungsvortäuschung, Metalle 225 Anordnung, gasförmige Stoffe 341 Arrhenius-Andrade-Beziehung 76

ältestes Mineral der Erde 253 Anorganik 214 Arsen 224

Altwagenentsorgung, Palladium 274 anorganische Iodverbindungen 245 Arsen, alle Elementarwerte 219

Alumen 207 anoxygene Photosynthese 232 Arsen, amorphes 225

Aluminat 208 Anregung, parametrische 103 Arsen, braunes / gelbes 225

Aluminium 207 Anregung, periodische 102 Arsen, graues / schwarzes 225

Aluminium, alle Elementarwerte 206 Anregungsfrequenz 105 Arsenate 224

Aluminium-Amalgam 293 Anreicherungsgrad Uran, Grenze 310 Arsenik / Arsenikesser 224,225

Aluminiumhydroxid 207,208,223 Antenne 125 Arsenkies / Arsenkupfer 224,225

Aluminiumoxid 206,300,337 Anthemon 226 Arsenolith / Arsenopyrit / Arsenoxid 224

Aluminiumoxidsäulen 261 Anthocyanverfärbung 223 Arsenstäube 225

Aluminiumschrott 207 Antianämika 265 Arsentrioxid 225

Aluminiumverhüttung 204 antibakterielle Eigenschaften, Silber 281 Arsenverbindungen, lösliche 226

Alumosilikate 207 Antiferromagnetismus 158 Arsenverbindungen, organische 225

Alvit 262 Antimon 226 Arsenvergiftung, akute 226

Alzen 288 Antimon, alle Elementarwerte 219 Arsenvergiftung, chronische 226

Alzheimer-Krankheit 208 Antimonhydrid 226 Arsphenamin 226

Amalgam 208,285,292 Antimonit 226 Arteria carotis interna 77

Amalgam, Feilungsmischung 293 Antimonpille 227 Arthritis 208

Amalgam, zahnärztliches 293 Antimonsulfid 226 Arzneimittel, silberhaltige 282

Amalgamation 283 Antimykotikum 133,246 Arzneimitteltabletten, Färbung 253

Amalgamierung 292 Antioxidans 197 Asbest 215

Amatotoxine 210 Antiprotonenerzeugung, CERN 271 Asbolan 269

American Platinum Eagle 276 Anti-Schuppen-Haarshampoo 235 Assimilation 234

Americium 315,316 Antiseptikum 228,246 Assoziativgesetz 13

Amethyst 215 Antriebsmotoren, Diktiergeräte 301 Astat 247

Aminolävulinsäure 255 Anziehung, Feststoffe 339 Astat, alle Elementarwerte 238

Aminophenole 293 Anziehung, Flüssigkeiten 340 Astgeflecht-Lehmbau 215

Aminosäuren 233,335 Anziehung, gasförmige Stoffe 341 Astronomisches Fernrohr 62

Aminosulfonsäure 233 Anziehungskraft, kovalente Bindung 331 Astrosphäre 136

Ammoniak 220,240,243,246,270,333ff Anziehungskräfte, Coulomb’sche 67 Astrozyten 261

Ammoniak-Synthese 220,263,267,346 Anziehungskräfte, elektrostatische 330 asymmetrische Tropfenform 213

Ammonium 220,331 Anziehungskräfte, schwache 328 Atacamawüste 199,226

Ammoniumheptamolybdat 257 Apatit 222,241,343 Atacamit 277

Ammoniumhexachloroplatinat 275 Apatitverwitterung 223 Atemgas 248

Ammonium-Kation 332 Apertur 58,109 Atemluft 191

Ammoniumnickelsulfat 273 Äquivalent, elektrochemisches 67 Atemluftdurchsatz, Lunge 191

Ammoniumsalze 220 Äquivalentdosis H 41,135,147 ATHENE 273

Ammoniumsulfat 233 Arabica-Bohne 200 atm 40

amorph 187,216,222f,235f,336,339f Aragonit 203 Atmosphäre 212

Ampere [A] 38 Arbeit 56 Atmung, katalytische Funktion 251

Ampere’sches Gesetz 67 arbeitsmedizin. Konsequenzen 222 Atmungskette 197,230,353

Ampèremeter, ideales 64 Archaeen 230 Atmungskette, Bakterien 266

Amplitude A0 104,106 ARCHIMEDES 53 Atom, kleinstes 247

Amplitudenbereich, schwingfähiger 105 Archimedisches Prinzip 292 Atomare Masseneinheit 33,43

Anfangswinkel 53 Argentum 279 Atombau 172

angereichert, Uran 310 Argentum vivum 291 Atombombe, Hiroshima / Nagasaki 237

Angiosarkom, hepatisches 308 Argentum, alle Elementarwerte 276 Atome 31

Anisotropie 136,153 Arginasen 260 Atome, tiefstmögl. Energiezustand 250

Anisotropie, magnetische 155 Argon 248 Atomgas 336

Ankathete 19 Argon, alle Elementarwerte 247 Atomhülle 31,33,175

Anlagenwirkungsgrad 91 Argonautensage 283 Atomkern 31,33

Anlassversprödung, Stahl 257 Argon-Spülung 249 Atomkern, mittel- / überschwer 143

Annagrün 309 Argyrie 282 Atomkerne, stabilste 138

Annihilation 100,120 ARISTOTELES 291 Atommasse, relative 33,175

Anode 63,131 aromatische Bindungen 334 Atomorbitale 247,330

Anoden 288 Aromatizität 334 Atomradius, berechneter Wert 194


Atomradius, empirischer Wert 194 Backöfen, selbstreinigende 300 Belichtungsmesser 290

Atomreaktor, weltweit erster 290 BACON 231 Benetzbarkeit, hohe 209

Atomrümpfe 187,190,300 Bad Dürckheim 201 Benetzung 209

Atomtheorie, Entwicklung 297 Baddeleyit 253 Bengalische Feuerwerke 278

Atomuhren 201,305 Badeanstalten 246 Benson-Methode 352

ATP ; Adenosintriphosphat 197,222,224 Badeschwamm, nasser 343 Benzol 243,263,334

attraktive Wechselwirkung 337 Bahnddrehimpuls 46,153,156,178f Benzolring 335

Ätzlösung, Glasindustrie 240 Bahnmetall 198 BERG 262

Ätznatron 281 Bahnmoment 153,154 Bergblau 277

AUER VON WELSBACH 297,300,305 Bahnquantenzahl l 178 Berggeist 272

Aufbaugesetze, energetische 174 Bakterien 230 Bergwerkseigentum 227

Aufbrennlegierungen, Zahntechnik 300 Bakterien, aminosäurevergärende 259 BERLIN 304

Aufenthaltsräume, Elektronen 172 bakteriostatisch, Silber 282 Berliner Blau 210

Aufenthaltswahrscheinlichkeit, e⁻ 177 Balkenwaage 54 Berylliose 202

Aufleitung 16 Ballaststoffe 83 Beryllium 202

Auflösungsvermögen 62 Bambuspflanze 216 Beryllium, alle Elementarwerte 201

Aufsättigung, Stickstoff 97 Bändermodell 190,330 Berylliumbromid 238

Auftausalz 204 Bandlücke 190,338 Berylliumcarbonat / -chromat 202

Auge, Brechkraft 62 Bandstruktur 190 Berylliumchlorid 202,238

Auge, Brechungsindex 61 bar 40 Berylliumfluorid 202,238

Augenglas 202 Barium 205 Berylliumhydroxid 202

Augenschutzgläser, Schweißen 300 Barium, alle Elementarwerte 201 Berylliumiodid 238

Auranofin 287 Barium-144 314 Berylliumkupfer 202

Auripigment 224 Bariumbromid 238 Berylliumnitrat / -oxid / -oxalat 202

Aurum 282 Bariumcarbonat / -chromat 202 Berylliumsulfid / Berylliumsulfat 202

Aurum paradoxum 236 Bariumchlorid 202,238 BERZELIUS 234,297,306

Aurum, alle Elementarwerte 276 Bariumferrit 205 Beschleunigung 41

Aurum, unreifes 275 Bariumfluorid 202,238 Bestrahlungszeit 130,315

Aurumfüllungen, Zahnersatz 287 Bariumhydroxid 202 Beta-Minus-Zerfall 140,174

Ausbeute, chemische Reaktion 349 Bariumiodid 238 Beta-Plus-Zerfall 141,174

Ausbreitung der Zahlen, helikale 10 Bariumnitrat / -oxid / -oxalat 202 Beta-Strahlenquelle 262

Ausbreitungsgeschwindigkeit 106,110 Bariumsulfat / -sulfid 202,205,308 Betastrahler, reiner 252

Ausdehnung, temperaturabhängig 98 Bariumtitanat 301,304 Beta-Teilchen, biologische Wirkung 142

Ausfallrisiko 286 BARKLA 177 Beta-Teilchen, Energiespektrum 142

Ausgangsmaterial, Kernwaffen 311 Barn 310 Beta-Teilchen, med. Anwendungen 142

Ausgangsstoff 89 Barometer 294 Beta-Teilchen, Strahlenschutz 142

Auskleidungsmaterial, Reaktoren 256 Barringer-Krater 160 Beta-Zerfall 140,248

Auslenkung 104 Baryonen 31 Bethe-Weizsäcker-Zyklus 196

Ausrichtung, kovalente Bindungen 333 baryonische Materie 33 Beugung 58

Ausscheidungsstoffe, Harnweg 191 Basalte 248 Beugung, Wellen 109

Außenelektronen 176 Basalzellenkarzinom 130 Beugungsgitter 58

Außenfensterbänke, Abdeckung 289 basische Magmatite 269 Beugungsmaximum / -minimum 109

äußere Schalen 180 basische Stickstoffverbindungen 285 Beugungswinkel 109

äußere Zustandsgrößen 86 Basiseinheiten des SI 38 Bewegung, Feststoffe 339

Austauschwechselwirkung 331 Basizität 197 Bewegung, Flüssigkeiten 340

Austenit 260 BÄSTNAS 297 Bewegung, gasförmige Stoffe 341

Autoabgaskatalysatoren 300 Bastnäsit 252,298,306,313 Bewegung, Teilchenmodell 336

Autobatterien 218 Batterie 66,280 Bewegungsbäuche 108

Autoklav 95 Batterie, nicht wiederaufladbare 288 Bewegungsenergie, Mechanik 56,101

Autoscheinwerfer 249 Bauxit 207,209 Bewegungsenergie, Schall 113

Avogadro-Konstante NA 22,67,175 BDN = Bund Dt. Nuklearmediziner 303 Bewegungsenergie, Teilchen 134,137,

Azidität 197 BECHER 346 335,341,341

Azotobacter 220 Becquerel [Bq] 39,144,146,309 Bewegungsknoten 108

Azurit 277 BECQUEREL, Henry 137,138 Bewusstseinsverlust 248

Beflammung 241 Biegewechselbeständigkeit 278

B Beizmittel, Saatgut 294 Bienenwachs 73

Bel [B] 39 Biertrinker, starke 270

Belastungen, statische 40 Bikonvexlinse 60

Backmittel 214 Belendorffit 292 Bilderzeugung, radiologische 132

© Terminologix Vorklinix STICHWORTVERZEICHNIS 359

Bildgebung, funktionelle 120 Bismutminerale 227 Blutkörperch.SenkungsGeschw.keit 79

Bildgröße / Bildschärfe 60,61 Bismutoxid 227 BlutkörperchenSenkungsReaktion 79

Bildschirme, nachleuchtend, Radar 302 Bismutschmelze 227 Blutplasma 77,78,244

Bildungsenthalpie 351 Bismuttellurid 236 Böden, basische 223

Bildweite 60,61 Bismutvanadat 228 Böden, zinkhaltige 288

Billardkugeln 336 Bismutverbindungen, Medizin 228 Boeing, Absturz Amsterdam 310

Bimetallthermometer 100 Bittersalz 203 Bogenmaß 18,53

binäres Gemisch 342 Bitterspat 203 Bogensport 258

Bindung, chemische 176,328 Blasenkrebs, Wasserchlorung 244 BOHR, Niels 285

Bindung, gerichtete 331 Blattgold 285 Bohren, mechanisches 208

Bindung, ionische 89,328,329 blaue Porzellanfarbe 301 Bohr-Radius 43

Bindung, koordinative 328,331,332 blauer Dampf 280 Boltzmann-Konstante kB 43

Bindung, kovalente 89,328,331 blaues Glas, Herstellung 269 Bombenkalorimeter 82

Bindung, lokalisierte 328 Blausäure 214,271,333 BOMMER 304

Bindung, metallische 328,330 Blei 218 Bonddrähte 286

Bindung, schwache 335 Blei, Isotopenzusammensetzung 218 Bondinseln 286

Bindung, ungerichtete 329,330 Blei, natürliche Zerfallsreihen 218 Bor + Erdmetalle 206

Bindungen, aromatische 334 Blei-212 308 Bor, alle Elementarwerte 206

Bindungen, polare / unpolare 333 Bleiacetat 218 Borate 207

Bindungsarten, chemische 335 Bleiakkumulatoren 218 Borcarbid 207

Bindungsarten, Festkörper 337 Bleiamalgam 292 Borchlorose 207

Bindungsdissoziationsenergie 221 Bleicarbonat 218,219 Borkeramiken 207

Bindungsenergie, Atomkern 37,43,138, Bleichmittel 206,207,243 Bornit 277

173,174,175,196,264,272,328 Bleichromat 218,256 Borpolymere 207

Bindungsenergie, Doppelbindung 213 Bleidioxid 218 Borsäure, undissoziierte 207

Bindungsenergie, Dreifachbindung 214 bleifreies Benzin 263 Borsilikatgläser 258

Bindungsenergie, höchste, Nukleon 272 Bleiglanz 218,228,231,257,280 BOSCH 220

Bindungsenergie, koval. Bindungen 334 Bleiglas 219 Boson 37

Bindungsenergie, Pi-Stärke 213 Bleikammerschlamm 234 Boulevardpresse 163

Bindungsenergie, Sigma-Stärke 213 Bleikammerverfahren 218,231,346 Bowieit 270

Bindungsenthalpie 334 Bleiketten 219 BOYLE 192

Bindungslänge 328,334 Bleilegierungen 225 BPC (BritishPharmaceuticalCodex) 290

Bindungsspaltungsenergie 334 Bleinitrat 219 Brachytherapie 135,142,148,206

Bindungsverhalten, einzelne Atome 176 Bleioxid 218 Brandbeschleuniger 231

Bindungswinkel 333 Bleischürze 219 Brände, Anwesenheit von Fluor 241

Bioeffektor 285 Bleiselenid 234 BRANDES 132

Bioelektrizität, Zellmembranen 200 Bleistiftminen 212,218 Brandmunition 223

bioelektrochemische Prozesse 72 Bleisulfat 218,219 BRANDT 269

Biofluid 343 Bleisulfid 218,257 Brannerit 309

Biofluoreszenz 239 Bleiverbindungen, Essgeschirr 252 Bratgeschirr, Beschichtung 240

Biogasentschwefelung 265 Bleivergiftung 219 Braunalgen 255,305

biogeochem. Umsetzung, Phosphor 222 Bleiverhüttung 290 Brauneisenstein 264

Biokolloid 343 Bleiwasserstoff 211 braunes Arsen 225

biolog. Wirksamkeit, relative 128,147 Bleiweiß 227 Braunkohle 231,285,309

biologische Sanierung, Uran 311 Bleizucker 218 Braunstein 229,242,259

Biomaterial, Implantate 253 Blende 308 Brechkraft D 39,58

Biophotonen 351 Blindleistung 70 Brechkraft, Auge / Cornea / Lens oculi 62

Biosphäre 211 Blindstrom, induktiver / kapazitiver 68 Brechstange 55

Biotin 233 Blindstromstärke 68 Brechung von Wellen 110f,119f,123f

Biphenyle, mehrfach bromiert 245 Blindwiderstand 40,70 Brechungsindex 59,61,111

BIPM, Paris 271,276 Blitze 23,72,123,229, Brechungswinkel 59,110

bipolare Affektstörungen 199 Blitzlampen 248,254 Brechweinstein 226

Birkeland-Eyde-Verfahren 221 Blitzlichter, Fotoapparate 23,249 Breithauptit 226,273

Bischofit 242 Blumenwasser, Kupfergefäße 279 Brekzie 343

Bismanol 227 Blut 78,343 Bremsstrahlung 119,127,131,134,135,

Bismut 8,12,32,227,316,320 Blutgerinnung 204 142,182

Bismut, alle Elementarwerte 219 Blut-Hirn-Schranke 294,303 brennbare Luft 192

Bismutchloridoxid 228 Bluthypoxie, chronische 230 Brennpunkt 58,59,60

Bismutgermanat 305 Blutkörperchen, oblate / prolate 76 Brennstrahlen 59


Brennweite 58,59,61 Calcitriol 204,291 Celsius [°C] 38,52,82

Brennwert 82,83,84 Calcium 203 Cer 300

BRETTON WOODS 286 Calcium, alle Elementarwerte 201 Cer, alle Elementarwerte 296

Brillengestelle, Überzug 271 Calciumbromid 238 Cerammoniumnitrat = CAN 300

BROKOVIC, Erin (Kinofilm) 256 Calciumcarbonat 202f,212,214,222,229 Cerdioxid 300

Brom 244 Calciumchlorid 202,204,238 Cereisen 300

Brom, alle Elementarwerte 238 Calciumchromat 202 CERES 297,300

Bromate 239 Calciumcitrat 204 Cerit 297,299

bromhaltiger Kautschuk 245 Calciumfluorid 202,238,240,303,304 Cerium 297

Bromide 244 Calciumfluorit 239,242 Cernitrat 252,307

Bromige Säure 239 Calciumfreisetzung, erzwungene 291 Ceroxid 297

Bromite 239 Calciumhydrid 204 Cersulfat 300

Brommonoxid / Bromoxide 244 Calciumhydrogencarbonat 202,204 Cerussit 218

Bromsauerstoff-Radikale 244 Calciumhydroxid 202,204,243 Cervix uteri 206

Bromsäure 239 Calciumiodid / Calciumiodat 238,245 Chagas-Krankheit 267

Bromwasserstoff 238,245 Calciumkanäle 290 Chalkogene 186,228

Bromwasserstoffsäure 244 Calciumlactat 204 Chalkogenidgläser 216

Bronze 277,343 Calcium-Magnesium-Carbonat 212 Chalkopyrit 277

Bronzezeit 228,277 Calciumnitrid / Calciumnitrat 202,203 Chalkosin 277

Brown‘sche Molek.-bewegung 336,339 Calciumoxid / -oxalat 202,203,204 Chaos 340

Bruchdehnung 277 Calciumphosphat 203,204,223 CHARPIGNON 158

Bruchrechnen 13 Calciumsilicid 215 Chelatbildner 208

Bruchzähigkeit, hohe 253 Calciumsulfat 202,203,204,231,233,304 Chemiegas-Kampfstoff 223

Brückengerüst, Zahntechnik 253 Calciumsulfid 202 Chemielehrer, Pädagogik 211

Brückenpfeilerfundament, Gewässer 96 Calciumwolframat 258,303 Chemie-Nobelpreis 274

BRUGMANS 157 CALDER 294 Chemieunterricht, Schule 176

Brünierung 235 Calx 203 Chemikalienresistenz, hohe 207

Brutreaktor, Plutoniumherstellung 310 CAN = Cerammoniumnitrat 300 chemiosmot. Membranpotential 197

BSG / BSR 79 Candela [cd] 38 chemische Bindung 176,328

Bügellänge 73 Carbo fossilis 211 chemische Elemente 33

Bunsen-Element 288 Carboanhydrase 289 chemische Energie 68,351

Buntkupferkies 277 Carbon 211,262 chemische Reaktion 328,346

Buntmetalle / Buntmetallerzeugung 276 Carbon, alle Elementarwerte 210 chemische Stoffe, begriffl. Einteilung 341

Buntmetallerze 224 Carbonat 206,211 chemische Thermodynamik 89

Buntsandstein, Uran 309 Carbonate 187,198,202,214,229 chemische Verbindungen 33

Bureau Internat. Poids Mesures 271,276 Carbonrahmengeflecht, Tennis 258 chemischer Kampfstoff 290

Büroklammer 73 Carbonsäuren 196 chemisches Potential 80

Butadiin 214 Carbonverbindungen 214,281 chemisches Vergolden 293

Butan / Buten 334 Carboplatin 267 chemoautotroph aerobe Bakterien 232

Carbosilane 215 Chemolumineszenz 239,351

C Carnallit 242 Chilesalpeter 199,222,245

CARNOT, Nicolas 87 China, fehlende Umweltauflagen 298

Carnotit 309 Chipbonden 287

C-14 214 Carnot-Wirkungsgrad 91 chiral 122,123

C3-Zucker 200 Cäsium 201 Chlor 242

Cadmium 290 Cäsium, alle Elementarwerte 198 Chlor, alle Elementarwerte 238

Cadmium, alle Elementarwerte 287 Cäsiumbromid 238 Chlor, Explosionsgefahr 244

Cadmium, Knochen 291 Cäsiumcarbonat 198 Chlor-Alkali-Elektrolyse 267,293,294

Cadmiumcarbonat 290 Cäsiumchlorid / -chromat 198,238 Chlorapatit 222

Cadmiumchalkogenide 290 Cäsiumfluorid 198,238,329 Chlorargyrit 280

Cadmiumiodid / -oxid 290 Cäsiumhexafluoroargentat 282 Chlorate 239

Cadmiumselenid / -stearat 290 Cäsiumhydroxid 198 Chlorbleiche 243

Cadmiumsulfid 290 Cäsiumiodid 238 Chlordioxid 244

Cadmiumtellurid 236,290 Cäsiumnitrat 198 Chlorgas 243

Cadmiumvergiftung 291 Cäsiumoxid / Cäsiumoxalat 198 chlorhaltige Minerale 242

Caissonkrankheit 96 Cäsiumsufid / Cäsiumsulfat 198 Chlorid 242

Calaverit 285 Cassiopeium 297 Chloridanion 244

Calcit 277 CAVENDISH, Henry 36,192 Chlorige Säure 239

Calcitonin 204 C-C-Kupplungsreaktionen 251 Chlorite 239


Chlorkalk 243 Cobaltbombe 269 Dampf 94,341,344

Chlorknallgasreaktion 194,243 Cobalt-Chrom-Platin-Legierug 267 Dampf, blau 280

Chloroform 243 Cobalteisenstein 158 Dampfdruck 94,96,280

Chlorophyll 203,220,351 Cobaltgruppe 268 Dampfdruckerniedrigung 95

Chlorophyllmoleküle 103 Cobalthydroxid 269 Dampfdruckkurve 94

Chlorophyllsynthese 224 cobaltinduzierte Kardiomyopathie 270 Dampfdrucksterilisation 95

Chloroplasten 224,234 Cobaltit 269 Dampfdruckwerte, Wasser 95

chlororganische Verbindungen 242 Cobaltsalze / Cobaltsulfat 270 Dampfhochdrucklampen 294

Chloroxide 244 Coelestin 204 Dampfturbinen, Seltenerdmetalle 299

Chlorphenole 243 Coenzyme 224 Dämpfung 102

Chlor-Radikale 242 Cofaktor 266,273 Dämpfungskonstante 104

Chlorsauerstoffsäuren 244 Coffinit 309 Daniell-Element 288

Chlorsäure 239 Coking 263 Darmepithelien 237

Chlorung 243 Columbit 262 Darmverschlüsse, Quecksilber 294

Chlorwasser 243 Columbiterz 255 Dartspiel 258

Chlorwasserstoff 238,243,244,262,349 Columbium 255 DARWIN 159f

Chlorwasserstoffsäure 238 Compton-Effekt 121,128 Datenaufzeichnung, magnetische 265

Cholecalciferol 204 Compton-Streuung 132,135 Datenspeicherung, optomagnet. 302

Cholesterin, Blutplasma 255 Computerchips 216 Datenträger, magnetische 252

Cholesterinsynthese, Suppression 255 Conjunctivitis 130 dauerhafte Dipole 335

Chrom 256 Cornea, Brechkraft 62 Dauermagnete 204,299,300

Chrom, alle Elementarwerte 256 Cornwallit 277 Dauermagnetmotoren 300

Chrom-6-Verbindungen 256 CORYELL 301 Dauerschwingung 102

Chromallergie 265 Corynebacterium minutissimum 130 DAVY 242

Chromat 206 Corynebakterium diphtheriae 236 DE HEVESY 285

chromatische Aberration 61 Cosinus 19 DE LAVOISIER 192,211

Chromatographie, Gas 249 Coulomb [C] 39 DE MARGINAC 297

Chromeisenstein 256 Coulomb’sche Kraft 65,67 DE VRIES 340

Chromgelb 256 Coulomb’sches Gesetz 65,329 Debye-Wechselwirkung 335

Chromgerbung, Leder 256 Coulomb-Barriere 139 Decarboxylasen 260

Chromgrün 256 Coulomb-Wall 139 Defektelektronen 338

Chromgruppe 256 cps (cycles per second) 40 Deformierbarkeit, Festkörper 338

Chromit 256 Cracken 274,305 Dehnung, in 75

Chromophore 243 CRONSTEDT 272,297 Dehnungsfugen / -koeffizient 98

Chromosomenaberrationen 226,254 CROOKES 297,302 Dehydrierung, Ethanol 301

Chromosphäre 136 Cuprit 277 Dekompressionskrankheit 96

Chromoxid 256 Cuprum 277 Dekompressionsregeln 97

chronische Quecksilbervergiftung 295 Cuprum, alle Elementarwerte 276 Dekompressionsunfall 96

Cinnabarit 291 Curie [Ci] 39,144 Dekorporation 205

cis-Buten 334 CURIE, Marie & Pierre 137,206,237,306 Dekorverchromung 256

Cisplatin 267,276 Curie-Temperatur 154,155,158,302 DELAFONTAINE 297,304

Citrat 242 Curium 306,314,315,316,317 d-Elemente 185

Citratblut 79 Curium-Zerfallsreihe 317 d-Element-Übergangsmetalle 250

Citratkomplex 208 Cyan 210 delokalisierte Elektronen 330

Citratzyklus 242 Cyanide 214,267,270 Delokalisierung 212

Citrobacter 315 Cyanidlösungen 281 Delta 86,348

CLAUS 266 Cyanobakterien 220,230,234 Delta-Elektron 127

CLAUSIUS, Robert 87 Cyclohepta- / Cyclooktaschwefel 232 DEMARCAY 297,301

Claus-Prozess 232 Cystein 217,233,234 Demenz, fortschreitende 208

CLEVE 297,300,304 Cystin 233 DEMETER 300

Cluster 337 Cytochrome 264,266 Demokratie, die 12,162f,318

Clusterkopfschmerz 199,230 Denaturierung, Enzyme 353

CNC-Maschinen 300

D Dendriten 277

Cobalamin 251,269 Dentalfluorose 241,242

Cobalt 268 Dentaltechnik, Silber 281

Cobalt, alle Elementarwerte 268 d-10-Elektronenkonfigurationen 287 Deodorant 207

Cobaltaluminat 269 Dacheindeckung / -entwässerung 289 Deposition, atmosphärische 223

cobaltarme Weideflächen 270 DALTON 346 Depressionen 199

Cobaltblau 268 Dämmerungssehen 124 DESCARTES, Rene 213


Desinfektionsmittel 231,245,282,294 Di-n-hexylsulfid 274 Drehbewegung 51

Desinfektionsnebenprodukte, Chlor 244 Dioptrie [dpt] 39,61f Drehen, Industrie 208

Desoxyribonukleinsäure 220 Dioxide 228 Drehgeschwindigkeit 52

Destillation, fraktionierte, Helium 248 Dioxine 207 Drehimpuls 21,48,53

destruktive Interferenz 58 Dioxygenasen 260 Drehimpulsquant 42

Desulfovibrio 311 Dipol, magnetischer 36,46,88,118,150 Drehimpulsquantenzahl l 178

Detektor 125,148,158,210,216,262,273 Dipol-Dipol-Wechselwirkung 335 Drehmoment 52,53

Detergentien 73 Dipolmolekül 333 Drehmomentgleichgewicht 53

Deuterium 194 Dipolmoment 333 Drehpunkt 53

Dextrose 123 Dipol-Wechselwirkungen 328 Drehspulmesswerke 202

deziBel [dB] 39,114 diradikalischer Charakter 229 Drehstrom 68

Diacetylen 214 Direct Current 63 Drehwinkel 122,123,158

Diagonale 13,18,19,155 direkte Kalorimetrie 82 Drehzahl 53,57

Diallyldisulfid 233 Disauerstoff 230 Dreieck, das 7,18

Dialysepatient 204 Dischwefeldichlorid 243 Dreieck, rechtwinkliges 18

Diamagnete / Diamagnetismus 153,157 Dischwefeldioxid 228 dreieckförmig 69,216

Diamant 207,211 Dischwefelmonoxid 228 Dreifachbindung 213,221,229,332

Diamantgitterstruktur 213 Disilan 215 Drei-Hoch-Vier-Gesetz 8,183,186

Diammin-Silber-Komplex 332 diskrete Eigenwerte 178 Dreiphasenpunkt 48

Diät 83 diskretes Energiespektrum 299 Dreiphasenwechselstrom 68

Dibenzodioxine, polychlorierte 243 diskretes Spektrum, Wellen 108 dreiseitige Pyramide 213

Diboran 328 disperse Phasen 343 dritter Hauptsatz, Thermodynamik 87

Dichlormethylsilan 215 Dispersion 59,110,119,307,343 Drosseln 278

dicht ionisierend 127,128 Dispersionsmedien 343 Druck p 34,40,47,50,76f,86,89,100,...

Dichte 34,46,50ff,74,76ff,82,86,92,98, dispersives Medium 106,108,113 Druck, statischer p0 114

110,112,136,139f,146,... Dispropotionierung 232 Druck, hydrostatischer 77,81,340

Dichteanomalie 209,215,216,339,345 Dissoziation, thermische 240 Druck, kritischer 93

Dichtefluktuationen 94 Dissoziationsenergie 334 Druck, osmotischer 80

dichteste Kugelpackung 299 Dissoziationsenthalpie 238,243 Druckbehälter, Gas 341

Dichtungsmaterial, temperaturbest. 212 dissoziieren 329 Druckbereiche, Unterdruck 34

Didym 300 Distannan 211 Druckgasflaschen, Nickellegierung 273

Didymia 297 Distickstoff, molekularer 221 Druckgießverfahren 288,289

Didymoxid 297 Distickstoffmonoxid 270 Druckröhrenreaktor 315

Dielektrikum 67 Distributivgesetz 13 Druckspannung 107

Dielektrizitätskonstante ℰ0 44 Disulfidbrückenbindung 233 Druckwellen 107,111

Dieseloxidationskatalysatoren 276 Ditellurid-Anionen 236 Dualismus, Welle - Teilchen 119,127

Differentiation, mathematische 16 Diwasserstoff-Kation 194 Duftträger, Eisen auf Haut 264

Diffrakton 58,109 Diwasserstoffoxid 196 Duktilität 75,187,330

Diffusion 80,96,248,336,340,345 DNA 128ff,194,222f,256,279,335,351 Düngemittel 200,221

Diffusionsgesetz, Fick’sches 80 DNS = Desoxyribonukleinsäure 220 Düngemittelherstellung 222

Diffusionskoeffizient 80 Dodecylbenzol 233 Düngemittelproduktion 232

Diffusionsstrom 80 Dolle 55 dunkle Materie 33

Diffusionsvermögen, höchstes 193 Dolomit 203,212 dünn ionisierend 127

digitale Abbildungstechnik 280 Domänen, magnetische 154 Dünnschichtlegierungen 304

Dihydrogencarbonat 214 Doping 249 Dünnschichtsolarzellen 236,257,290

Dihydroxycholecalciferol 291 Doppelbindung 213,229,332 Dünnschichttransistoren 257

Diiodkation 246 Doppelbindungen, konjugierte 334 Du-Noüy-Ringmethode 271

Diiodthyrosin 246 Doppelhebel, einseitiger 55 Duranusit 224

Dimension (physikalische Einheit) 38 doppelter Phasenübergang 227 Durchfall, blutiger 241

Dimensionen im Universum, vier 7,12 d-Orbital 177,180 Durchschlagsfestigkeit 193

Dimensionszahlen 8,12 d-Orbitale, abgeschlossene 287 Durchschnittsgeschwindigkeit 49

Dimercaprol 227,291 Dosimeter, Dysprosium 304 Durchstrahlungsprüfung 269

Dimethylasinsäure 225 Dosis, effektive 41 Durchtunnelung 139

Dimethylquecksilber 295 Dotand 287 Durst, unstillbarer 241

Dimethylsulfid 232 Dotieren 338 Düsentriebwerk, Trubinen 258

Dimethyltellurid 237 Down-Quark 173 Dwi-Mangan 262

Dimmer 165 Drahtschleife 67 dynamische Viskosität 75

Dimorphie 337 Drahtwicklungen, Transformatoren 278 Dynamo der Sterne 192

Dinatriumiridiumhexachlorid 271 Drehachse 51 Dysprosium 303


Dysprosium, alle Elementarwerte 296 Eisencarbonat 212 elektromagnetische Strahlung 98

Dysprosiumoxid 303,304 Eisencarbid / Eisenchlorid 265 elektromagnetische Wechselwirkung 36

Eisengruppe 263 elektromagnet. Wellen 101,107,118

E Eisenhammerschlag 264,265 Elektromagnetismus 123,149,151,265

Eisenhexacyanoferrat 210 Elektromotoren 278

Eisenionen, zweiwertige 264 Elektromotoren, permanent erregte 299

Ebene, schiefe 57 Eisenkern 150,155f Elektromotorische Kraft 64

Edelgase 186,247 Eisenkies 264 Elektron-Antineutrino �̅�e 140,141

Edelgaskonfiguration / -regel 251,328 Eisenmangel, Wechseljahre 266 elektronegativ 330

Edelmetall, wertvollstes 276 Eisenoxid / Eisenoxalat 207,264,265 elektronegativere Elemente 214

Edelmetalle 189,247 Eisenoxidhydrat 264 Elektronegativität 329

Edelstahl V2A 273 Eisen-Platin-Gruppe 263 Elektronegativiät, starke / steigende 238

Edelstähle, säurebeständige 257 Eisen-Schwefel-Cluster 234,266 Elektronegativitätsdifferenz 329

Edukt 89,346 Eisenspat 212 elektronegativstes Element 240

Effekt, photoelektrischer 119,121,126 Eisensulfat 265,277 Elektronen 31,33,36,39,43,44,46,63,93,

Effekt, relativistischer 292 Eisensulfid 232 100,103,117ff,121,124,127f,131,140f

Effekte, gefügestabilisierende 252 Eisenvitriol 242 Elektronen, angeregter Zustand 182

Effekte, korngrößenfeinende 252 Eisenzeit 228,263 Elektronen, auf orbitalen Bahnen 176

Effekte, thermische 124 Eiweißsynthese 222 Elektronen, Aufenthaltswahrsch.keit 213

effektive Dosis 41 Eka-Mangan 262 Elektronen, Bindungsverhalten 176

effektive Masse 57 elastische Streuung 132 Elektronen, delokalisiert 330

Effektivwert, Schalldruck 114 Elastizitätsmodul 51,112 Elektronen, frei bewegliche 328

Effektivwert, Spannung 70 Elastomere 233 Elektronen, freie 331

Effektivwert, Strom 68,69 Elektonensee 330 Elektronen, Grundzustand 182

Effektivwert, Stromstärke 70 elektr. Spule, Windungszahl nW 67,151 Elektronen, in einer Stromleitung 176

Effusion 193 elektrische Feldkonstante ℰ0 44,65,125 Elektronenabstoßung 250

Effusiongeschwindigkeit, höchste 193 elektrische Feldstärke E 41,66 Elektronenaffinität, Nichtmetalle 190

e-Funktion 14ff elektrische Flussdichte D 39,41,66 elektronenanziehende Kraft 333

Ehrenkäsigkeit 7,159,174,320 elektrische Kapazität C 39,65 Elektroneneinfang 140,141,273

Eichbosonen 100 elektrische Ladung Q 39,65 Elektronenformel 332

Eiern 51 elektrische Leitfähigkeit 188,338 Elektronengas 187,213,330

Eigendrehimpuls 42,152,156,178 elektrische Leitungen 278 Elektronenkonfiguration 11,179,182,183

Eigenfrequenz 102,104 elektrische Probeladung 65,66 Elektronenmikroskope 31

Eigenschaft, kolligative 81 elektrische Spannung U 41,63 Elektronenpaar 176

Eigenwert 178 elektrische Spule, Eisenkern 155f Elektronenpaarabstoßungsmodell 333

Eigenzustand 178 elektrische Spule, Wicklungszahl 155 Elektronenpaarbindung 176

Eightfold-Way 31 elektrische Stromdichte J 66 Elektronenpaar-Bindung 328,331

einatomige Gase 247 elektrische Stromstärke 𝓘 63 Elektronenpaare, freie 331

Einbalsamierung 206 elektrische Wechselspannung 68 Elektronenprozesse, hochenerget. 131

eindimensionale Metalle 331 elektrischer „Höhenunterschied“ 63 Elektronenradius re 44

Eindringtiefe 130,134,139,142 elektrischer Gleichstrom 293 Elektronenschalen, komplett 247

Einfachbindung 213,332 elektrischer Leitwert G 40,64,92, Elektronenspin 42

Einfallslot 59 elektrischer Schwingkreis 70f,102,107 Elektronenspins, ungepaarte 251

Einfallswinkel 59,110 elektrischer Strom 39,63,66,152 Elektronenstrahlung 127

Einflüsse auf Wellen 109 elektrischer Strom in der Natur 72 Elektronenüberträger 234

Einheitskreis 18 elektrischer Widerstand R 40,63 Elektronenübertragung 266

Einhorn 291 Elektrizitätsmenge 65 Elektronenvolt [eV] 39,172

Einlagerungsverbindungen 188,246 elektrochemisches Äquivalent 67 Elektronenwolkenmodell 172,333

Einphasenwechselstrom 68 elektrochem. Membranpotential 72 Elektronikindustrie, Gold 286

Einschließung, starke Kernkraft 37 elektrochemisches Potential 281 Elektronikschrott 280

Einschluss 343 Elektrode, Gasentladungslampen 258 elektronische Bandstruktur 189

Einschwingvorgang 102 Elektroden, negative 288 Elektron-Neutrino 𝑣e 140,141

einseitige Hebel 53,55 Elektrodenmaterial 241 Elektron-Positron-Paarbildung 132

einseitiger Doppelhebel 55 Elektrodenwerkstoff, Brennst.-zelle 274 Elektrophysiologie, Calciumkanäle 290

EINSTEIN, Albert 36 Elektrolyse / Elektrolyte 67 elektropositiv 330

Einstein’sche Beziehung 196 elektrolytische Raffination 277 elektropositivere Elemente 214

Einsteinformel, Energie 175 elektrolytisches Verzinken 210 elektrostatische Anziehungskräfte 330

Eisen 219,263 Elektrolytkondensatoren 256 elektrostat. Natur, Ionenbindung 329

Eisen, Häm-Komplex 251 Elektromagnet 149,155 elektrostatische Wechselwirkungen 328


Element, ferromagnetisches 269 Energiebedarf, menschl. Körper 84 Erdbeschleunigung 42,47,49,56,57,71,

elementare Halbleiter 190 Energiebilanz, chem. Reaktion 352,354 74,77,79,101,105

Elementarladung 39,44,64,67,172 Energiedichte 82,151 Erde 297

Elementarreaktion 347 Energiedosis D 19,146 Erde, ältestes auffindbares Mineral 253

Elementarteilchen 31,34,35,37,45,100, Energiedosisleistung Ḋ 148 Erden 190,296

140,143,149,152,153,172,183 Energieentwertung 87 Erdfluchtgeschwindigkeit 140

Elementarteilchen, fundamentale 153 Energieerhaltungssatz 56,93 Erdgas 212

Elemente, chemische 33 Energieerzeugung, Bakterien 260 Erdkern 187,264,283

Elemente, hochschmelzende 256 Energieformen, verschiedene 56 Erdkobalt 269

Elemente, hochsiedende 256 Energiegehalt, organ. Verbindung 352 Erdkruste 187,248

Elementefusionitis 318 Energiegewinnung, Metallkomplex 251 Erdmagnetfeld 136,150,158,264

Elementfrequenz, Röntgenstrahlen 297 Energieniveau 177 Erdmantel 215

Elementhalbleiter 215 Energiequelle, Satelliten 301 Erdmetalle 186,206

Elementmoleküle 329 Energiesparlampen 293 Erdoberfläche 38,47,129ff,136,149,248

Elfenbein 203 Energiespektrum, diskretes 299 Erdöl 212

ELHUYAR 258 Energieverbrauch 64 Erdsäuren 254

Eliminationskinetik, langsame 227 Energiezustände, diverse 101,102 ERIN BROKOVIC (Kinofilm) 256

Elmsfeuer 129 Engler-Grad 76 Erinit 277

Emaille, Färbung 300 Enolase 241 Ermüdungsverhalten, besseres 263

embryotoxische Effekte 209 Entdeckungsansprüche, zweifelhaft 297 Erosion, Erdboden 223

Emission 98f,119,143,174,239,291,351 enterohepatischer Kreislauf 210 Erregerfrequenz 102

Emission, spontane 119,121 Entfärben, eisenhaltiges Glas 301 Erregungsbildung, Sinusknoten 210

Emission, stimulierte 119 Entfärbungsmittel, Glasherstellung 225 Erregungsbildungssystem, Herz 103

Emissionsgrad 48,99f Enthalpie H 89 Erregungsleitung, Nervenzellen 72

emittieren 38,98f,103,110,119,134,140f enthalpisch 347 Erregungsleitungssystem, Herz 71,210

Empathie 176 Entladung, elektrische 220 Erscheinungsformen, Materie 336

EMPEDOKLES 346 Entmagnetisierung 156,301,303 erstarren 93,344

Empfindung, haptische 101 Entmagnetisierung, Widerstand 301 erste Sterne 192

Empörgeschnatter 159 Entmagnetisierungsresistenz 303 erster Hauptsatz, Thermodynamik 87

Emulsion 343 Entropie 85,87,345,353 Erythin 269

EM-Wellen 117-122,127,130 Entropieänderung 87 Erythronium 254

EM-Wellen, Messbarkeit 125 entropisch 347 Erythropoese, gestörte 269

EM-Wellen, Spektrum 125,126 Entsättigung, Stickstoff 97 Erythropoietin = EPO 249,270

Enantiomer 122,123 Entschwefelung, Fahrzeugkraftstoff 233 Erythrozyten 78,79,149,154,157,164,

Enantiomorphie 337 Enttrübungsmittel, Glasherstellung 300 216,226,234,259,262,343

endergon 354 Entwicklerbäder 280 Erythrozyten, geldrollenartig 78

Endoprothesen 253,282 Entwicklung der Atomtheorie 297 Erythrozyten, Technetiumkopplung 262

endotherm 89,352 Enzephalopathie 208 Erz 186,228,263,266,270,277,308,311

endotracheale Tuben 282 Enzymstruktur, Bildung 260 Erzeugung von Schwingungen 102

Energetik chemischer Reaktionen 350 epikritische Sensibilität 101 Erzeugung von Wellen 107

energetische Ökonomie 213 Epitaxieschichten 225 Erzgrube YTTERBY 252,304

Energie E 39,40,56 Epithelzellgranulome 202 erzwungene Calciumfreisetzung 291

Energie, freie F 86,88,89 EPO = Erythropoietin 249,270 erzwungene Schwingungen 101,103

Energie pro Fläche 73 Eponym 38,39 Essbesteck 278,281

Energie, chemische 56,68,351 ERASMUS VON ANTIOCHIA 129 essentielles Spurenelement, Selen 235

Energie, innere 88 Erbium 304 Essigsäure 219,243,278,332

Energie, kinetische 32,46,56,85,88,96, Erbium, alle Elementarwerte 296 Est modus in rebus 32

97,139,142,336,351 Erbiumoxid 297,304 Ethanol 245,350

Energie, mechanische 42 Erbsubstanz, Aufbau 289 Ethen – Ethylenoxid 281

Energie, potentielle 56,85,88,178 Erdalkalicarbonate 202 Ether 346

Energie, quantelige 176,177 Erdalkalichloride / -chromate 202 Ethin 213,243

Energie, spezifische 82 Erdalkalifluoride / -hydroxide 202 Ethoxylate 233

Energie, thermische 56,83,85,91,121, Erdalkaliiodide 245 Eugenit 292

124,345 Erdalkalimetalle 186,201,287 Eukaryoten 230

Energie, zugeführte 90,105 Erdalkalinitrate 202 Euler’sche Zahl e 14

Energieabstahlung, Mensch 351 Erdalkalioxide / -oxalate 202 Eulytin 227

Energieangaben, chem. Reaktion 348 Erdalkalisalze 239 Euro-Banknoten 302

Energieäquivalent der Masse 44 Erdalkalisulfide / Erdalkalisulfate 202 Europäisches Nordmeer 98

Energieband 190 Erdbebenvorhersage 250 EUROPE 301


Europium 301 Feigwarzen, Quecksilber 294 Feuerbestattung 221

Europium, alle Elementarwerte 296 Feilungsmischung, Amalgam 293 Feuerluft 229

europiumdotiertes Yttriumvanadat 302 Feinkornbaustahl, 207 Feuerstein 215

euthyreote Kropfbildung 246 Feinstaub in Luft 343 Feuervergolden 285,292,293

Eutropierung 220 Feinstfolien, Edelmetalle 274 Feuerzeuge, Zündsteine 300

Evaporite 231 Feinstrukturkonstante α 45 Fiatgeld 286

EVELYN 231 Feinunze 286 Fick’sches Diffusionsgesetz 80

Evenkit 190 Feinvakuum 34 ficken 80

exergon 354 Feinzinkgusslegierungen 288,289 Fieber, Mensch 353

Exhalationen, vulkanische 228 Feldeffekte, direkte 124 Filigrandraht 280

Exoskelett 216 Feldemissionsbildschirme 305 Filmprojektoren 249

exotherm 82,89,194,202,211,352,354 Felder, physikalische / statische 35 Finanzmarktspekulationen, Nickel 273

Exponentialfunktion 14,15 Felder, stationäre / quasistationäre 35 FINNEGANS WAKE 31

extensive Größen 33 Feldgleichungen 35 FISCHER, E. 164

extensive Zustandsgrößen 86 Feldionenmikroskope 31 FISCHER, E.O. 165

Extinktion 120 Feldkonstante, magn µ0 44f,67,125,151 Fixatio mercurii 291

Extinktionskoeffizient, dekadischer 120 Feldkonstante, elektr. ℰ0 44,45,65f,125 Fixierbäder 280

extrazelluläre Elektrolyte 199 Feldlinien, elektrische 66,67,118 FKW = Fluorkohlenwasserstoff 240

Extrazellularraum, Chloridanion 244 Feldlinien, Kraftfelder 35 Flachbildschirme 209

Extremhochvakuum 34 Feldlinien, magnetische 41,118,149, Fläche A 7,18,39,50,63f,66,75,96,99,...

Extrinsic Factor 269 150,151,153,155,156,193 Flammenabsorptionsspektrometrie 271

Feldplatten 273 Flammschutzmittel 207,223,245

F Feldspat 215,229 Flares 136

Feldstärke 35 Flatulenz 228

Feldstärke, elektrische E 41,66 Flechten, vanadiumhaltige Enzyme 255

Fadenpendel 102 Feldstärke, magnetische H 41,67,150 Fließfähigkeit 75

FAHRENHEIT 294 f-Elemente 186 FLINDERS PETRIE 274

Fahrzeugkatalysatoren 270 FERMI, Enrico 37,290,311 Flint 215

FAIRCHILD 216 Fermi-Niveau 189 Flitter 293

Fakultät ! 14 Fernordnung 336,344 Flockenfiltration / Flockungsmittel 265

Fallbeschleunigung 47,56f Fernrohr 62 Flughäfen 249

Fallrohre 289 Ferredoxine 234 Flugrost 238

Fällung 297,347 Ferrimagnetismus 150,157 Flugzeugtriebwerk 273,299

Fällungsreaktion 347 Ferrite 150,158,260 Fluid 32,75,336

Familienclans 318 Ferritin 266 Fluid, newton’sch 77

Farad [F] 39 Ferrocen 265 Fluidität 75

FARADAY 157 ferromagnet. Verstärkung, Spule 155 Fluor 239,332

Faraday-Effekt 123,303 Ferromagnete 153,154,156 Fluor, alle Elementarwerte 238

Faraday-Konstante FK 44,64f,67 ferromagnetische Gruppe 263 Fluoracetamid / Fluoracetat 242

Farbgebung, Komplexbildung 251 ferromagnetisches Element 269 Fluorapatit 222,239,242

farbige Verbindungen 251 Ferromagnetismus 150,152f,265,302 Fluorchlorkohlenwasserstoff 240ff,302

Farbladung 31,37 Ferromangan 260 Fluorcitrat 242

Farbpigmente, tiefrote 290 Ferrovanadium 254 Fluoressigsäure 239

Farbspektrum 125,132 Ferrowolfram 258 Fluoreszenz 121,126,130,132,239,302

Färbung, Emaille 300 Ferrum 263 Fluoreszenzspektren 297

Farbvergoldung, galvanische Bäder 282 Ferrum, alle Elementarwerte 263 Fluorfeuer 240

Faserlaser, aktives Medium 305 Ferrumgruppe 263 Fluoridaluminatkomplexe 241

Faser-Matrix-Haftung 241 Ferrumhydroxide 223 Fluoride 239,240

Fassadenbekleidung 289 Ferse 203 Fluoridierung 241

Fat Man 313 Fertigarzneimittel, Sauerstoff 230 Fluorierung 241,282

Faulgasentschwefelung 265 feste Phase 336 Fluorit 239

FCKW ; Fluorchlorkohlenw. 240,242,302 feste Stoffe, Chemie 337 Fluorkohlenwasserstoffe = FKW 240

Federpendel 70,102,105 fester Aggregatzustand 337 Fluorose 242

Federspitzen 267 Festigkeit, hohe 253 Fluorosteopathie 242

Federwismut 227 Festkörper 32,337 Fluorwasserstoff 233,240,241,333,335

fehlende Umweltauflagen, China 298 Festplattenlaufwerke 301 Fluorwasserstoff, Bindungswerte 238

Fehlentwicklung, sprachlich 169 Feststoff 337 Fluorwasserstoff, flüssig 240

Fehler, absolute / relative 22 Fettalkohole 233 Fluorwasserstoff, gasförmig 240,262

Fehler, systematische / zufällige 22 Feuer, Menschen 301 Fluorwasserstoffsäure 238


Fluss, magnetischer Փ 41,66 Füllstandsmessung 135 Garimpeiros 283

Flussdichte, magnet. B 41,66,67,150 Füllstoffe 343 Gärung, alkoholische 346

Flussdichte, elektrische D 39,41,66 Fumarole 262 Gas 32,340

flüssige Phase 336 FUMIGIUM 231 Gas, ideales 81,341

flüssige Stoffe, Chemie 339 Fundament aller Zahlenmengen 12 Gas-Chromatographie 249

flüssiger Zustand, kein 224,262 Fundament dieser Welt 12 gasdichte Stromführung 257

Flüssigkeit 32,339 fundamentale Naturkonstante 42,45,47 Gasdiffusionsverfahren 241

Flüssigkeitsthermometer 100 fundamentale Wechselwirkung 36 Gasdruck 81,94,96

Flüssigkeitstropfen, Weltall 73 Fundamentalkräfte, Physik 36 Gasdynamik 113

Flüssigsauerstoff 229 Fungizid, Holzwirtschaft 225 Gase, einatomige 247

Flüssigstickstoff 221 FUNKE 164 Gasentladungslampen 249,294

Flüssigtemperaturbereich, enormer 209 Funkenregen, Erzeugung 300 gasförmige Phase 336

Flusssäure 215,219,240,258,267 Funktechnik 105 gasförmige Stoffe, Chemie 340

Flussspat 239 Funktion, ganz- / gebrochenrationale 15 gasförmiger Aggregatzustand 340

Flux 92 Funktion, mathematische 15 gasförmiger Chlorwasserstoff 262

Folgeprodukte, Uranzerfall 311,317 Funktionsgleichung, allgemeine 15 gasförmiger Fluorwasserstoff 240,262

f-Orbital 177,180 Funktionskurve 15 gasförmiger Isolator 241

Forensik 130 Gasgleichung, allgemeine 46,47,81

Formalladung 331,332

G Gaskessel 341

Formiatdehydrogenase 259 Gaskonstante, allgem. / spezifische 46

Forschungsreaktoren 227 Gaskonstante, molare Rm 46

fossile Energieträger 212 Gabelstaplerfahrer 103 Gasnetz / Gasometer 341

Fotochemie 280 GADOLIN 297,302,303 Gasphase, einatomig 292

Fotografie 280 Gadolinit 262,297,304 Gasphasenabscheidung, chemisch 216

Fotokopiergeräte 210 Gadolinium 302 Gasriesen, Planeten 192,331

Fotopapier 280,281 Gadolinium, Ablagerungen Gehirn 303 Gastheorie, kinetische 96

Foucault’sches Pendel 103 Gadolinium, alle Elementarwerte 296 Gasturbinen, Kraftwerke 273

Fowler‘sche Lösung 226 Gadolinium-Eisen-Kobaltlegierung 302 Gasversorger 341

fraktionierte Destillation, Helium 248 Gadoliniumoxysulfid, terbiumdotiert 303 Gasvolumen 348

fraktionierte Fällung 297 Gadolinium-Yttrium-Granat 302 Gaszentrifugen 241

fraktionierte Kristallisation 297 Gadolinoxid 302 Gauß 41

Francium 201 Gadopentetatdimeglumin 303 Gauß’sche Normalverteilung 21

Francium, alle Elementarwerte 198 GAHN 259 GAY-LUSSAC 346

FRANCK 285 Galactose-Polymer 236 Geckos 335

Franklin 39 Galaxie 11 gedämpfte Schwingungen 101,104

Fräsen, Industrie 208 Galenit 218,257 gefärbter Alkohol, Thermometer 294

Frauenleiden, Quecksilber 294 Galenobismutit 227 Gefrierpunkterniedrigung 95

frei bewegliche Elektronen 328 Galilei-Fernrohr 62 gefügestabilisierend 252,303

freie Elektronen / -paare 331 Galinstan 294 Gegeninduktion 40

freie Energie 88 GALISSARD DE MARGINAC 302,305 Gegenkathete 19

freie Radikale 230 Gallengangkarzinom, Thorotrast 308 Gegenstandsgröße / -weite 60

freie Schwingungen 101,102,104 Gallium 208 Gehörknöchelchenersatzprothesen 253

freie Weglänge 34 Gallium, alle Elementarwerte 206 Geigerzähler 132

Freigold 284 Galliumarsenid 209,216 Gel 343

Freiheitsgrade, Schwingungen 101,103 Galliumnitrat / Galliumoxid 209 Gelbbleierz 257

freiwillig ablaufende Reaktionen 354 Galmei 288,290 gelber Phosphor 222

fremderregte Schwingungen 101 Galmeiveilchen 288 gelbes Arsen 225

Frequenz f 40,51,104,106 galvanische Zellen 63 gelbes Glas, Holmiumoxid 304

Frequenzabhängigkeit, Schall 113 galvanisches Element 288,293 Gelbkuchen 311

Fresszellen 230 Gamma„zerfall“ 133,143 Geld 279

FREYA 254 Gammablitze 120,134 Geldanlage 276

Frostbeulen, Mittel gegen 290 Gammaquant 134 GELL-MANN 31

Fructose 123 Gammaspektroskopie 134 Gemenge 342,343

Frühzündung unerwünscht, Bombe 315 Gammasterilisation 135 Gemisch 342,343

f-Schale, halb / vollständig gefüllte 302 Gammastrahler 135,148,174,269 Generationenzeit 145

FUGGER 279 Gammastrahlung 119,121,128,129, Generator, Windkraftanlagen 299,303

Fulleren 211 131,133,134,135,143,173 genetische Strahlungsschäden 135

Füllfederhalter 267 Gammastrahlung, Tumortherapie 262 Genexpression, lichtregulierte 351

Füllgas 248,249 ganze Zahlen 183 Genkinit 270


geologische Seifen 274 GLAUBER 242,346 Goldsynthese 218

Geometrie, euklidische 16 Gleichfelder, magnetische 159 Goldtellurid 226

Geometrie, Mehrfachbindungen 334 Gleichgewichtsabstand, energet. 337 Golfstrom, Mexiko 98

geometrische Optik 58 Gleichgewichtsreaktion 347 GOODYEAR 233

Gerberlohe 285 Gleichrichter 63 g-Orbital 177,180

gerichtete Bindung 331 Gleichrichter, Radioröhren 255 Götter 300,312

Gerinnungssystem, Gadolinium 303 Gleichstrom 63 Gradient 76

Germane 211 Gleichstrom, elektrischer 293 Gradmaß 18

Germanium 216 Gleichstromquellen 63,68 Grammkalorie 82

Germanium, alle Elementarwerte 210 Gleichstromwiderstand 69 Granit 207,309,343

Germaniumdioxid 216 Gleichungen, mathematische 8,13 Graph 15,98

Germaniumtetrachlorid 216 GLEN ROY 160 Graphen 211,217

Geröll 343 GLENDENIN 301 graphische Addition / Subtraktion 20

Geruch, rettichartiger 267 Gletscher 160 graphische Zerlegung 20

Gesamtbindungsenergie, Nukleon 173 Gletschermilch 343 Graphit 153,157,190,211f,218,335,337f

Gesamtdipolmoment 333 Glimmer 215,229 Graphitfluorid 241

Gesamtdrehimpuls 42 Glimmlampen 248 graues Arsen 225,235

Gesamtenergie 56,85,107,150,151 Glockenbecherkultur 283 Grauspießglanz 226

Gesamtreaktionsenthalpie 352 Gluconeogenese, Hemmung 255 Gravitation 36

Gesamtstickstoffgehalt, Erdböden 220 Glucose 123,255,352 Gravitationseffekte 34

Gesamtstrahlungsaufkommen 250 Glühelektrodenwerkstoff, Thorium 307 Gravitationskollaps 34

Gesamtwirkungsgrad 91 Glühfaden, Glühlampen 255,267 Gravitationskonstante G 45,49

Geschirr, spülmaschinenfest 252 Glühkathode, Massenspektrometer 263 Gravitationswellen 101,105

geschlossenes System 351 Glühlampen 249 Graviton 37,42

Geschmacksstörungen, Silber 282 Glühstrümpfe, Produktion 307 Gray [Gy] 39,147

geschmolzene Alkalihydroxide 281 Glühwürmchen 239 Greenockit 290

Geschwindigkeit 41 Gluon 37,42 Grenze, Kreide-Tertiär-Erdzeitalter 271

Geschwindigkeit, gerichtete 50 Glutamatammoniumligase 261 Grenzflächenspannung 73

Geschwindigkeit, gleichförmige 49,52 Glutathion 227,233 Grenzschutz 135

Gesimse, Abdeckung 289 Glutathionperoxidase 235 Grenzstruktur, mesomere 334

Gessenicher Krankheit, Weidevieh 291 Glycerin 243 Grenzwinkel 111

Gesteinsschmelzen, silikatische 215 Glycosyltransferase 260 Grobvakuum 34f

gestörte Erythropoese 269 Glykogenstoffwechsel 204 Grönland-Eiskerne 218

Getränkezapfanlagen 221 Glykolyse 241,255 Größe, psychoakustische 115,116,117

Getter 205 Gneis 207 Größen u. Einheiten, magnetische 150

Getterwirkung 256 Gold 219,282 Größen, extensive / intensive 33

Gewebewasser, Absorption 304 Gold-Amalgam 293 Größenordnungen, mathematische 23

Gewicht, statistisches Ω 43 Goldbarren, Fälschung 258 GROWYN 297

Gewichtskraft 36,49,55,57,74 Golddeckung 286 Grundelemente, die vier 346

Gewichtsprozent, chem. Reaktion 349 Goldene Ära, griech. Mythologie 253 Grundgesetze, zahlentheoretische 174

Gewitter 72 Goldenes Kalb / Vlies 283 Grundkraft 36

Gewitterblitze 129,220 Golderz 283 grundlegende Parameter, Feststoff 339

Gibbs-Energie 347,354, goldfarben 224 grundlegende Parameter, Flüssigk. 340

Gibbs-Helmholtz-Gleichung 354,355 Goldgewinnung 284 grundlegende Parameter, Gase 341

Gifblaar 239 Goldhämmerfüllungen, Zähne 293 Grundumsatz, Energie, Mensch 84,351

Gips 203,231,233 Goldhüte, spätbronzezeitliche 283 Grundwasser 203,248,311

Gitter, kubisch flächenzentriertes 330 Goldmacherei 284 grüne Chemie 287

Gitter, kubisch raumzentriertes 330 Goldmark 286 grüne Flaschen, 256

Gitterenergie 329 Goldmedaille, olympische 281 grüner Glimmer 309

Gitterplatz 339,344 Goldpreis 275,286 grüner Leuchtstoff, Bildröhren 303

Gitterschwingungen 330 Goldpurpur 284 Grünsalz 265

Glandula thyroidea 246 Goldrausch 283 Grünspan 278

Glanz, metallischer 330 Goldreserve 286 Gruppen 185

Glas 236,240,260,300f,307,331,335,340 Goldsalze, Pflanzenwurzeln 287 Guano 222

Glas, Herstellung 199,206,214,215,276 Goldschläger 285 Guanosintriphosphat = GTP 241

Glasfasertechnik 216 Goldschnitt 285 Gusseisen 265

Glasherstellung, Enttrübungsmittel 300 Goldschwefel 226 Gusseisenzusatz 252

Glas-Metall-Verbindungen 258 Goldstandard 281,286 Gyralbewegung 51

Glasscheiben, Versilberung 281 Goldstaub 284 gyromagnetisches Verhältnis 153


H Hämoglobin, Ferromagnetismus 265 Herpes labiales 130

Hämoglobin, reversible Bindung 229 HERSCHEL 308

Hämoglobinmolekül 154,166 Herstellungsmaterial, Laborgeräte 276

HABER, Fritz 220,284 Hämolyse, massive 226 Hertz [Hz] 40,52,59,68f,110,126

HaberBoschVerfahren 199,221,251,346 Hämosiderin 266 hervorragender Katalysator, Pd 274

Hacke 203 Handschweiß, Eisen 264 Herzaktivität, erhöhte 210

Hades 312 Hangabtriebskraft 57 Herzinfarktpatienten, Technetium 262

Hadronen 31,37 haptische Empfindung 101 Herzkammerflimmern 72

Hafnium 253 harmonischer Oszillator 70,102f,339 Herzklappen, künstliche 268

Hafnium, alle Elementarwerte 252 Harnsäurebildung 257 Herzmuskulatur, Lähmung der 200

Hafniumcarbid 254 Harnstoffsynthese 346 Herzrhythmusstörungen 210

hafniumfreies Zirkonium 254 Hartblei 219 Herzschrittmacher 268,315

Hafniumnitrid 254 Hartkeramik 207 Herzstillstand 72

Hafnon 253 Hartlote 281,290 heteropolar 333

Hagen-Poiseuille-Gesetz 77 Hartverchromung 256 Heterostrukturen 337

HAHN 308 HATCHETT 255 Hex 9

Halbedelmetall 189,287,292 Hauchvergolden 287 Hexaamin-Metall-3 268

Halbleiter 190,216,225,290,338 Haufwerk 343 Hexachlorplatinsäure 275

Halbleiter, intrinsisch 338 Hauptabstände 175 hexagonal dichteste Kugelpackung 330

Halbleitersilizium 216 Hauptenergieniveau n 178 hexagonaler Kohlenstoffring 213

Halbmetall 190,206,211 Hauptgruppen 185,186,191 HIF ( Hypoxie) 270

Halbmetall-Trennlinie 210 Hauptquantenzahl n 178 high-spin-Zustand 166

Halbmetalltrennlinie 215,219,224,247 Hauptsätze, Thermodynamik 87,351 Himmelseisen 263

Halbwertsmaterialdicke 134 Hauptschalen 180,185 Himmelslicht 58

Halbwertszeit T½ 8,32,97,134,137,139, Hausmannit 259 Himmelsscheibe, Nebra 283

143ff,174,177,183,186,195,201,214 Hautpilzerkrankungen 133 Hinrichtungen, USA 200

Halbwertszeit, biolog. / effektive 145,205 Hautrezeptoren, spezielle 101 Hippocampus 230

Halbwinkel 18 Hauwerk 343 HIPPOKRATES 226

Halbzeuge 289 HAWKING, Steven 12 HIRSINGER 297

Halit 242 Hebel, einseitige / zweiseitige 53,55 Histidin 166

Hall-Sonden 152 Hebel, Mechanik 53 hoch angereichert, Uran 310

Halogencharakter 193 Hebelarm 54 Hochdruckgasentladungslampen 257

Halogene 186,238 Hebelgesetz 53 Hochdruckmodifikationen 237

Halogenelement 239 Hebelgleichgewicht 54 Hochdruckphase, Festkörper 338

Halogenglühlampen 257 Heinrichit 309 Hochfinanz 318

Halogenidanionen 238 Heisenberg’sche Unschärferelation 339 Hochfrequenzbauelemente 225

Halogenide 238,239,308 Heisenberg-Bewegungsgleichung 48 Hochfrequenztechnik 216

Halogenid-Ionen 238 heiße Schwefelsäure 277 hochgedimmter Zustand 166

halogenierte Kohlenwasserstoffe 244 heißer Pferdemist 284 Hochleistungsfaserlaser 305

Halogenige Säure 239 Heißgasbereich, Turbinenschaufeln 258 Hochleistungshochdruckquecksilber-

Halogenmetalldampflampen 304 Heizkörper 97 dampflampen 252

Halogenoxosäuren 239 Heizwiderstände 276 Hochleistungsmagnete 304

Halogensäure 239 Helicobacter pylori 228 Hochmoore 205

Halogenwasserstoffe 238 Heliosphäre 136 Hochpunkte 16

Haloperoxidasen, vanadiumhaltige 255 Heliox 248 hochschmelzende Elemente 256

Häm 164,234,251 Helium 247 hochsiedende Elemente 256

Hämatit 264,265 Helium, alle Elementarwerte 247 Hochspannungsschalter 241

Hämatokrit 77 Heliumbrennen 196 Hochspannungsunfälle 72

Hämatorheologie 78 Heliumkerne, positiv geladene 128 höchste Bindungsenergie, Kern 264,272

HAMBURGER 306 Heliumnuklid 138 Hochtemperaturanwendung, Tiegel 271

Hämerythrin 266 Hell-Dunkel-Sehen 124 Hochtemperaturbrennstoffzellen 303

HAMILTON 313 HELMHOLTZ, Hermann von 85 Hochtemperaturschweißverfahren 248

Hämin 164 Hemimorphit 288 Hochtemperatursupraleiter 221

Häm-Komplex 251 Henry [H] 40,67,151 Hochvakuum 34f

Hammerwurf, Leichtathletik 258 Henry-Gesetz 97 hochwertige Spiegel 271

Hämochromatose 266 Heptaschwefeldioxid 228 hohe Magnetostriktion 303

Hämocyanin 279 herabrollende Kugel 57 hohe Schmelzpunkte 329

Hämoglobin 23,149,154,164ff,191,214, HERMAN 290 hohe Siedepunkte 329

225,229,251,255,265f HERMES 291 hohe Wärmeleitfähigkeit 330


Höhenkrankheit 35 Hydrogenium 192 Impulsraum 190

Höhensatz 18 Hydrogenium, alle Elementarwerte 194 in statu nascendi (naszierend) 192,246

Höhensonnen 294 Hydrogeniumoxide 196 Indigo 209

Höhenunterschied, elektrischer 63 Hydrolasen 260 Indikator, Atomwaffentests 249

Höhlenmalereien 259 Hydrologie 250 indirekte Kalorimetrie 82

Hohlzylinder 53 hydrostatischer Druck 77,81,340 Indium 209

HOLMBERG 304 Hydrothermalgänge 227 Indium, alle Elementarwerte 206

Holmia 304 Hydroxide 196 Indiumzinnoxid 209

Holmium 304 Hydroxylapatit 203,222,224,241 Induktion, magnetische 41,150,158f

Holmium, alle Elementarwerte 296 Hydroxylgruppen 225 Induktionsgesetz 67

Holmiumcobalt / -nickel / -eisen 304 hygroskopisch 204 Induktionskonstante 45

Holmiumoxid 289,297,304 Hyperbel 15,100 induktiver Blindstrom 68

Holzkohle 214 hyperbolisch 14,17 induktiver Widerstand 70

HOMER 231 hyperbolischer Verlauf 165 Induktivität L 40,67,70

Homocystein 233 Hyperchlorophyllierung 224 Induktivität, Erhöhung 265

homogene Gemische 343 Hyperinflation, 1920er-Jahre 286 Industrielobbyisten 259

homolytische Spaltung 334 Hyperoxidionen 230 induzierte Dipole 335

homöopolar 333 Hyperparathyreodismus 205 induzierte Kernspaltung 310

Homosphäre 248 Hyperschall 112 Inerteigenschaften, Stickstoff 221

Honigbiene 58,73 Hyperthermie, artifizielle 353 Inertgas 201,247

Hook’sches Gesetz 71 hypobromige Säure 239,244 inflammable air 192

HOPPE-SEYLER 164 Hypobromite 239 Inflation 286

h-Orbital 177,180 hypochlorige Säure 239,243,244 informeller = illegaler Goldabbau 283

Hormone, Zink 289 Hypochlorit 239,243 infrarotdurchlässige Gläser 210

Hornblende 343 hypofluorige Säure 239 infrarotempfindlicher Sensor 290

Hornerz 280 Hypofluorite 239 Infrarotoptik 216

Hornhaut, Brechungsindex 61 hypohalogenige Säure 239 Infraschall 112

Hornhautflecken, Quecksilber 294 hypoiodige Säure 239 INGOLD 346

Hörschall 112 Hypoiodite 239 Inhalationsanästhetikum 249

HOUTERMANS 313 Hypokaliämie 205 Initialzünder, Sprengstoffe 282

Hufe 203 Hypomanganat 260 inkompatible Elemente 200

Hüftgelenke, künstliche 253 Hypophyse 353 Inlays, Zähne 293

Hüllenmoment, magnetisches 153 Hypotenuse 19 Innenohr, Resonanz 105

Hülsenfrüchtler 257 Hypothalamus 230,353 Innenwiderstand 64

Humate 285 Hypothyreose 235,246 innere Energie 88

Huminsäuren 285 Hypoxie 230,270 innere Reibung 75

Humusböden 285 Hysterese 155f,158 innere Schalen 180,185

Hund’sche Regel 178,179 Hysteresekurve 156,158,165 innere Übergangselemente 299

HÜNEFELD 164 Hystereseschleife 156 innere Zustandsgrößen 86

Hutmachersyndrom 295 Hystereseverluste 158 Insektizid 241

Hütten-Aluminium 207 Hysteresevorgang / -zyklus 156 Instinktebene 297

HWZ = Halbwertszeit 194 Instrumentenbau, musikalischer 268

Hybridantriebe, Kraftfahrzeuge 299

I Insula 230

hybridisieren 213 Integration, Mathematik 16

Hydrargyrum 291 Integrierte Schaltkreise IC 225,278,286

Hydrargyrum, alle Elementarwerte 287 Idealer Schwarzer Körper 98 integrierte Schaltung 216

Hydrargyrum, heißes 295 idealer Spiegel 99 Intensität, durchgelassene 122

Hydrargyrumchlorid 292 ideales Gas 81,341 intensive Größen 33,86

Hydrate 196 Idiot 297 Interferenz 58,108,109

hydratisierte Oxoniumkationen 238 IDRIJA, slowenische Stadt 295 Interhalogenverbindungen 236,239

Hydrazin 221 illegaler = informeller Goldabbau 283 intermolekular allotrope Modifikat. 232

Hydreliox 248 Ilmenit 253 intermolekulare Wechselwirkungen 238

Hydride 193,197 IMA 190,292 internationales Zahlungsmittel 286

Hydrierkatalysatoren, klassische 281 Immunsuppresivum 267 interplanetare Raumfahrt 315

Hydrierung, organ. Verbindung 273,301 Immunsystem, Zink 289 interstitielle Flüssigkeit 199

Hydrogenase 234,266 Impedanz 40 intersystem crossing 239

Hydrogencarbonate 214,219,244 Impuls 49 interzelluläre Kommunikation 351

Hydrogencyanid 214,271 Impuls, elektromagnetischer 151,159 intramolekular allotrope Modifikat. 232

Hydrogene 192 Impulse, elektromagnet. Wellen 118 intrazelluläres Kation 200


Intrinsic Factor 269 Isotropie 136 Kalk 202

intrinsische Halbleiter 236,338 Itai-Itai-Krankheit 291 Kalkablagerungen, Herzmuskel 262

intrinsischer Wert, Gold 286 IUPAC 255,296 Kalkmilch 343

Invertzucker 123 Kalkspat 203,277

Iod 245

J Kalkstein 203,212

Iod, alle Elementarwerte 238 Kalk-Stickstoff-Synthese 221

Iodid / Iodat 239,245 Kalkwasser 233

iodige Säure 239 Jahresaktivitätszufuhr, Plutonium 315 Kalorie 40,82

Iodmangel 246 JAMES 304,305 Kalorienrechnen 84

Iodnitrat / Iodoxid 245 Jaspis 215 Kalorimeter 82,97,304,351,352

Iodoform 246 Jodblockade 246 Kalorimetermaterial, Teilchenphysik 249

Iodsalz 246 Jodismus 246 Kalorimetrie 82

Iodsäure 239 Jodopsin 124 Kältemedium 221

Iodtabletten 246 Joule [J] 40,56,82,101,351 Kältemittel 248

Iodtinktur 246 Joule pro Mol 352 Kältezittern, menschlicher Körper 353

Iodunterversorgung 246 JOULE, James Prescott 87 Kaltkathodenröhren 294

Iodverbindungen 245 JOYCE, James 31 Kaltstreckung / -umformen 277,278

Iodwasserstoff 238,245 Jupiter 217,219,331 Kaltverfestigung / -verformung 274

Ionen 33,329 Kaltwalzen 265

Ionen, komplexe 331

K Kalzit 203

Ionenaustausch-Chromatographie 298 Kamacit 264

Ionenbindung, Eigenschaften 329 Kamel - Nadelöhr 161

Ionenbindung, Charakter 329 K/T-Grenze 271 KAMERLINGH ONNES 292

Ionendosis J 146 Kabelrecycling 221 Kammerflimmern 71

Ionengitter 329,330 Kadmierung 290 Kammerwasser, Brechungsindex 61

Ionenkristalle, Sprödigkeit 329 Kainit 242 Kampfflugzeuge 252

Ionenradien, ähnliche 210 Kalibrieren, Astronomie 301 Kampfstoff, chemischer 290

Ionenradius, Lanthanoide 298 Kalibrierfunktionen, Photometer 304 Kapazität C, elektrische 39,65,66

Ionenradius, Thallium 210 Kalife, Cordoba 294 Kapazität des Kondensators 70

Ionenrümpfe 330 Kali-Gewinnung 245 kapazitiver Blindstrom 68

Ionenverbindung 188,329 Kalium 199 kapazitiver Widerstand 70

Ionenwertigkeit 64,67 Kalium, alle Elementarwerte 198 Kapillaraszension / -depression 74

Ionisation 127 Kalium, physiologische Aspekte 200 Karbidbildner 255

Ionisationsenergie 201 Kalium-40, Argonquelle 200 Karbonatgesteine, anorganische 212

Ionisationsenthalpie 251 Kal.-aluminiumsulfatdodekahydrat 207 Kardiomyopathie, cobaltinduzierte 270

ionische Bindung 89,328,329 Kaliumantimonyltartrat 226 Karies 204

ionische Flüssigkeit 275 Kaliumarsenit 226 kariesverursachende Bakterien 241

Ionisierungsenergie 48,146,187,198,207 Kaliumbromid / -bromat 238,244 kartesisches Koordinatensystem 7,213

Ionisierungsenergie, höchste 247 Kaliumcarbonat 198,200 Karussell 52

Iridium 271 Kaliumchlorat 268 Karvenzmänner 161

Iridium, alle Elementarwerte 268 Kaliumchlorid 198,238,242 Karzinogen, Vanadium 254

Iridium-Anomalie 272 Kaliumchromat 198 Karzinome, Nasennebenhöhlen 308

Iridiumoxid 271 Kaliumcyanid 214 Kassiterit 217

Iridosmium 268,271 Kaliumdicyanidoaurat 285 Katalase 230,260,266

irreversible Reaktion 354 Kaliumdisulfat 270 Katalysator 189,199,228,233,234,251,

isobar 100 Kaliumfluorid 198,238 257,268,269,271,273,274,305,347

Isobare 173 Kaliumhydroxid 198,200,267 Katalysatoraktivität, höhere 267

isochor 100 Kaliumhyperoxid 200 Katalysatorgift, Schwefel 234

Isolatoren 193,238,338 Kaliumiodid / -iodat 238,245,246 Katalyse 347

Isolatoren, optische 303 Kaliumiodidtabletten 246 Katalysemechanismus, Enzyme 235

Isolierglas 278 Kaliumkanäle, passive 205 katalytische Oxidaion 83

Isolierglasscheiben, Füllgas 249 Kaliumnitrat 198,231,267 katalytisches Reforming 276

Isomere 134 Kaliumoxid / Kaliumoxalat 198 Katarrhakt 130

isotherm 100 Kaliumpermanganat 229 Katastrophen, nukleare 205

Isotone 173 Kaliumperoxid 200 Kathetensatz 18

Isotope 33,173 Kaliumpyrosulfit 233 Kathode 63,131,256

Isotopenbatterien 271 Kaliumsufid / -sulfat 198,205,233 Kathodenstrahlröhren 204,302

Isotopengemisch 174 Kaliumtellurat 236 Kationen 188

Isotopenverhältnis, Uran 310 Kaliumtetrafluoroargentat 282 Katzengold 224


Kautschuk 233,245 KLAPROTH 297,308 Kohlenstoff, Verbindungen 214

Keilstrichformel 332 klassische Physik 31 Kohlenstoff, Vorkommen 212

Kelvin [K] 38 klassische Säuren 238 Kohlenstoffdisulfid 214,222,223

KENDREW 164 Klastogen, mutagenes 226,254 Kohlenstoffgruppe 210

Keramik, Bemalung 269 Klebstoffe, Silberpulver 281 Kohlenstoffverbindungen, anorgan. 214

Keramik-Inlays, Zähne 293 KLEMM 304 Kohlenstoffverbindungen, organ. 211

Keramikschmelztiegel, Zirkonoxid 275 Klemmenspannung 64 Kohlenstoffzyklus 214

Keratin 233 Klinoklas 277 Kohlenwasserstoffe 196,211,274

Kermesit 226 KLUGE 291 Kokereigas 233

Kernbindungsenergie 88,138 KLZ = Kernladungszahl 33,172 Kokillen 288

Kernfusion 128,192 kM = kritische Masse 310,315 Kolbenströmung 76

Kernfusionsprozesse 191 Knallgasprobe 192 Kollagen 343

Kernisomere 134,308 Knallgasreaktion 194,203,230,348,352ff Kollagen-4-Matrix 245

Kernkraft, schwache / starke 37 Knallgasreaktion, Mitochondrien 353 kolligative Eigenschaft 81

Kernkraftwerke, Energiegewinnung 310 Knallsilber 282 kolloidale Palladiumlösungen 274

Kernladungszahl = KLZ 33,172 Knetlegierungen 278 kolloidales Silber 282

Kernmoment, magnetisches 153 Knoblauch 225 kolloidales Thoriumoxid 308

Kernreaktionen 345 Knoblauchgeruch, intensiver 237 Kolloide 343

Kernreaktoren 135,137,143,261,310ff Knochen 203,291,307,343 Kolymit 292

Kernspaltung 88,195,196,201,241,266, Knochenentkalkung 204 Kommunikation, interzelluläre 351

298, 307,310,313 Knochenerweichungen 208 Kommutativgesetz 13

Kernspaltung, induzierte 143,310 Knochenmark 237 Kompartimente 97

Kernspin 42 Knochenmetastasen 205,252 Kompartimentierung, Zellen 230

Kernspinresonanzspektroskopie 105 Knochennägel, Tantal 256 Kompassnadel, magnet. 46,149f,153

Kernspintomographie 153,158f,300,303 Knöllchenbakterien 220,257 Komplementär, Zeit 12

Kernteilung, natürliche 128 Knollenblätterpilzvergiftung 210 Komplexe 251

Kernumwandlung 137,141,174,318 Koagulation 292 komplexe Halogenide 239

Kernumwandlungsvorgang, zeitlich 174 Kobaltblüte 269 komplexe Ionen 331

Kernwaffen, abgerüstete 309 Kobaltglanz 269 Komplexe, Atmungskette 266

kernwaffengeeignetes Plutonium 314 Kobaltkanone 269 komplexes Schubmodul 77

Kernzerfall 137 Kobaltnickelkies 269 Komplexierungskonstante, hohe 303

Kesselstein 202 Kobold 269,272 Komponenten, RGB-Farbraum 299

Kettenbildung 211 Kochsalz, Umrechnung 350 Komposits 293

Kettenreaktion, nukleare 315 Koerzitivfeldstärke 155f,156,300,301 Kompressibilität 51

keulenförmig 213 Kohäsion 75 Kompressionsenergie, Schall 113

Keuper, Uran 309 Kohäsionskraft 74,345 Kompressionsmodul 50,51,112,339,340

Kfz-Hybridantriebe 299 Kohle 212 Kompressionsmodul, höchstes 268

Kiefernekrosen 222 Kohle, Stromerzeugung, Thorium 306 komprimierbar, nahezu nicht 339

Kieferschrauben, Tantal 256 Kohle, Stromerzeugung, Uran 306 Kondensationsenthalpie 90

Kielbomben, Segelboote 258,310 Kohlebürsten 202 Kondensationskeim, Regenbildung 282

Kies 343 Kohlelichtbogenlampen 301 Kondensator 63,66,70

Kiesel 215 Kohlendioxid 212,214,228,234,331, Kondensatorbeläge, Silber 281

Kieselalgen / Kieselerde 215,216 332,333,348 Kondensatordielektrika 301

Kieselglas 216,236,305 Kohlendioxidlaserstrahlen 278 Kondensatoren, hohe Kapazität 256

Kieselgur / Kieselsäure 215 Kohlendisulfid 235,244 Kondensatoren, sehr kleine 256

Kilogramm [kg] 38,43f,82,146,271,276 Kohlenhydrate 351 kondensieren 93,344

Kilogramm-Prototyp 276 Kohlenhydratmetabolismus 217 kondensierte Materie 32,336

Kilojoule / Kilokalorie 82,89 Kohlenhydratsynthese 222 Konfiguration, Valenzelektronen 263

Kilopond 40 Kohlenmonoxid 193,214,234,332 Konfliktrohstoff 284

Kinasen 260 Kohlenmonoxiddichlorid 223 Konglomerat 342,343,

kinematische Viskosität 76 Kohlensäure 214,333 Königstochter, phönizische 301

kinetische Energie 32,46,56,85,88,96, Kohlensäureüberschuss 203 Königswasser 257,258,267,278,285

97,139,142,336,351 Kohlenstoff 211,337 Konjugation 334

kinetische Gastheorie 96 Kohlenstoff, Atommodell 212 konjugierte Doppelbindungen 334

Kippschalter 165 Kohlenstoff, Diamantstruktur 213 Konkavlinse 60

Kirche, die 161,163 Kohlenstoff, Graphitstruktur 213 Konsequenzen, arbeitsmedizinisch 222

Kirchhoff’sches Strahlungsgesetz 99 Kohlenstoff, Isotope 214 Konstantan 273

Kirlian-Photographie 351 Kohlenstoff, physik. Eigenschaften 212 konstante Proportionen 348

Klammern, Tantal 256 Kohlenstoff, Transformation 212 Konstanten, physikalische 42


Konstitutionsformel 332 Kreide-Tertiär-Erdzeitalter, Grenze 271 künstliche Hüftgelenke 253

konstruktive Interferenz 58 Kreis, der 18 Kunststofffüllungen, Zähne 293

Kontaktallergien 273 Kreisbahn / Kreisbewegung 51 Kupellation 283

Kontaktkorrosion 278 Kreisbogen 18 Kupfer 219,277

Kontaktverfahren 232,346 Kreisfläche 8,18 Kupferacetat 278

kontinuierliche Eigenwerte 178 Kreisfrequenz ω 52,69,104,106 Kupferbismutblende 227

kontinuierliche Schwingungen 101 Kreislaufstillstand 72 Kupferbismutglanz 227

kontinuierliches Spektrum 108 Kreisumfang 18 Kupferglanz 277

Kontraktilität, Myokard 303 Kreiswellenzahl 106 Kupfergruppe 276

Kontraktion, Muskulatur 204 Kreiszahl π 18 Kupferhydoxide / -karbonate 278

Kontraktionseffekte, Mischvolumen 350 Kreiszylinder 19 Kupferkies 228,231,277,280

Kontrastmittel 249,300,303 Kreuzprodukt 46,54 Kupferminerale, sekundäre 277

Kontrastmittelbeigabe, Seltenerden 299 Kriechstrom 72 Kupfernägel, Schieferdach 278

Kontrastunterschiede, Gewebe 303 Kriechverhalten, besseres 263 Kupfernickel 272,278

Konvektion 85,98,100 Kriegsmetall 289 Kupferoxid / Kupferphosphid 278,279

Konvektionsstrom 63 Kriegswaffenlobby 318 Kupferschwärze 277

Konvektionsströmungen, Erdkern 264 Kristalle 329 Kupferselenid 228

konventionelle Landwirtschaft 294 kristallin 336 Kupfersilberglanz 280

Konvexlinse 59 Kristallisation, fraktionierte 297 Kupferspeicherkrankheit 279

Konzentration, osmolare 81,95 Kristallisationsenthalpie 90 Kupfersteinzeit 228

Konzentrationsangaben, Chemie 349 Kristallisationsverfahren, Osmium 268 Kupferstiche 278

Konzentrationsmaß, chem. Reakt. 349 Kristallmodifikation 190 Kupfersulfat 277,279

Koordinatensystem, kartesisches 7,213 Kristallstrukturanalyse 133 Kupferverhüttung 290

Koordinationszahl 187,332,339 Kristallsystem 153,309 Kupfervitriol 279,291,346

koordinative Bindung 328,331,332, Kristallsystem, kubisches 264,284 Kupferzeit 277

Kopfhörer, hochwertige 300 Kristallsystem, orthorhombisches 243 Kurantmünzen 281

Korngröße, abnehmend 280 Kristallsystem, tetragonales 155 Kurbel 55

korngrößenfeinende Effekte 252 Kristallzüchtung 339 Kursstabilität, Zahlungsmittel 281

Kornverfeinerung 207 kritische Masse = kM 310,315 Kurvenverläufe, mathematische 15

Körper, mathematische 19 kritische Temperatur 93 Kurzschlussstrom 64

Körper, physikalische 33 kritischer Druck / Punkt 93 Küstelit 280

Körperdosis 41,147 Krokoit 218 KÜSTER 164

Körperkerntemperatur, Mensch 353 Kronengerüst, Zahntechnik 253 Kværner-Verfahren 193

Körperwärme, Mensch 351 Kropf 246 Kyschtym-Unfall, Plutonium 313

Korrekturfaktor 146f Kropfbildung, euthyreote 246

Korrosion, Eisen 264 Kropfkranke 246

L Korrosionsbeständigkeit, hohe 253,258 Kryogen 195

Korrosionsschutz 262,290 Kryotechnik 221

Korund 337 Krypton 249 Laborgeräte 256,276

Kosmetika, silberhaltige 282 Krypton, alle Elementarwerte 247 Ladung Q, elektrische 19,51

kosmische Strahlung 136,214 K-Schale 177,180 Ladungsausgleich, Zellen 244

kosmogenes Radionuklid 194 kubisch flächenzentriertes Gitter 330 Ladungsmenge 63

kovalente Bindung 89,328,331 kubisch raumzentriertes Gitter 330 Ladungstransport 67,329

kovalente Halogenide 239 Kugel 19 Laevulose 123

Kraft F 40,49 Kugel, herabrollende 57 Lageenergie 56,101

Kraft pro Länge 73 Kugeläquator 57 Lagermetall 205,219

Kraft, elektromotorische 64,351 Kugelgraphit 252 Lambda-Sonden 252

Kraft, periodische 102,103 Kugeloberfläche 8,57 Lambert’sches Strahlungsgesetz 111

Kraftarm 53 Kugelpackung, hexagonal dichteste 330 Lambert-Beer-Gesetz 111,120,131

Kraftfeld 31,35 Kugelwellen 107,109 Lamb-Welle 112

Kraftstofftanks, Automobile 241 Kugelwolken, kovalente Bindungen 333 laminare Strömung 78

Kraftwandler, mechanischer 53 Kühler 97 Lampenbau, Thorium 307

Kraftwerksaschen 307 Kühlkörper 278 Landebahnen, Befeuerung 249

Kraftwirkungen, magnet. 149f,159,166 Kühlleistung 248 Länge 7,38,45,51,56,64,67,71,73,77f,...

Krampfanfälle, zerebrale 282 Kühlmittel, Kühlschränke 240 Längenausdehnung 51,98,100

Krawattennadeln 271 Kunstdünger 291 Lanthan 252

Krebscluster 259 Kunstgegenstände 278 Lanthan, alle Elementarwerte 251

Krebskranke, Wärmeregulation 353 Kunsthandwerk, Kupfer 278 Lanthana 297

Kreide 203,212 künstliche Herzklappen 268 Lanthancarbonate 252


Lanthanoide 186,296 Leiter, Festkörper 338 Linearbewegung 49

Lanthanoide, reaktivstes Metall 302 Leiterbahnen auf Leiterplatten 278 lineare Schwingungen 101,103

La.-oidenkontraktion 254,292,298,305 Leitermaterial 207 Linienspektrum 119,131,134,142,182

Lanthanoid-Ionen, Farben 299 Leiterplatten, mikroelektronische 287 Linke-Faust / Hand-Regel, Strom 152

Lanthanoxid 252 Leitfähigkeit, dielektrische 124 Linneit 269

Lanthanoxybromit 304 Leitfähigkeit, elektrische, Metalle 330 Linse, Brechungsindex 61

Lanthanphosphat-Komplex 315 Leitfähigkeit, Festkörper 338 linsenförmige Tropfen 292

Lapislazuli calaminaris 288 Leitungsband 187,292 Linsentypen 59

Laserdioden LD 225 Leitwert, elektrischer G 40,64 Lipidperoxide 264

Laserdiodenchips 287 LELY 306 Liquidatoren 205

Laserdrucker 276 Lens oculi, Brechkraft 62 Lissajous-Figur 103

Laserkristalle 304 LENZ, Emil 67 Lithargit 218

Lastarm 53 Lepidolith 200 Lithium 198

latente Wärme 90 Leptonen 31,140 Lithium, alle Elementarwerte 198

lateritische Nickelerze 272 Letale Dosis 209 Lithiumatome 172

Latexzusatz 235 Letternmetall, Buchdruck 219 Lithiumblutspiegel 199

Latwerge 222 Leuchtdioden 209,271 Lithiumbromid 198,238

Laurit 266 Leuchtfarbe, Zieloptiken v. Waffen 301 Lithiumcarbonat / -chromat 198

Lautarit 245 Leuchtgas 249 Lithiumchlorid 198,238

Läuterung 283 Leuchtmittel, Seltenerdmetalle 299 Lithiumcobaltdioxid 269

Lautheit 115,117 Leuchtröhren 248 Lithiumfluorid / -hydroxid / -iodid 198,238

Lautsprecher, hochwertige 300 Leuchtstoff, Fluoreszenzlampen 303 Lithiumnitrid / Lithiumnitrat 198

Lautstärkepegel L 41,116 Leuchtstoff, Gasentladungsröhren 300 Lithiumoxid / Lithiumoxalat 198

LAVOISIER 229,231,242,346 Leuchtstoff, Schwarzweißfernseher 290 Lithiumsufid / Lithiumsulfat 198

LC-Schwingkreis 70 Leuchtstoff, weiße Leuchtdioden 305 Lithosphäre 212

LD-Werte 209 Leuchtstoffe, Bildschirmfläche 304 Livermorium 228

Lebensdauer 𝓣 100,134,144,194,239 Leuchtstofflampen 294,299,302 Lobby, Waffen 318

Lebenserwartung 144 Leuchtziffern, Uhren 301 Logarithmen 14,15

Lebensmittel 343 Leucit 200 Lohe 285

Lebensmittelzusatzstoff 221 Leukämien, strontiumverursachte 205 Lohfarbe 285

Lebensmittelzusatzstoff E173 208 Leutdioden LED 225 lokalisierte Bindung 328

Lebensmittelzusatzstoff E175 285 Levitation, diamagnetische 157 lokalisierte Elektronenpaarbindung 328

Lebensmittelzusatzstoff E938 249 Licht, polarisiertes 58,110,122 Löllingit 224

Lebensmittelzusatzstoff E939 248 Licht, sichtbares 108,120 London-Kräfte 335

Lebensmittelzusatzstoff E941 221 Licht, teilpolarisiertes 58,110 Longitudinalwellen 105,107

Lebensmittelzusatzstoff E949 195 Lichtabsorption 120 Lorentzkontraktion 152

Lebensprozesse, Reakt.-kaskade 350 Lichtausbeute, hohe 254 Lorentzkraft FL 150,152

Leberwurstwissenschaftler 7 Lichtbogen 72,249 Loschmidt-Zahl 43

Leblanc-Verfahren 346 Lichtbogenschweißen 129 Löschmittel, Objektschutz 249

Leckmittel 222 Lichtgeschwindigkeit c 11,38,45 lösliche Iodverbindungen 245

LECOQ DE BOISBAUDRAN 208,297,300ff Lichtmikroskop 61 Lösungsmittel 329

Leerlaufspannung 64 Lichtphotonen 124 Lotlegierungen, Silber 281

Legierung 331 Lichtquant 100 Lötwerkstoffe 290

Legierungen, magnetische 269 Lichtreflektoren, Silber 281 Low-spin-Zustand 166

Legierungen, niedrigschmelzende 290 Lichtreflexionseigenschaft, höchste 280 L-Schale 177,180

Legierungen, verschleißfeste 269 lichtregulierte Genexpression 351 LuAG = Lutetiumaluminiumgranat 305

Legierungsbestandteil, Gitarren 269 Lichtspektrum, Mensch 125,126 Luanheit 292

Legierungselement, Stähle 256 Lichtspektrum, nahe Sonnenlicht 255 Luftabschluss 198,202

Leguminosen 220,257 Lichtstärke 𝓘v 38 Luftfeuchtigkeit 94,95

Lehm 215 Lichtteilchen 100 Luftstickstoff 220

leicht spaltbar 312 Lichtwellen 58,107,109 Lumineszenzeffekt 132,239

Leichtmetalle 188 Lichtwellenleiter 236 Lungengewebe 208

Leichtwasserreaktoren 314 LIEBIG 346 Lungenkrebs 237

Leim 343 Liganden 251,261 Lungenödeme 244

Leistung P 41,56 Lignin 243,260 Lungenschäden 244

Leistung, mechanische 56,91 Lillianit 227 Lupe 61

Leistung, zugeführte 90 Limonit 264 Lutetium 305

Leistungsumsatz, Energie, Mensch 84 linear polarisiertes Licht 58,110 Lutetium, alle Elementarwerte 296

Leiter zweiter Ordnung 329 Linearbeschleunigung 49 Lutetiumaluminiumgranat = LuAG 305


Lutetiumoxyorthosilicat 305 magnetische Schale 155 Masseauswurf, koronaler 136

Lysosomen, Mangan 261 magnetische Spannung Um 67,151 Masseberechnung, Methan 349

magnetische Suszeptibilität 153ff, 314 Maßeinheit der Zeit 201

M magnetischer Dipol 36,45,88,118,150 Massenanziehung 33

magnetischer Fluss Փ 41,66 Massendefekt 43,173,175,196,264

magnet. Nordpol 149,150,152,155,165 Massenerhaltungssatz 348

MACKINTOSH 298 magnetischer Südpol 149,155,165 Massenkonzentration 349

Magensaft 238 magnetisches Kern- / Hüllenmoment 153 Massenzahl MZ 33,172

Magensäure 244 magnetisches Moment 46,149,153,251 Massenzunahme, relativistische 299

Magmagestein 227 Magnetisierbarkeit von Materie 153 Maßfehler 21

Magmatite 269 Magnetisierung, adiabatische 302 Massicoit 218

Magnes 202 Magnetisierung, permanente 154 Maßsystemkonstante 65,66

magnes femini / masculi sexus 259 Magnetisierung, spontane 156 Masurium 261,262

Magnesia 202 Magnetismus 36,65,149,151,153ff, 202 Materialkennwert 51

Magnesit 203 Magnetismus animalis 158 Materialkonstante 51,64

Magnesium 202 Magnetite 158,264f Materie 31

Magnesium, alle Elementarwerte 201 Magnetkies 264 Materie, baryonische / dunkle 33

Magnesiumbromid 238 Magnetophosphene 158 Materie, interstellare 34,136,193

Magnesiumcarbonat 202,203 Magnetosphäre 136 Materie, kondensierte 32,336

Magnesiumchlorid / -chromat 202,238 Magnetostatik 35,149 Materiewellen 105

Magnesiumfluorid 202,238 Magnetostriktion 303 mathematische Größenordnungen 23

Magnesiumhydroxid 202 Magnetquantenzahl ml 178 Mattauch’sche Isobarenregel 174

Magnesiumiodid 238 MagnetResonanzTomographie 91,153 maximale Luftfeuchtigkeit 95

Magnesiumnitrat / -oxalat 202 Magnetsinn 158 Maximalwert 69,70,142

Magnesiumoxid 202,203,329 Magnetwerkstoffe 276,301 Maximalwert, Spannung 70

Magnesiumsilicid 215 Magnon 42 Maximalwert, Stromstärke 70

Magnesiumsulfid / -sulfat 202,203 Makromolekül 337 Maxwell (Einheit) 41

Magnetbänder 205 Malachit 277 MAXWELL, James Clerk 36

Magnetblasenspeicher 304,305 Malaria 267 Maxwell-Gleichungen 36,45

Magneteisenstein 264 Mammakarzinom, Therapie 205 MAYER, Robert 73

Magnetfeld 41 Mangan 259 MCMILLAN 311

Magnetfeld, äußeres 156,157,158 Mangan, alle Elementarwerte 259 Mechanik, klassische 49,139,338

Magnetfeld, Erde 136,150,158,264 Manganat 260 mechanische Energien 56

Magnetfeld, Gasplaneten 192 Manganblende 308 mechanische Leistung 56

Magnetfeld, intergalaktisches 150 Mangandioxid 229,242 mechanische Transversalwellen 107

Magnetfeld, interplanetares 136 Mangangruppe 259 mechanische Wellen 101,107

Magnetfeld, Sonnenflecken 150 Manganin 260 mechanischer Kraftwandler 53

Magnetfelder 136,149,151,155,157,158 Manganismus 261 mechanischer Wirkungsgrad 91

Magnetfelder, Abschirmung 265 Manganit 259 Mechanorezeptoren 101

Magnetfelder, Gefahren 159 Manganknollen 259 Medien, die 163

Magnetfelderzeuger 67,151 Mangannitrid 260 Medium, dispersives 106,108,113

magnetische Anisotropie 155 Manganoxide 259 medizinische Implantate, Tantal 256

magnetische Datenträger 252,265 Manganperoxidase 260 medizinische Instrumente 252,256

magnetische Energiedichte 151 Mangelkrankheiten, Selen 235 medizin. Kurzübersicht, Elemente 320

magnetische Feldkonstante µ0 45,125 Manhattan-Projekt 313 MEDIZINISCHE TERMINOLOGIE 297

magnetische Feldlinien 41,118,149, Manie 199 Medizintechnik, Titan 253

150,151,153,155,156,193 Manometer 294 Meeresalgen 245

magnetische Feldstärke H 41,67,150 Maracana-Fußballstadion 172 Meeresströmungen, globale 98

magnetische Flussdichte B 41,66,150 MARCKWALD 237 Meerrettich, Geruch 235,236

magnetische Gleichfelder 159 MARINSKY 301 Meerwasser, Goldgewinnung 284

magnetische Größen u. Einheiten 150 Markasit 231 Mehltaupilz, echter 233

magnetische Induktion 41,150,158f Marmor 212 Mehrfachbindungen, Geometrie 334

magnetische Koerzitivfeldstärke 155f Masse des Elektrons me 33,46 Mehrzentrenbildung 328

magnetische Kompassnadel 149f,153 Masse des Neutrons mn 33,46 Meissner-Körperchen 101

magnetische Kraftwirkungen 149f,159 Masse des Protons mp 33,46 MEITHNER 308

magnetische Legierungen 269 Masse m 33,36,38,40,43f,46,64,80,96.. Melanterit 265

magnetische Ordnung 154 Masse, effektive 57 Mellit 190

magnetische Permeabilität 154 Masse, schwingende 71 Membranpotential, elektrochemisch 72

magnetische Rekonnexion 136 Masse, Umrechnung in Stoffmenge 350 Membrantechnik 92,241


Membranverfahren, Elektrolyse 294 Methiin 233 Moment, magnet. 46,140,149,153,251

MENDELEJEW 183,201,261 Methionin 233 Momentanspannung 68

Mengenelemente 204 Methylacidiphilum fumariolicum 300 Momentanstromstärke 69

Meniskus 74 Methylbromid 245 Momentum 53

Menkes-Syndrom 279 Methylselenocystein 234 Monazit 298,309

Mercurius 291 Miargyrit 280 Monazitsande 252,298

Mercurochrom 294 Miassit 270 Mond 257,279

Merfen-Präparate 294 Micky-Maus-Stimme 248 Mondfahrzeuge, sowjetische 237

Merkel-Tastscheiben 101 Mikroelektroden, Physiologie 258 Mondgöttin 234

Merkur 219,291 Mikroelektronik 216 Mondmetall 279

Merkurblende 291 Mikroorganismen, freilebende 220 Mondscheinkinder 130

MESMER 158 Mikroskop 62 Mond-Verfahren 273

mesomere Grenzstruktur 334 Mikrowellenanwendungen 302 Monel 241,273

mesomorpher Zustand 336 Milch 343 Monoarsan 225

Mesonen 31 Milchstraße, Anzahl der Atome 182 Monobromaceton 245

Mesophyllzellen 234 militärisch-industrieller Komplex 318 Monokieselsäure 215

mesopisches Sehen 124 Millerit 272 monoklonale Antikörper 262

Messflüssigkeit, Tieftemperaturthermo- Minamata-Krankheit 294 Monomethylarsonsäure 225

meter 293 Minerale 190 Monomethylquecksilber 295

Messgröße 41,92,146,147,178 Minimalflächen 73 Monopolstellung, Seltenerden 298

Messing 235,277,288 Mischmetall, Seltenerden 300 Monosilan 215,240

Messparameter radioakt. Strahlung 144 Mischoxid-Brennelemente 314 Monostannan 211

Messwerte 21 Mischpolymerisate 225 Monostrukturen 337

metabolische Reaktionen 234 Mischungstemperaturen 92 Monotropie 337

Metall 331 Misteln 75 Monsterwellen 109,161,320

Metallbindung 292 Mitochondrien 197,230,260f,303,352f Montageplatten, Leistungshalbleiter 278

Metalle 187 Mittelohrchirurgie 253 Montroyidit 292

Metalle der Seltenen Erden 296 mittelschwerer Atomkern 143 Morbus Crohn 279

Metalle, eindimensionale 331 mittelstarke Elektronegativität 214 Morbus Wilson 279

Metallgitter 187,330 Mittelwert 21 Morbus-Bechterew 308

Metallhydride 197 Mizellen 343 Morde, innerfamiliäre 255

Metall-Ionen 287 Modellvorstellung, Gas 81 Morphosen 309

metallische Bindung 328,330, moderne Physik 31 Mörtel 203

metallischer Geruch, Eisen 264 Modifikation 190 MOSANDER 297,300,303,304

metallischer Glanz 330 Modifikation, Festkörper 337 Moschellansbergit 292

metallischer Wasserstoff 192,331 Mohs-Härte 198,218,258,264 MOSELEY 297

Metallkomplexe 251 Moissanit 215 MOX-Brennelemente 314

Metallkomplex-Reaktion 347 Mol [mol] 38,175,348 MRT 105,109,126,153,202,249,303

Metallkristall 330 molare Gaskonstante 46 M-Schale 177,180

Metallocene 265 molare Masse 67 Mukoviszidose 279

Metalloenzyme 279 molare Reaktionsenthalpie 352 MULLIKEN 330

Metallothioneine 291 molare Umwandlungswärme 93 multiple Proportionen 348

Metallschutzgasschweißen 248 molare Wärmekapazität 85 Multiplikation 13

Metallsulfide / Metallsulfate 231 molares Normvolumen 46 Mumifikation 206

Metallthionsynthese 291 Molarität 349 Mundgeruch 228

Metallum problematicum 236 Moleküle 34,38,43,67,75,80,88f,96f,... Munition, panzerbrechende 258

Metallurgie 216 Moleküle, chirale 122 Münzen 278,281

Metallwert gleich Münzwert 281 Molekülorbitalmodell 229 Münzmetalle 276

Metaphysik 118 Molekülorbitaltheorie 328,331 Münzprägung 289

metastabil 134,142,261,336,339 Molekülrotationen 126 Murium 242

Meteoreisen 263 Molekülschwingungen 120,121,126 Muriumsäure 242

Meteoriteneinschlag, großer 272 Molvolumen 46 Muscheln 214

Meteoriteneinschläge, Gold 283 Molybdän 257 Musculus biceps brachii 55

Meter [m] 38 Molybdän, alle Elementarwerte 256 Musikinstrumente 278,281

Methan 213,231,267,332,333,348 Molybdändisulfid 257 Musikton 108

Methan, Verbrennungsenthalpie 352 Molybdänglanz 257,262 Muskelzellen 204

Methanmonooxygenase 266 Molybdänid 257 Muter 227

Methanol – Formaldehyd 281 Molybdännitrogenasen 255 Mutternuklid 134,137,138,139,141,206

Methanoldehydrogenase 300 Molybdat 257,261 Mykosen, oberflächliche 234


Myoglobin 165,266 Naturkonstante, fundamentale 42,45,47 Neutronenaktivierung 272

Myokardszintigraphie 210 natürlich vorkommende Amalgame 292 Neutronenanzahl, ungerade, Kern 312

Myonen 31 natürliche Pigmente 259 Neutronenbombardierung, Neodym 298

Naturreaktoren OKLO 309,313 Neutronenemission 138,143

N Natururan 310 Neutronenemitter, Halbwertszeit 143

Nazis 285 Neutron.-erweiterungszahlen 12,32,183

Nebel 343 Neutronenfilter 227

N2-Fixierung 220 Nebelmunition 223 Neutronengift, Kernreaktoren 301

N-Acetylcystein 227 Nebengruppe, achte 272 neutroneninduzierte Kernspaltung 312

Nachfällung 265 Nebengruppe, dritte 254 Neutronenquellen, transportable 237

nachleuchtende Bildschirme, Radar 302 Nebengruppe, erste 251 Neutronensterne 51

Nachleuchtfarben, Notschilder 239 Nebengruppe, fünfte 259 Neutronenzerfall, freier 138,143

Nachtsehen 124 Nebengruppe, neunte 276 Newton [N] 40

Nachtsichtgeräte 216 Nebengruppe, sechste 263 Newton pro Quadratmeter 40

nacktes Fluorid 240 Nebengruppe, siebte 268 NEWTON, Isaac 36

Nageleisen 54 Nebengruppe, vierte 256 Newtonmeter 40,49,53

Nahordnung 336,340,344 Nebengruppe, zehnte 287 Nichteisenlegierungen 255

Nährboden, Mikrobiologie 236 Nebengruppe, zweite 252 nichtenzymatische Prozesse 264

Nahrungsergänzung, Selen 235 Nebengruppen 185,250 Nicht-Häm-Enzyme 266

Nanosilber 282 Nebengruppen des d-Blocks 250 nichtionisierende Strahlung 124,127

nanoskopische Goldpartikel 287 Nebengruppen, keine 296 Nichtleiter, Festkörper 338

Narkosegas 249 Nebenprodukt, unvermeidbares 291 nichtlineare Schwingungen 101

Narzissmen 297 Nebenquantenzahl l 178 Nichtmetalle 190,331

NASA-Raketendüse 255 Nebenquantenzahlen 177 Nichtmetalloxide 229

Nasenscheidewand, Perforation 256 Nebenschilddrüsen, Strontium 205 nichtperiodische Schwingungen 101

Nassdampf 341 Néel-Temperatur 158 nichtphlegmatisierter Zustand 208

naszierend (in statu nascendi) 192,246 negative Elektroden 288 Nickel 272

Natrium 199 negativer Brennwert 84 Nickel, alle Elementarwerte 272

Natrium, alle Elementarwerte 198 negatives Normalpotential 189,269 Nickelantimonid 226,273

Natrium-Amalgam 293 Nekrosen, Pflanzen 223 Nickelborat 273

Natriumaurothiomalat 287 Nekrosen, tiefgreifende 241 Nickelbrillen 273

Natriumbromid 238 Neodym 300 Nickelcarbonat / Nickelchlorid 273

Natriumcarbonat 198,214,270,346 Neodym, alle Elementarwerte 296 Nickeldermatitis 273

Natriumchlorid 198,238,242,329,346 Neodym-Eisen-Bor 154,157,300,303 Nickelgruppe 272

Natriumchromat 198 Neodymoxid 301 Nickelhydroxid 273

Natriumdithionit 243 Neodymsalze 301 Nickelin 272

Natriumfluorid 198,238,240,241 Neodym-YAG-Laser 301 Nickelkatalysatoren 267,273

Natriumhydrogencarbonat 199,214 Neon 248 Nickelmagnetkies 272

Natriumhydrogensulfat 270 Neon, alle Elementarwerte 247 Nickeloxid / Nickeloxidhydroxid 273

Natriumhydroxid 198,267,281,349 Neoplasien 246 Nickelraffination 275

Natriumiodat 245,246 Neptunium 311 Nickelstähle 273

Natriumiodid 238,262 Neptunium, alle Elementarwerte 306 Nickelsulfat 273

Natrium-Kalium-ATPase 205,254 Neptunium-236 312 Nickel-Superlegierungen 263

Natrium-Kalium-Pumpe 210 Neptunium-237 311,312,316,317 Nickeltetracarbonyl 273

Natriumnitrat 198,199 Neptunium-238 313 Nickelwerkstoffe, säurebeständige 257

Natriumoxid / Natriumoxalat 198 Neptunium-239 312,313 Niedertemperaturplasmaentladung 194

Natriumperborat 207 Neptuniumhexafluorid 312 niedrigschmelzende Gläser 210

Natriumperiodat 245 Neptuniumoxid 312 niedrigschmelzende Legierungen 290

Natriumperoxid 267,268 Neptunium-Zerfallsreihe 317 Nierenglomeruli / -tubuluszellen 291

Natriumselenid / -selenit 235 Nerventätigkeit, Gehirn 103 Nierentransplantation 197

Natriumsufid 198 Nervenzellen, Erregungsleitung 72 NIKOLAUS VON PARIS 284

Natriumsulfat 198,205,346 Neurodermitis 282 NILSON 297

Natriumtellurat 237 neuromuskuläre Reizbarkeit 200 NIMITZ-Klasse, Flugzeugträger 311

Natriumterbiumborat 303 Neusilber 281 Niob 255

Natron, borsaures 206 Neutrino 31,37,138,140,141,142 Niob, alle Elementarwerte 254

Natronlauge 197,264,282,349 Neutron 31,33,172 Nitrat 206,220,257

NATURALIS HISTORIA 290 Neutronen, freie 128,141 Nitratmineral, natürliches 199

Naturforschung 169 Neutronen, schnelle, Kernspaltung 310 Nitratreduktase 257

Naturkonstante 42,44,48,175 Neutronenabsorber 301,302,316 Nitratsalze 220


Nitrit 220 Objektiv 61 Osmiumtetroxid 267,268

Nitrium 199 Objektschutz, Löschmittel 249 Osmiumtrioxid 268

Nitrogenase 220,234,257,266 oblate Blutkörperchen 76 osmolare Konzentration 81

Nitrogenium 199,220 Obsidian 215 Osmose 80

Nitrogenium, alle Elementarwerte 219 Oculus 61 Osmotikum 200

Nitron 199 OFC = Oxygen Free Copper 278 osmotischer Druck 80,244

Nitrophenole 293 offener Markt 286 Osram 267

Nitrophoska 200 offenes System, chem. Reaktionen 351 Osteoporose 204,205,242

Nitrozellulose 221 Oganesson 32,181,186,247,319 Osteosklerose 242

NIXON 286 Ohm [Ω] 40 Osteosynthesen, Standardmaterial 253

Nobelpreis, Chemie 274 Ohm’scher Widerstand 69 Ostindien 209

Nobelpreismedaillen 285 Ohm’sches Gesetz 69 Oszillation 101

NODDACK 262,311 OKLO 143,309,313 Oszillator 70,102,339

Nominierung, US-Vizepräsident 318 Ökologiebazillen, Menschengestalt 284 oszillierende Reaktion / Schwankung 103

Non-Gamma-2-Phasen-Amalgam 293 Oktanzahl, Erhöhung 263 oszillierendes Quadrupolfeld 134

Nordisches Gold 278 Oktasauerstoff 230 Otavit 290

Nordpol, magnet. 149f,152,155,165 Oktettkomplementierung 221 Oxaliplatin 276

NordStreamPipeline 77 Oktettregel 185,328,331 Oxidation 83,192,208,230,255,285,347

Normaldruck 34,38,93,247,342 Oktett-Über- / Unterschreitung 328 Oxidation, katalytische 83

Normalenkraft 57 Okular 61 Oxidationsbeständigkeit 252

Normalpotential 189,269,281,287 Olefine 233 Oxidationsmittel, Stahlkochen 265

Normalschwere Metalle 188 oligodynamischer Effekt 279,282 Oxidationsschmelzen, alkalische 268

Normaltropfenzähler 74 Olivin 203,229 Oxidationsstufe 210,214,224,240,251

Normalverteilung, Gauß’sche 21 olympische Goldmedaille 281 Oxidat.-zahl 193,196,251,273,299,306

Normdruck pn 40,47 Opal 215 Oxidationszustände 206,211,251,273

Normfallbeschleunigung gn 47 Opsin-Moleküle 105 oxidativer Stress 230

Normtemperatur Tn 47 Optik, geometrische / paraxiale 58 Oxide 228

Normvolumen, molares Vm0 46 optische Achse 59 Oxide seltener Mineralien 296

Noroviren 279 optische Gläser, Herstellung 227 oxidierende Säuren 281

N-Schale 177,180 optische Isolatoren 303 Oxoniumionen 244

Nuggets 277,284 optische Verstärker 304 Oxoniumkationen, hydratisierte 238

nukleare Kettenreaktion 315 optomagnet. Datenspeicherung 302 Oxygenasen 230

Nuklearmächte 313 Orbital, Doppelkegelform 178 Oxygenierung 164,230

Nuklearmagnetresonanzeigensch. 253 Orbital, keulenförmiger Raum 213 Oxygenium 228

Nukleonen 172 Orbital, kugelförmiger Raum 178,213 Oxygenium, alle Elementarwerte 228

Nukleonenkonstellation, günstigste 174 Orbital, maximale Elektronenanzahl 179 Oxysulfide 302

Nukleonenzahl 33 Orbital, sanduhrförmiger Raum 213 ozeanische Erdkruste 248

Nukleophile 221 Orbitale 172,175,180 Ozon 129,130,229,230,240,244

Nukleotidexzisionsreparatursystem 130 orbitale Bahnen 176 Ozonloch 242

Nullphasenwinkel 104 Ordnung, magnetische 154 Ozonschicht 240,242,302

Nullpunktenergie 88 Ordnungskräfte, Universum 173

Nullpunktfluktuation 339 Ordnungszahl OZ 33,172

P Nussknacker 55 Ordnungszahlen, Einführung der 297

Nutation 51 Organdosis 41

Nutzenergie 90 Organik 214 Paarbildung 121,128,132,135

Nutzleistung 90 organische Iodverbindungen 245 paarungsfreundlich 176

Nutzschall 111 organische Leuchtdioden 271 Paarvernichtung 120,134,142

Nutzungsgrad 90 Orgelmetall 217 Packgas 221,248,249

Orientierungsschwierigkeiten 248 Packungsdichte 339

O Orpiment 224 Pädagogen 176

Orthokieselsäure 215 Palladium 273

Ortsdosisleistung Ḣ 148 Palladium, alle Elementarwerte 272

Oberfläche 19,38,51,57f,73ff,94,98f... ORTUS MEDICINAE 340 Palladiumlösungen, kolloidale 274

Oberfläche, Festkörper 337 Os sphekoidale 161 Palladium-Mohr 274

Oberflächenfluorierung, Kunststoffe 241 O-Schale 177,180 Palladiumnitrat / -oxid / -sulfid 274

Oberflächenspannung 73,74,292 Osmiridium 268,271 PALLAS 273

Oberflächenzuwachs 73 Osmium 267 panzerbrechende Munition 258

Oberleitungen, elektrische 72,202,278 Osmium, alle Elementarwerte 263 Panzerrohre, Herstellung 257

Oberschwingungen 68,108 Osmium-Iridium-Legierungen 270 Papier 204,233


PARACELSUS 292,295 Permanganat 251,260 Phospholipide 224,255

Paradocrasit 226 Permeabilität 92,124,125,151,154 Phospholumineszenz 222

Paraffin 198,202 Permittivität 44,65,125 Phosphor 222,337

Paragenese 277 perniziöse Anämie 79 Phosphor, alle Elementarwerte 219

Parallel Roads 160 Peroxidase 230 Phosphorbomben 223

Parallelschaltung 64 Peroxisomen 260,266 Phosphoreszenz 121,219,222,239

Paramagnete 153,156f Perpendicular Recording 267 Phosphorit 222

paramagnetisch 229,302 Perpetua mobilia 91,104 Phosphorkreislauf 222

Paramagnetismus 156 Personendosimeter, Thulium 305 Phosphorlatwerge 222

parametererregte Schwingungen 103 Pertechnetat-Ion 261 Phosphornekrosen 222

parametrische Anregung 103 PERUTZ 164 Phosphoroxid 222,223

Paranuss 205,234 PET 120,200,305 Phosphorsäure / -säureester 223

Paraschachnerit 292 Petrologie 200 Phosphorsulfid 223

Parathormon 204 Pferdemist, heißer 284 Phosphortrichlorid 222,223

paraxiale Optik 58 Pferdestärke 41 Phosphorylierung 224,254

parkinsonähnliche Symptome 261 Pflanzenasche 186,198 Photoabsorption 132

Partialdruck 94,100 Pflanzenschutzmittel 223 photoaktive Schicht, Solarzellen 235

Partial- / partielle Oxidation 193,281 Pfropfenströmung 76 photoinduzierte Addition 223

Partikel, elektrisch un- / geladene 128 Pfuschfaktor 146 Photolyase 130

Partikelradius 79 Phagozyten 230 Photolyse 230,244

Partikelsinkgeschwindigkeit 79 Phase φ 69,106 Photon 37,42,100,182,192

Partikelstromdichte 136 Phase, Aggregatzustand 339 Photonen 99

Pascal [Pa] 40 Phase, Thermodynamik 336 Photonenabgabe 144

Pascalsekunde 76 Phase, überkritische 93 Photonenabsorption 132

Passivierung 189,209,215,219,314 Phase, vulnerable 71 Photonenstrahlung 127,147,148

Passivierungsschicht 206,240f,253 Phasendiagramm 93,344 photopisches Sehen 124

Patina 278 Phasendifferenz 109 Photorezeptoren 125,351

Patronit 231 Phasengeschwindigkeit vp, Wellen 106 Photorezeptoren 351

Paukenröhrchen 253 Phasengrenzflächen 93,94,95,336,344 Photosynthese 197,223,230,255,260

PAULING 330 Phasengrenzlinien 94 Photosynthese 351

Pauli-Prinzip 152,179 Phasenstabilität, erhöhte 267 Photosynthese, anoxygene 234

Pechblende 237,261,308,309,313 Phasentransformation 93 Photosynthese, katalyt. Funktion 251

Pegmatite 200,227 Phasenübergänge 93 Photosystem-2 260

PELIGOT 308 Phasenumwandlung 339 phototroph anaerobe Bakterien 232

Pellets 343 Phasenverschiebung 19,68 Photovoltaik 216

Peltier-Elemente 236 Phasenwinkel 68,69,70 photovoltaische Zellen 63

Pendel, Foucault’sches 103 Phasenwinkel, überstrichener 52,106 photovoltaischer Effekt 235

Pendel, schwingendes 107 Phenol, Herstellung 233 pH-Puffersystem, Blut 224

Penicillinamin 291 Phenylmercuriborat 294 pH-Wert 197,203

Penny 289 Phlegmatisieren 208 Physik, klassische 31

Pentlandit 272 Phlogiston 228 Physik, moderne 31

PEPPARD 313 Phlogiston-Theorie 346 physikalische Konstanten 42

Perbromate / Perbromsäure 239 Phon [phon] 41,117 physikalische Thermodynamik 89

Perchlorate / Perchlorsäure 239 phonographische Abtastnadeln 268 physikalischer Brennwert 82

PEREY 201 Phonon 42 Physikunterricht, Schule 176

perfluorierte Stoffe 240 Phosgen 243 Physiologie, Vibrationen 101

Perhalogensäure 239 Phosphane 222 physiologischer Brennwert 82

Periodate 239 Phosphat 254 Phytinsäure 289

Periode 102 Phosphataseaktivität 315 phytinsäurehaltige Nahrungsmittel 289

Perioden, Atombau 180,183,296 Phosphatasen 223 Phytoplankton, marines 232

Periodendauer T 51,52,71,103f,106 Phosphatbinder 208,252 Pi 18

Periodendauer, stoffcharakterist. 105 Phosphate 208,222,223 Pi-Bindungen 220

Periodensystem 32,172,180,183 Phosphatfixierung 223 Pi-Bindungskeulen 213

periodische Anregung 102 Phosphatmangel 223 Pickelsausen 129

periodische Schwingungen 101 Phosphatquelle, Fluor 239 Pi-Elektronen, delokalisierte 213

Periodsäure 239 Phosphatressourcen 291 Pi-Elektronensystem 212

Perlglanzpigment, Kosmetika 228 Phosphatrohstoffe, Verarbeitung 224 Piercingschmuck 255

permanent erregte Elektromotoren 299 Phosphatverfügbarkeit 224 piezoelektrischer Wandler 105

Permanentmagnet 148,150,155,159,227 Phosphin 223 Piezo-Ultraschallgeber 112


Pigmente 343 Plutonium-Verteilungsstudien 313 Praseodym, alle Elementarwerte 296

Pigmente, natürliche 259 Plutonium-Zerfallsreihe 237,318 Praseodymoxid / Praseodymsulfat 300

Pikrinsäure 221 Pnicogene 186,219 Präzession 51

pKs-Wert 238 Poise [P] 76 Präzipitate 292

planares Molekül 335 polare Bindungen 333,352 Präzisionsguss, schrumpffreier 226

Planck’sches Strahlungsgesetz 98 Polarimeter 123 Präzissionsmessungen 271

Planck’sches Wirkungsquantum ℏ 47 Polarisation 44,58,108,110 Presspassung 221

Planck-Ära 34 Polarisation, spontane 155 PRIESTLEY 229

Planck-Einheiten 47 Polarisation, Wellen 110 Primäraluminium 207

Planck-Konstante ℏ 47 Polarisationsrichtung 58,110 primäre Rohstoffvorkommen 283

Planck-Wirkungsquantum, reduziert 48 polarisiertes Licht 58,110,122 Primordialnuklid 316

Planet Erde, Anzahl der Atome 182 Polarität, Ionenbindung 329 Primzahl, erste echte 8

Planetenmetall 217,219,263,277,279, Polarlichter 129,136 Primzahlen 8,9,10,14,183

284,291,292 Poliermittel, Glasbearbeitung 300 Primzahlen, Stützbalken 12

Planetoid 297 Polituren, Seltenerdmetalle 299 Primzahlkreuz 7,11,32,38,164,186,215

Plankonvexlinse / Plankonkavlinse 59,60 Pollucit 200 Primzahlpaare 8,184

Plasma 32,93,119,131,136,196,336 Polonium 237,308 Prioritätsstreit, Chemiegeschichte 297

Plasmabildschirme 299,302 Polonium, alle Elementarwerte 228 Privatbank FED 286

Plasmaschläuche 136 Polschuhe, Holmium 304 pro Sekunde 39,40,52,144,174,307

Plasmazustand 88,93 Polybutadienkautschuk 301 Proactinium 308

Plastizität 75 Polycarbosilane / Polycarbosilazane 215 Proactinium, alle Elementarwerte 306

Platin 274 polychlorierte Dibenzodioxine 243 Proactinium-233 307,312

Platin-Iridium-Legierungen 271 Polycythaemia vera 224 Proactiniumoxid 308

Platinkatalysatoren 234,263,276 Polyiodverbindungen 246 Probe, paramagnetische 156

Platinmetalle 189,263,266,274 Polymerisationsreaktion, Lutetium 305 Probeladung q, elektrische 65,66

Platin-Mohr 275 Polymorphie 337 Probemagnet 149,150

Platinpreis, Finanzbörsen 275 Polynom 15 Produkt 89,346

Platinrubel, Münze 276 Polyolefine, Fluorierung 241 professionelles Tauchen 248

Platinsalmiak 275 Polytetrafluorethen, PTFE 240 Projektilkernmaterial, Uran 311

Platinschwamm 275,276 Polytypie 337 Prokaryoten 230

Platinseifen 275 Polyvinylchlorid = PVC 243 prolate Blutkörperchen 76

Platinspiegel 276 p-Orbital 177,180 Proliferationsrisiken, Nukleartechnik 307

Platintiegel 272,281 poröse Schwermetallkonkretionen 259 Promession 221

Platinum Canadian Maple Leaf 276 poröser Körper 343 Promethium 301

Platinum, alle Elementarwerte 272 Porpezit 285 Promethium, alle Elementarwerte 296

plättchenartige Gestalt 243 Porphyrinring 166,266 Propan 240,332

Plattenepithelkarzinom 130,273 Porzellan, Bemalung 269 Proportionalitätskonstante 75,80,153

PLICHTA 7,32,149,164,174,215,320 Porzellanfarbe, blaue 301 Prostatakarzinom, Therapie 205

PLINIUS 226,231,259,291 Porzellanherstellung, Antike 211 Prostatakrebs, kastrationsresistent 206

PLINIUS DER ÄLTERE 290 Porzellantiegel, Labor 281 Proteine, signalübertragende 208

Plombe 218 POSEIDON 311 Proteinurie 291

plug-flow 76 Positionierachsen, Linearmotoren 300 protektives Kontaktfungizid, Sulfur 233

Plumban 211 positive Kooperativität 166 Prothesen, Tantal 256

Plumbum 218 positives Normalpotential 189 Protium 194

Plumbum, alle Elementarwerte 210 Positron 121,126,132,140,141,173 Protoactinium 308

Pluton 312 Positronen 120,128,138,142,148,305 Proton 192,193

Plutonit 309 Positronenemissionstomographie PET Protonen 31,33,172,183,238

Plutonium 312,313,314 Postgelb 256 Protonenemission 138

Plutonium, alle Elementarwerte 306 Potarit 292 Protonen-Neutronen-Verhältnis 138

Plutonium, primordial 306 Potential, chemisches 80 Protonenschauer 136

Plutonium, selbsterwärmend 313 Potentialdifferenz 63 Protonentransporter 197

Plutonium-238 312, 313,315 Potentiale thermodynamische 86 Protonenzerfall 141,143

Plutonium-239 312, 313,314 Potentiometrie 189 Protoporphyrin 165

Plutonium-240 314,316 Potenzen 13 Protosterne 192

Plutonium-241 315,316 Pottasche 186,198 Protuberanz, eruptive 136

Plutonium-244 309,313,316,317 Povidon-Jod-Lösung 294 PROUST 346

Plutoniumdioxid 271,315 Powellit 257 Prozesse, bioelektrochemische 72

Plutoniumhexafluorid 312 Power 56 Prozesse, inelastische 132

Plutoniumoxid 315 Praseodym 300 Prozessgrößen 86


Prozesswirkungsgrad 91 Quecksilberoxid 229,288 Rastertunnelmikroskop 31,258

prozytische Zellen 230 Quecksilbersalbe 294 Rattengift 225,241

P-Schale 177,180 Quecksilberspringbrunnen 294 Rauch 94,343

PSE 32,138,140f,172,182,183,250,316 Quecksilbersulfid 232,291 Raucher 237

Pseudomorphosen 309 Quecksilberthermometer 295 Rauchgasentschwefelung 233

Psoriasis 226 Quecksilberverbindung, organisch 294 Rauchquarz 215

psychoakustische Größe 115,116,117 Quecksilbervergiftung 295 Raum und Zahlen 8

PTFE = Polytetrafluorethen 240 Quellenfelder 35 Raum und Zeit 8,12

Punktladung 66 Quellwasser 248 Raumfahrt, interplanetare 315

Purinzersetzung 257 Quenchen 159 räuml. Ausrichtung, koval. Bindung 333

PVC = Polyvinylchlorid 243 Querflöte 281 Raumzeit 34

P-Wellen 107 Querwellen 108 Rauschgelb 224

Pyrit 224,228,231,264 Rauschrot 224

pyroklastischer Strom 343

R Rayleigh-Streuung 132

Pyrometer 99 Rayleigh-Welle 112

pyrophorer Feststoff 288 Reaktant 89

Pyroschliff 208 Racemat 122,123 Reaktion, oszillierende 103

Pyrotechnik 200,204 Rad (Einheit Energie) 39 Reaktionen, chemische 328,346

Pyrrhotin 264,272 rad (Einheit Rotationswinkel) 52 Reaktionsenergie 351

Pyruvatcarboxylase 260 Radar, nachleuchtende Bildschirme 302 Reaktionsenthalpie 89,348,351,354

Pyruvatdehydrogenasekomplex 227 Radargeräte, Seltenerdmetalle 299 Reaktionsentropie 353,354

Pythagoras, Satz des 18 Radikale 128,130,156,229,230,333,334 Reaktionsgleichung 346,347

Radikale, freie 124,127,130,230,279 Reaktionskaskade, Lebensprozesse 350

Q Radikale, Sauerstoff 229 Reaktionsmechanismus 347

Radikalfänger, Selen 235 Reaktionspfeil 347

Radikaltheorie 346 Reaktionstemperatur 354

Q-Schale 177,180 Radioaktivität 37,39,137f,143,145f,174, Reaktionswärme 351

Quader, der 19 201,206,224,246,252,298,306ff,314f Reaktivität 338

Quadrat, das 18 Radiochirurgie 148 Reaktorbrand, Plutoniumfabrik 313

Quadrupolfeld, elektromagnetisch 134 Radioimmuntherapie 252 Reaktordruckbehälter 315

Quadrupolfeld, oszillierend 134 Radio-Iodtherapie 148 Reaktoren, natürliche 143,309,313

Quadrupolmagnet 165 Radiokarbonmethode 137,214 Reaktorplutonium 314

Qualitätsfaktor Q 147 Radiolarien 216 Realgar 224

Quant 42,100,118 radiometrisch 173 Rechteck 18

quantelige Energieabgabe 177 radiometrische Messungen 253,301 Rechte-Faust / Hand-Regel, Strom 152

quantelige Energieaufnahme 177 Radionuclide Identifying Devices 135 Rechte-Hand-Merkregel, Vektoren 20

Quanten 182 Radionuklid 120,134,137,141,143f,145 Rechtsverschiebung 165

Quanteneffekte 124 Radionuklid, kosmogenes 194 Recyceln, Gold 284

Quantenelektrodynamik 36,100 Radionuklidbatterie 137,236f,301,312ff Redoxedelheit 237

quantenhafte Portionen 176 Radionuklidheizelemente 137 Redox-Reaktion 189,347

Quantenmechanik 47,139,152,178 Radionuklidtherapie 142,148,252,301 Reduktion 347

quantenmechan. erlaubt / verboten 239 Radiopharmakon 120,246,262 Reduktionsmittel, Metallurgie 199,252

Quantenphysik 31,178 Radiosynoviorthese 148,252,304,306 reduziertes Planck’sches Quantum 179

Quantenpunkte, nanopartikulär 290 Radiotellur 237 reduziertes Plank-Wirkungsquantum 48

Quantensprünge 100,239 Radium 206 reelle Brennweite 61

Quantenzahlen 177,178 Radium Girls 206 Referenzelektroden 282

quantisiert 100 Radium, alle Elementarwerte 201 Referenz-Schalldruck 116

Quarks 31 Radius r 52 Referenz-Schallintensität 116

Quarz 215,277 Radius R, wirksamer 53,57 reflektieren 98,103,231,293,316

Quarzlampen 294 Radon 237,249,308 reflektierend Beschichtung, Spiegel 293

Quecksilber 291 Radon, alle Elementarwerte 247 Reflexe, gestörte 210

Quecksilber, Goldgewinnung 284 Radonbalneologie 139,250 Reflexion 58,59,111,119f,124,187f,209

Quecksilber, Oberflächenspannung 73 Raffgierkapitalismus 284 Reflexion, schräge 58

Quecksilberbelastung, Zahnfüllung 293 Raffination 277,283,284 Reflexionsfähigkeit 281

Quecksilberchlorid 267,294 Raketentechnik, Sauerstoff 230 Reflexionsgesetz 111

Quecksilberdampflampen 294,302 Raketentreibstoff 207,208 Reflexionskoeffizient 99

Quecksilberemissionen 294 Randwinkel 73 Reflexionsphänomene 109

Quecksilberlegierung 292,293 rapide process, Supernovae 310 Reflexionsverhalten 111

Quecksilbermine 295 Rasierklinge 73 Reflexionsvermögen 209,271,278


Reflexionswinkel 59,110f rheumatoide Arthritis 287 Rothschildbank 286

Reformieren, bleifreies Benzin 263 Rhizosphäre 224 Rotkupfer 277

Reforming, katalytisches 276 Rhodinieren 271 Rotnickelkies 272

Refraktion 110 Rhodium 270 Rotspießglanz 226

Regelstäbe, Nukleartechnik 290 Rhodium, alle Elementarwerte 268 Rotzinkerz 288

Regen 343 Rhodiumchlorid / -fluorid / -oxid 270 Routinelabordiagnostik 204

Regenrinnen 289 Rhodium-Legierung 270,271 Rubidium 200

REGNART 293 Rhodonit 259 Rubidium, alle Elementarwerte 198

Reibung, innere 75 Rhodopsin 124 Rubidium, Amalgam 200

Reibungskraft 79 Rhyolith 309 Rubidiumbromid 238

Reichsbank 286 Ribonukleotidreduktase 260,266 Rubidiumcarbonat 198

Reifen, Flugzeug 221 Richter-Skala 107 Rubidiumchlorid 198,238

Reihenschaltung 64 Richtung, leichte 155 Rubidiumchromat 198

Reinelement 202,269 Riechstörungen, Silber 282 Rubidiumfluorid 198,238

reiner Alkohol 350 Ringbildung 211 Rubidiumhydroxid 198,200

Reinheitsgrad 338 Ritzhärte ( Mohs) 207 Rubidiumiodid 238

Reinisotop 174,224,227 RNA-Polymerase 289 Rubidiumnitrat 198

Reinstoffe, Chemie 33,341,342 RNG = Röntgennukleargenerator 257 Rubidiumoxid / -oxalat 198

Reizbildung, Herz 200 ROEBUCK 231 Rubidiumsufid / -sulfat 198

Rekombination 338 Roheisen 265 Rudern 55

Rekonnexion, magnetische 136 Rohphosphat 233,309 Ruffini-Körperchen 101

Rekonstruktion 338 Röhrenbildschirme 299 Ruheenergie 56,88,101

relative Atommasse 33 Rohrleiter, gasisolierte 241 Ruhemembranpotential 244

relative biologische Wirksamkeit 147 Rohrleitungen 278 Rumpfladung 330

relative Fehler 22 Rohrströmungen 78 Ruß 211

relative Luftfeuchtigkeit 95 Rohrverleger 218 Rußpartikelfilter, Kraftstoff 300

relative Permeabilität 125 Rohsilizium 216 Rüstungsindustrie, Verstaatlichung 318

relative Permittivität 65,125 RÖNTGEN 131,132 Ruthenarsenit 266

relativistischer Effekt 292,299 Röntgenfilme 280 Rutheniridosmin 266

Relativitätstheorie, allgemeine 36 Röntgenfluoreszenzanalyse 133 Ruthenium 266

Relaxation 338 Röntgenkontrastmittel 205,256,305,308 Ruthenium, alle Elementarwerte 263

Rem 41,147 Röntgenkristallographie 164 Rutheniumchlorid / -fluorid / -oxid 267

Remanenz, Magnetismus 154,156,300 Röntgennukleargenerator = RNG 257 Rutil 253

Remanenzflussdichte 155 Röntgenphotoelektronenspektrosk. 133 Rutschbahn 64

Rennräder 252 Röntgenspektroskopie 299 Rydberg-Konstante R∞ 48

Reparationen, 1. Weltkrieg 286 Röntgenstrahlung 121,128,129,131, Rydberg-Zustand 193

reprotoxisch 219 132,133,134,141,147,187,219,301

repulsive Wechselwirkung 337 Röntgenstrahlung, biolog. Wirkung 132

S Resonanz 104,105 Röntgenstrahlung, med. Anwend. 133

Resonanzeffekte 105,124 ROOSEVELT, Franklin D. 286,304,318

Resonanzfrequenz 105 ROSE 255,301 Saccharide 196

Resonanzkatastrophe 102,105 Rosenquarz 215 Sagengestalten 300

Resonanzkreisfrequenz 71,104 Rost 264,284 Sagittalwellen 107

Ressourcenfluch 284 rostfreier Stahl 280 Saiten, Musikinstrumente 258

Resublimationsenthalpie 90 Röstverfahren 292 Saitenschwingung 108

resublimieren 93,344 Rotation 51,52,53,54,57,69,123,150 Salmiak 284

rettichartiger Geruch 267 Rotationsachse 51 Salpeter 199,220,346

Revolver 252 Rotationsbewegung 51,52,53,69,340 Salpetersäure 183,208,215,219ff,227,

Reynolds-Zahl 78 Rotationsbewegungen, Flüssigkeit 340 236f,258,262,267,275f,281,314,346

rezeptorgekopp. Signalübertragung 241 Rotationsdispersion, optische 123 Salversan 226

RFID-Chips 280 Rotationsenergie 56,88,101,345 salzartige Halogenide 239

RGB-Farbraum 299 Rotationsgeschwindigkeit 52 Salzbildner 238

Rhenit 262 Rotationsradius 258 Salze 238,328,329

Rhenium 262 Rotationsspektren 106 Salzlake 242

Rhenium, alle Elementarwerte 259 Rotationswinkel 52 Salzsäure 208,219,236,242,244,256,

Rheniumoxid 263 Rotbleierz 218 277,314,346,349

Rheniumsulfid 262 Roteisenstein 264 Salzsäure, Umrechnung 350

Rheologie 75 roter Phosphor 223 Salzschlacke 207

Rheumatherapie, Gold 287 rotes Selen 235 Salzschmelzen, unterkühlte 90


Samarium 301 Schallgeschwindigkeit 112 Schmuckindustrie, Osmium 268

Samarium, alle Elementarwerte 296 Schallgeschwindigkeit, Festkörper 113 Schmucksteine 215

Samarium-Cobalt-Magnete 300,301 Schallgeschwindigkeit, Flüssigkeit 113 Schmuckwaren, teure 276

Samariumoxid 301 Schallgeschwindigkeit, Gase 113 Schnecken 214

SAMARSKI-BYCHOWEZ 301 Schallintensität, akustische 116 Schneckenhaus 11

Samarskit 297,300,301 Schallintensitätspegel 116 Schneckenschleim 279

Sammellinse 59 Schallleistung, akustische 116 Schneefall 343

Sand 215 Schallschnelle 112,113,114,115,116 Schnellarbeitsstahl 269

Sandguss 288 Schallstärke 116 schnelle Neutronen, Kernspaltung 310

Sandstein 215 Schallstärkepegel 117 Schneller Brüter 199,307,310,314

Sandsturm 343 Schallwechseldruck p 114 Schockfrieren 221

sanduhrförmig 213 Schallwellen 19,101,103,110,111f,118ff Schockfront 136

Sandwichverbindung 165,265 Schaltdrähte 278 Schöpfer, überirdischer 12,160

Satthals 246 Schaubild, Energieniveau Orbitale 182 Schotter 343

Sättigungsdampfdruck 94 Schaubild, Orbitalauffüllung 182 Schraubenschlüssel 55

Sättigungsmagnetisierung, Eisen 150 Schaum / Schaumstoff 343 Schreibfederspitzen 270,276

Saturn 219,331 Schaumstabilisator, Bier 270 Schreibkugel, Kugelschreiber 268,271

Saturnismus 219 SCHEELE 211,242,258,259 Schrifterz 285

Satz von Heß 352 Scheibenbremsen, Schmiermittel 290 Schrittfrequenz auf einer Brücke 105

Sauerstoff 228,331 Scheidemünzen 281 Schrittmotoren, Quarzuhren 301

Sauerstoff, Abfallprodukt 230 Scheinleistung 70 Schrödinger-Gleichung 48

Sauerstoff, alle Elementarwerte 228 Scheinleitwert 70 Schubmodul, komplexes 77

Sauerstoff, Allotrope 230 Scheinwerfergläser, grün gefärbt 300 Schubspannung 76,78

Sauerstoff, paramagnet. 154,157,166 Scheinwiderstand 70 Schubwellen 108,112

Sauerstoff, Reaktion mit Stickstoff 229 Scherbenkobalt 224 Schuppen, Hautpilzverdacht 282

Sauerstoffaffinität 166 Schere 54 Schüttgut 343

Sauerstoffdifluorid 240 Schergeschwindigkeit 76 Schutzenzyme 230

Sauerstoffeffekt 128 Scherung, in 75 Schutzflüssigkeiten 198,202

Sauerstoffgas, reines 229 Scherwellen 108 Schutzgas 129,221,248,249

Sauerstoffkreislauf 230 Scheuermilch 343 Schutzgröße 147f

Sauerstoffpartialdruck 165 Schiebepuzzle 338 schwach angereichert, Uran 310

Sauerstoffradikale 129 schiefe Ebene 57 schwache Anziehungskräfte 328

Sauerstoffsättigung 165 Schiefer 215 schwache Bindung 335

Sauerstoffträger, Stahlproduktion 265 Schien- und Wadenbein 213 schwache Kernkraft 37

Sauerstofftransport, Eisen 266 Schilddrüse 245,246 schwache Wechselwirkung 37

Saure Erden 254 Schilddrüsenentzündung 235 Schwämme 216,245

Säure-Base-Reaktion 347 Schilddrüsenhormone 246 schwankender Wert 69

Säurebildner 229 Schilddrüsenunterfunktion 235 Schwankung 101

Säuren, klassische 238 Schlammtümpel, vulkanische 300 Schwankungen, periodische 103

Säuren, oxidierende 281 Schleifen, mechanisches 208 Schwarzer Körper, idealer 98

Saurer Regen 208,233 Schleudergeschosse 218 schwarzer Phosphor 222

SCALIGER 274 Schluckakt, Röntgendarstellung 205 schwarzes Arsen 225

Scandium 252 Schlüsseltechnologien 299 Schwarzes Loch 34

Scandium, alle Elementarwerte 251 schmelzen 93,344 schwarzes Selen 235

Scandiumchlorid / -iodid 252 Schmelzenbrände 203 Schwarzlicht 129,239

Scandiumgruppe 251 Schmelzenthalpie 90 Schwarzlichtfluoreszenz 126

Schachtelhalm 216 Schmelzentropie, hohe 227 Schwarzlichtlampen 294

Schädlingsbekämpfungsmittel 225,245 Schmelzflusselektrolyse 63 Schwarzpulver 231

Schale, „magnetische“ 155 Schmelzpunkt, höchster 258 Schwärzung, Silberhalogenide 281

Schale, Elektronenanzahl maximal 179 Schmelzpunkt, Metalle 188 SCHWAZ 279

Schalen 175,180,184 Schmelzpunkt, Wasser 335 Schwebung, Wellen 108

Schalen, äußere / innere 180,185 Schmelzpunkte, hohe 329 Schwefel 231,337

Schalenmodell 182,212 Schmelzpunkttemperatur 90 Schwefel, alle Elementarwerte 228

Schall 107,111 Schmelzwärme 93 Schwefelaerosole 232

Schalldruck 39 Schmerzschwelle, akustische 115 Schwefelbakterien 234

Schalldruck p 39,113,114 Schmerzwahrnehmung, übermäßig 210 Schwefelblüte 231

Schalldruckpegel Lp 39,114 SCHMIDT, HELMUT 163,306 Schwefelcarbonate 231

Schalldruck-Referenzwert 115 Schmiedeeisen 265 Schwefeldioxid 228,231,232,292

Schallfrequenzen 112 Schmiermittel 212,290 Schwefeleingliederung 234


Schwefelentfernung, Ölverarbeitung 257 selbsterregte Schwingungen 101,102 Silberglanz 280

Schwefelgewinnung, Quelle 231 Selbstinduktion 40 Silberhalogenide 281

Schwefelhexafluorid 241 Selbstinduktivität, Spule 67,151 silberhaltige Arzneimittel / Kosmetika 282

Schwefelkohlenstoff 225 selbstreinigende Backöfen 300 Silberhornerz 280

Schwefelkreislauf 231 Selen 234 Silberiodid 282

Schwefelmonoxid 228 Selen, alle Elementarwerte 228 Silberionen 281

Schwefeln 233 Selenate 236 Silberkatalysatoren 281

Schwefeloxide / -phosphate 231 Selenbrot 235 Silberkristalle, fotographische 280

Schwefelsäure 208,219,223,228,231, Selendioxid 234,235 Silberlegierungen 281

232,236,242,256,267,275,281,346 Selendisulfid 228 Silbermedaillen / -münzen 281

Schwefelsäure, heiße konzentrierte 227 Selenide 236 Silberner Bär / Schuh 281

Schwefelsäure, konzentrierte 229 Selenige Säure 228,234 Silbernes Lorbeerblatt 281

Schwefelsäureerzeugung 223 Selenocystein 235 Silbernitrat 281,282

Schwefelsäurefabrik 234 Selenose 235 Silberoxid 282,288

Schwefelsäureproduktion 218 Selenquelle, ergiebigste 234 Silberpulver, Klebstoffe 281

Schwefelsilikate 231 Selensäure 228,285 Silberschmuck 281

Schwefeltrioxid 228,233,246 Selenwasserstoff 235 Silberselenid 234

Schwefelung, Wein 231 SELLAFIELD 261 Silberstandard 281

Schwefelwasserstoff 228,231,233,234, Seltene Erden 186,296,298 Silbersulfat / Silbersulfid 281,282

243,281 seltene Mineralien, Oxidform 296 Silbertaler 281

Schweflige Säure 228,232,236 Seltenerden 186 Silbertellurid 228

Schweinfurter Grün 278 Seltenerdmagnet 252 Silbertiegel, Labor 281

Schweißzusatzwerkstoffe 255 Senkkästen 96 Silberverbindungen, wichtige 282

Schwelhalogenide 231 Sensibilität, epikritische 101 Silberzeolithe 249

Schwerelosigkeit, Flüssigkeiten 340 Sensor, elektromagnet. Strahlung 125 Silicate / Silicen 215

Schwerindustrie 233 Sensormaterial magn., Kalorimeter 304 Silicea terra 216

Schwerkraft 36,49 Serin 234 Silicium 215

Schwermetall, flüssig 292 Sex 9 Silicium, alle Elementarwerte 210

Schwermetalle 188 Sichelzellenanämie 79 Silicium, binäre Verbindungen 215

Schwermetallkonkretionen, poröse 259 Sicherungen 209 Silicium, grade 216

Schwermetallvergiftung, Symptome 287 sichtbares Licht 108,120,126 Silicium, hydriertes 215

Schwerspat 231 Siderit 264 Siliciumcarbid 207,215,337

schwerstes Element; Universum 268 siderophile Elemente 269 Siliciumchloroform 215

Schwimmbadwasser, Desinfektion 244 Siderose 266 Siliciumdioxid 215,216,229

Schwingkreis, elektrischer 70,102 sieden 94,344,345 Siliciumhalogenide 215

Schwingung 51,101,102 Siedepunkte, hohe 329 Siliciummonoxid 216

Schwingungen, diverse 101,102f,104 Siedepunkterhöhung 95 Siliciumnitrid 215,337

Schwingungsdauer / -periode 104 Siemens [S] 40 Siliciumtetrachlorid 215,243

Schwingungsenergie 102 Sievert [Sv] 41,147 Siliciumtetrafluorid 215,240

Schwingungsspektren 106 Sigma-Bindung 213,287 Silicomangan 260

Schwingungstilger 103 sigmoidaler Verlauf 165 Silikate 208,229

Schwung 49 Signal 102 Silikatschlacke 215

Scrupulus 38 Signalübertragung, rezeptorgekopp. 241 Silikone 215,216

SEABORG 311,313 Sikkativ 269 Siliziumdioxid 207,228,331

Sedimentationsgeschwindigkeit 79 Silane 211,215,279 Siliziumdotierung 209

Sedimente, geschichtete 242 Silber, kolloidales 282 Siliziumverbindungen 215

Sedimentgestein 343 Silberacetylid 282 Siliziumwasserstoffe 211,215

Sedimentieren 343 Silberamalgam 293 Simultanfällung 265

Seemannsgarn 161 Silberantimonglanz 280 Singulettsauerstoff 230

Sehen, mes- / phot- / skotopisches 124 Silberazid 282 Singulett-Triplett-Übergänge 271

Sehwinkel 61 Silberbarren 281 Sinter / Sintern 227

Seife 343 Silberbismutglanz 227 Sinterhilfsmittel 227

Seifen 73,274 Silberbromid 245,282 Sinus 19

Seifengold 283 Silberchlorid 282,329 sinusförmig, Strom 69

Seifenlagerstätten 268 Silbercyanid 281,282 Sinusknoten, Herz 103

seismische Wellen 107,109 Silberfäden 281 Sinuskurve 19,68,101

Sekundäraluminium 207 Silberfluorid 282 Skabies 234

sekundäre Rohstoffvorkommen 283 Silberfolien 280 Skalare / Skalarprodukt 20

Sekunde [s] 38 Silberfulminat 282 Skalarfeld 35


Skelettformel 332 Spezialgläser, Seltenerdmetalle 299 Stadionbeleuchtung 252

skofulöse Drüsen, Behandlung 290 Spezialglasschmelze 276 Stahl 265

skotopisches Sehen 124 Spezialmagnete, Dysprosium 303 STAHL 346

Skutterudit 224,269 spezielle Hautrezeptoren 101 Stahlreflektor, Kernspaltung 310

slowenische Stadt IDRIJA 295 spezifische Aktivität a 145,146,200 Stalagmometer 74

Slush 193 spezifische Energie 82 Stammfunktion, mathematische 14,16f

Smithsonit 288 spezifische Gaskonstante Rs 46 Standardabweichung, Mathematik 21

Smog 233 spezifische Umwandlungswärme 93 Standardbedingungen 47,351

Soda 199,214 spezifische Wärmekapazität 85,93 Standardbildungsenthalpie 89

Sodium 199 spezifischer Drehwinkel 123 Standarddruck 40

Solarsilizium 216 Sphalerit 209,288,290,308 Standardfehler, Mathematik 21

Solarzellen 216 sphärische Aberration 61 Standard-Ionendosis 146

Sole 245,343 sphärische Körper 79 Standardpotential 189

Soman 245 Spiegel, Beschichtung 293 Standardreaktionsenthalpie 351

somatische Strahlungsschäden 135 Spiegel, erste 277 Stanen / Stannit 217

Sommerfeldkonstante 45 Spiegel, Herstellung 280 Stannum 217

Sonderedelstähle 255 Spiegel, hochwertige 271 Stannum, alle Elementarwerte 210

Sone 117 Spiegel, idealer 99 Staphylokokken 236

SONG-DYNASTIE 231 Spiegeleisen 260 starke Kernkraft 37

Sonne 182,247 Spiegelglanz 187 starke Wechselwirkung 33,37

Sonneneruption 72,136 Spießglanz 226 Stärkehelices, Iodeinlagerung 246

Sonnenkollektoren 205 Spin 42 stärkste Magnete, Herstellung 300

Sonnenlicht 108,351 Spinell 158 stärkste Magnetfelder, Erzeugung 304

Sonnensystem, Entsteh.-zeit 310,313 Spinmoment 46,153 Starkstrom 68

Sonnenvorgänger 283 Spinndüsen 256 starrer Körper 338

Sonnenwind 136,150,159 Spinorfelder 35 Starrtracht 224

s-Orbital 177,180 Spinquantenzahl s 42,179 Startbahnen, Befeuerung 249

SORET 304 Spirale, Zahlen 11 Stathenry 40

Spallation 143,214 Spiritus sylvestre 214 stationäre Felder 35

spaltbar, leicht 312 spontan ablaufende Reaktionen 354 statische Belastungen 40

Spaltprodukt, Uran 301 spontane Dipole 335 statische Felder 35

Spaltprodukte, Brennelement 261 spontane Emission 119,121,239 statischer Druck p0 114

Spaltung, homolytische 334 spontane Magnetisierung 156 statistisches Gewicht Ω 43

Spaltung, spontane 143 spontane Polarisation 155 Stauprodukt, Zerfallsreihen 316

Spanbruch 233 spontaner Zerfall 143,174,249,314 Stefan-Boltzmann-Gesetz 48,99

Spanen 208 Spontanspaltungsrate 314 Stefan-Boltzmann-Konstante 𝜎 48,99

Spanisches Grün 278 Sporenkeimung 233 Stehende Wellen 108

Spannung, elektrische U 41,63,68,151 Spratzen 270,280 Steighöhe 74

Spannung, magnetische Um 67,151 Sprengkapseln 236 Steigung, Mathematik 16

Spannung, Maximalwert 70 Sprengstoffe 221,282 Stein der Weisen 284

Spannung, thermoelektrische 92 Sprinkleranlagen 209 Steinkohle 292,309

spannungsaktivierte Calciumkanäle 290 Sprödigkeit 75 Steinkorallen 214

Spannungsamplitude, maximale 68 Sprödigkeit, Ionenkristalle 329 Steinsalz 242

Spannungsüberschläge 72 Spule 67,70,165,278 stellarer Ursprung 247

spätbronzezeitliche Goldhüte 283 Spule, elektrische – Eisenkern 155,156 Sterling-Silber 290

Speichereiweise 208 Spule, elektrische – Wicklungszahl 155 Sterne, massereiche 136

Speichermedium, Wasserstoff 274 Spulen, ferromagnet. Verstärkung 155 Sternwind 136

Speisesalz 242 Spulenquerschnitt 66,67,151 Sternwindblasen 136

Speiskobalt 269 Spuma lupi 257 Steuerstäbe, Brutreaktoren 304

spektrale Strahlungsintensität 98 Spurenelement, Erdböden, Uran 309 Stiban 226

Spektralfarben 59 Spurenelement, essentiell 266,279,289 Stibium 226,314

Spektrallinie 209,247 Spurenelemente 191,204,257,269 Stibium, alle Elementarwerte 219

Spektrometer 182 Sputtern 287 Stibnit 226

spektroskopische Eigenschaften 299 Squalensynthase, Hemmung 255 Stickoxide 220

Spektrum, diskretes 108 Stäbchenzellen, Auge 124 Stickstoff 220,332

Spektrum, elektromagnetisch 118,125f stabiles Superelement 32 Stickstoff, alle Elementarwerte 219

Spektrum, kontinuierliches 108,131 Stabilität, Atomkern 172 Stickstoffanreicherung, Gewebe 97

Spekulanten 271,275,280 stabilste Atomkerne 138,173,187 Stickstoffdioxid 220,230

Spermizid, Empfängnisverhütung 294 Stabmagnet 149,155,156 Stickstofffixierung 220


Stickstoffkreislauf, Ökosysteme 220 Strom, verbrauchen 64 Superlegierungen, Turbinen 256

Stickstoffmonoxid 220,270 Stromdichte, elektrische 𝐽 66,72 Supernova 34,136,191,264,283,306,319

Stickstoffverbindungen 221,285 STROMEYER 290 Superoxid 260

stille Vereinbarung 318 Stromeyerit 280 Superoxiddismutasen 260

Stimmgabel 70 Stromfäden, Viskosität 78 Superphosphat 223,233

Stinkspat 239 Stromführung, gasdichte 257 Superpositionsprinzip 58,108

Stöchiometrie 337,346,348 Stromintensität 63 Supersäuren 240

STOCK 295 Stromkabel geringen Querschnitts 278 Superschwermetall 188,258,262,68,312

Stoff 33,341 Strommarken 72 Supertemperaturen 192

Stoffe, paramagnetische 154,156 Stromrichtung 152 Suprafluid 336

Stoffgemische 33341,342, Stromschlag 72 supraleitende Phase 338

Stoffmenge n 38,175,348 Stromstärke, elektrische 𝓘 38,63,64,69 Supraleiter 252,292

Stoffmenge, Umrechnung in Masse 350 Stromstärke, Maximalwert 70 Suspension 264,343

Stoffmengenkonzentration 349 Stromstärkeamplitude, maximale 69 Süßgewässer, nährstoffarme 205

stoffspezifische Wärmeleitzahl 97 Stromunfall 72 Suszeptibilität, magnetische 153ff, 314

Stokes [St] 76 Strömung 78 Sylvanit 285

Stokes-Gesetz 77,79 Strömungskörper 78 Sylvin 242

Stomata 200 Strömungsleitwert 77 Sympathikus 353

Stonehenge 215 Strömungswiderstand 77 Synchronisatoren 103

Störschall 11 Strontium 204,314 Synchronmaschinen 300

Strahlen, parallele 17 Strontium, alle Elementarwerte 201 Syphilis 226,294

Strahlenkrankheit 135,201,237 Strontiumbromid 238 System, chemische Reaktionen 351

Strahlensätze 17 Strontiumcarbonat / -chromat 202,204 systematische Fehler 22

Strahlenschutz 133f,142,147,219,310 Strontiumchlorid / -fluorid 202,238 Szintigraphie 135,262

Strahlensicherheit 135 Strontiumhydroxid 202,204 Szintillationsdetektor 148

Strahlensterilisation 135,142 Strontiumiodid 238 Szintillationszähler, PET 305

Strahlentherapie 40,126,133,135,142 Strontiummolybdat, terbiumdotiert 303 Szintillator 132,303,304,305

Strahlerz 277 Strontiumnitrat / -nitrid 202,204

Strahlteiler 287 Strontiumoxalat / -oxid 202

T Strahlung, elektromag. 98,120,126,137.. Strontiumranelat 205

Strahlung, ionisierende 124,137 Strontiumsulfat / -sulfid 202,204

Strahlung, kosmische 136 Strukturelement, DNA und RNA 223 Tabakanbau 237

Strahlung, nichtionisierende 124,127 Struma 246 Tabakrauch, Cadmium 291

Strahlung, radioaktive 127,206 Sturauswendiglerner 176 TACKE 262

Strahlung, Tageslicht 249 Sturzsenkung 79 Taenit 264

Strahlung, thermische 98 Stützpunkt 55 Tafelsilber 281

Strahlungsenergiedosis 147 Sublimation 48,90,93,248,344,345 Tagsehen 124

Strahlungsfreisetzung, unkontrolliert 315 Sublimationsenthalpie 90 Taktfrequenz 40

Strahlungsgesetz, Kirchhoff’sches 99 sublimieren 93,210,219,344 Taktgeber, periodische Prozesse 103

Strahlungsgesetz, Planck’sches 98 Substanz 341 Tange 245

Strahlungsintensität, spektrale 98 Substanzen, linksdrehende 122,123 Tangens 19

Strahlungsleistung 48,99 Substanzen, rechtsdrehende 122,123 Tangentialkraft 75

Strahlungsquellen 128 Substanzklasse 191 Tansversalwellen 58

Strahlungsschäden 135 Substitutionsreaktionen 346 Tantal 255

Strahlungsverlust, Mensch 100,351 Subtraktion, graphische 20 Tantal, alle Elementarwerte 254

Strahlungswichtungsfaktor 128,139,147f subtraktive Farbmischung 121 Tantaloxidschicht, isolierende 256

Straßenbeleuchtung 199,302 Südpol, magnetischer 149,155,165 Targetmaterial, Röntgendiagnostik 257

Stratosphäre 242 Sulfat 206,231,232,236,331 Tauchen, Atemgas 248

Strecke [s] 38,49 Sulfat-Ionen 219,231 Taucherkrankheit 96

Streichholzherstellung 222,223 Sulfide 232,236 Taumeln 51

Streulicht 58 Sulfit 231 Taurin 233

Streusalz 343 Sulfit-Ionen 236 TBAF ; Tetrabutylammoniumfluorid 240

Streuung 58 Sulfitoxidase 257 TBT = Tributyltin 217

Streuung, elastische 132 Sulfitzellulose 233 Technetium 261,314

Streuwinkel 58 Sulfur, alle Elementarwerte 228 Technetium, alle Elementarwerte 259

Strichfarbe, Kupfer 277 Summenformel 332 Technetium-Zinn-Verbindungen 262

Stroboskoplampen 248 Superelement, stabiles 32 technische Amalgame 292

Strom, elektrischer 63,72 Superlativen, PSE 277 Teflon 240

Strom, kindgerecht erklärt 64 Superlegierungen, Nickelbasis 267 Teilchenabgabe 144


Teilchen-Antiteilchen-Vernichtung 100 therm. Energie 56,83,91,121,124,345 Titanclips 253

Teilchencharakter 42,118,119 thermische Leitfähigkeit, Metalle 188 Titaneisenerz 253

Teilchendetektion, Physik 304 thermische Strahlung 98 Titanen, griechische Mythologie 301

Teilchendichte 80,81,93,96,136 Thermischer Brüter 307 Titangruppe 252

Teilchenstrahlung 34,119f,127,128,134f thermischer Wirkungsgrad 91 Titanit 306

Teilchenstrom 34,80,120,159 Thermochemie 89 Titanoxid 253

Teilchenzoo 31 thermodynam. Zustandsgröße 87,89 Titanylsalze 293

Teilchenzustände 178 Thermodynamik 85,89,350 TMI tolerable monatl. Inkorporation 291

teilpolarisiertes Licht 58,110 Thermodynamik, Hauptsätze 85,87 TMS 3,158

Telefon, Schwebung 108 thermodynamische Potentiale 86 Tochterkern 134,138,140,142

Teleskope, Verbindungselement 253 thermodynamischer Brennwert 82 Todesstrafe, Ersticken 221

TELLER, E. 196 thermodynamisches Walzen 255 Toluol 263

Tellur 236 thermoelektrische Generatoren 236 Ton 207,215

Tellur, alle Elementarwerte 228 thermoelektrische Spannung 92 Tonerde 206,207,337

Tellurate 236 Thermoelement 92,100,263 Torbernit 309

Tellurbismut 227 thermohaline Konvektion / Zirkulation 98 Torf 285

Tellurid / Tellurdioxid 236 Thermokette 92 Torkeln 51

Tellurhalogenide 236 Thermokraft 92 Torsionsschwingungen 103

Tellursäure / Tellurige Säure 228,236 Thermometer 209,294 Totalreflexion 111

Tellurschmelzen 236 Thermoregulation 84 Totenwelt 312

Tellurstäube 236 Thermorezeptoren, Hypothalamus 353 Touchscreens 209

Tellurvergiftungen 237 Thermostate 209 TOURQUET DE MAYERNE 192

Temperatur T 38,85,88,91 Thiaminpyrophosphat 233 Tracer 142,148,200,224,262,269

Temperatur, absolute 38,81,87f,190,354 thio 231 Tracer, Szintigraphie 262

Temperatur, kritische 93 Thiobrücken, Aufspaltung 295 Tragant 234

Temperatur, Teilchen 336 Thiolethergruppen 233 Trägergas 249

temperaturabhängige Ausdehnung 98 Thiolgruppen 225,233,279 Traggas, Luftschiffe 248

Temperaturdifferenzmessung 97 Thiomersal 294,295 Trägheitsmoment J 52

Temperaturfenster, ferromagnet. 302 Thioredoxin 233 Trajektoren, parallele 49

Temperaturkoeffizient, niedriger 260 Thiosulfat 232,234 Tränengas 245

Temperaturwechselbeständigkeit 207 Thomson-Streuung 132 trans-Buten 334

TENNANT 211,270,271 Thorianit 306 Transferasen 260

Tenorit 277 Thorit 306 Transferrin 208,266

Tensorfeld 35 Thorium 306,307,316 Transistor 216

teratogene Effekte 209 Thorium, alle Elementarwerte 306 TranskranielleMagnetStimulation 158

Terbium 303 Thoriumdioxid 306 Transkriptionsfaktoren 289

Terbium, alle Elementarwerte 296 Thoriumglas 307 Translation 49

Terbiumgalliumgranat 303 Thoriumnitrat 307 Transmission 120,122

Terbiumoxid 297,303 Thorium-Reihe 316 Transmissionskoeffizient 99

ternäres Gemisch 342 Thorium-X 308 transmittiert 99

terrestrische Strahlung 250 Thoron 308 Transmutation, Uran 313

terrestrisches Eisen 264 Thorotrast 308 Transplatin 276

Tesla [T] 41,150,157,300 Thulia 304 Transplutonide 318,319

Tetrabutylammoniumfluorid ; TBAF 240 Thulium 304 Transportfunktion, Häm 251

Tetrachloridogoldsäure 285 Thulium, alle Elementarwerte 296 transportierte Masse/Stoffmenge 67

Tetrachlorkohlenstoff 244 Thuliumoxid 304 Transurane 311,319

Tetrachlorpalladat 274 Thyreoditis 235 Transversalwellen 58,105,108

tetraedrische Bindungsstruktur 213 Thyroxin 235,246 Trauringe 271

Tetramethylsilan 215 Thyroxindeiodase 235 Treibgas 221,240,248,249

Tetrapyridinopersulfat 282 Tiefpunkte 16 Treibhausgas 214,240

Tetrasauerstoff 230 Tiefquarz 277 Tributyltin = TBT 217

Tetrele 186,210 Tiefsee-Atemgeräte 248 Trichlorsilan 215

Thallium 209 tiefstmögl. Energiezustand, Atome 250 Triglyceride, Blutplasma 255

Thallium, alle Elementarwerte 206 Tieftemperaturtechnik 248 Trigonometrie 17

Thallium-Amalgam 293 Tieftemperaturthermometer 293 Trihalogenmethane 244

Thalliumhydroxid 210 Tin 217 Triiodstickstoff 245

Thalliumsulfid 210 Titan 253 Triiodthyronin 235,246

THEOPHRASTOS 291 Titan, alle Elementarwerte 252 Trimethylarsan 224

thermische Effekte 124 Titananoden, Beschichtung 267 Trimix 248,249


Trimmgewichte, Flugzeuge 310 Ummagnetisierungsgeschw.-keit 252 Urmeter 271

Trimorphie 337 Umsatzrichtung, chem. Reaktion 347 Ursprungsgerade 15,100

Trinity-Test 313 Umspannwerke 72 US-Cent 289

Trinkwasser, Desinfektion 244 Umwandlungswärme 93 UV-Bereiche 126,129,130

Trinkwasserleitungen, bleierne 219 Umweltproblem, ungeheuerliches 311 UV-Filter, Cer 300

Trioxide 228 Umwelttechnik, Sauerstoff 230 UV-Schutzschicht, Sonnenbrillen 271

Tripelpunkt 48,93 Unbehaglichkeitsschwelle, Akustik 115 UV-Strahlung 129

Triselenpentasulfid 228 Undurchsichtigkeit, Metalle 188

Trisilan 215 unedle Metalle 189

V Tritium 194,198 ungedämpfte Schwingungen 101,104

TRIUMPH, englisches Schiff 294 ungepaarte Elektronenspins 251

Trockenschmiermittel 241 ungerade Neutronenanzahl, Kern 312 Vaginalzäpfchen, Verhütung 294

Trocknungsmittel 204 ungerichtete Bindung 329,330 Vakuum 31,34,337

TROMBE 302 ungesättigte Carbonylverbindungen 281 Vakuumlichtgeschwindigkeit 38,45,106

Trommelfell 102 Unit 175 Vakuumröhren 205

Tropfen, linsenförmige 292 Universalantibiotikum 282 Vakuum-Ultraviolett 129

Tropfenform, asymmetrische 213 Universum, Anzahl der Atome 182 Valentinit 226

Trübung, Bernstein 343 Unordnung, Entropie 87 Valenzband 292

TRUMAN, Harry S. 318 unpolare Bindungen 333 Valenzelektronen 175,185,238,250

Tschernobyl-Katastrophe 201,205,313 unpolarisierte Wellen 58,110 Valenzenergie 334

Tsunamis 107 unreifes Aurum 275 Valenzschalenstruktur, ähnliche 299

Tuben, endotracheale 282 unstöchiometrisch 348 Valenzstrichformel 331,332,335

Tuberkulose 236 Unterabstände 175 Valenzstrukturtheorie 328

Tubuluszellen, Niere 291 Unterdruck 34 VAN DEN BROEK 297

Tubuslänge 61 Unterenergieniveau 179 VAN HELMONT 214,340

Tumbaga 277,283 Unterfunktion, Mathematik 16 VAN’T HOFF 81

Tumore, osseäre 205 Untergruppe der 3. Nebengruppe 306 van’t Hoff’sches Gesetz 81

Tumortherapie, Gammastrahlung 262 Unterkritikalität, Plutonium 316 Vanabine 255

Tungsten 258 unterkühlte Salzschmelzen 90 Vanadat, anionisch 254

Tunneleffekt 139 Unterschalen 180,185 Vanadinit 254

Turbinenblätter, Flugzeugtriebwerke 254 Unterschicht, weichmagnetische 267 Vanadium 254

Turbinenschaufeln 258,263,267 unvermeidbares Nebenprodukt 291 Vanadium, alle Elementarwerte 254

turbulente Strömung 78 Up-Quark 173 Vanadium, kationisch 254

Turbulenzen 78 Uran 308,311 Vanadiumgruppe 254

Turgor 200 Uran-233 307 Vanadiumnitrogenasen 255

Türkis 222 Uran-235 312,316 Vanadiumoxid 254

Uran-236 312 Van-der-Waals-Kräfte 75,212,328,335

U Uran-237 311,312 Variable 15

Uran-238 311,312,313,316,317 Varianz 21

Uran-239 312,313 Vater-Pacini-Körperchen 101

Übergangselemente 251 Uran-Actinium-Reihe 316 Vektoren 20

Übergangsmetalle 185,196 Uranbombe 196 Vektorfeld 35

Übergangsmetallsulfide 234 Uranchlorid 306 Vektorprodukt 20

überkritische Phase 93 Urandioxid 311 Vela-Satelliten 120

überkritischer Zustand 336 Uranerzreserven, größte 309 Verbindungen, chemische 33

Überlagerung, Wellen 108 Uranhexafluorid 240,241,311,312 Verbindungen, farbige 251

Überlappung, Atomorbitale 330 Uraninit 237,261,308,309 Verbindungen, hochschmelzende 254

überschwerer Atomkern 143 Uranium, alle Elementarwerte 306 Verbindungen, sehr stabile 254

überstrichener Phasenwinkel 52 urankontaminiertes Grundwasser 311 Verbindungselement, Teleskope 253

Uhren, Beschichtung 271 Uranophan 309 Verbrennung 346

Ulcera, kreisrunde 256 Uran-Radium-Reihe 316 Verbrennungsenthalpie 352

ultrabasische Magmatite 269 Uranylnitrat 309 Verbrennungsmotoren 230

Ultrahochvakuum 34,35 Uranylsalze 293 Verchromen 289

Ultraschall 105,112 Uran-Zerfallsreihe 237,317 verdampfen 93,344

Ultraviolettstrahlung 126,129 URBAIN 297,304,305 Verdampfungsenthalpie 90

Umfanggeschwindigkeit 52,57 Urbakterien 230 Verdampfungswärme 93

Umgebung, chemische Reaktionen 351 Urease 273 Verdampfungswärme, Wasser 348

Umkehrosmose 81 Ur-Kilogramm 38,271 Verdoppelungszeit 145

Umläufe, zahlensprialig 11 Urknall 34 verdorbene Luft 229


verdunsten 344 Vorfällung 265 Wasserhärte 219

Verformbarkeit, Metalle 188 Vorgangsgrößen 86 Wasserhaushalt 191,223

Verformungsgeschwindigkeit 76 Vulkanisation 233 Wasserläufer 73

Vergolden, chemisches 293 vulkanische Schlammtümpel 300 Wasserrad 353

Vergrößerungen 61 Vulkanisierung, Gummi 236 Wasserreflektor, Kernspaltung 310

Verhalten, chemisches 176 Vulkanit 309 Wasserstoff 172,192 bis 197

Verhältnis, gyromagnetisches 153 Vulkanschlote, Meeresboden 259 Wasserstoff, metallischer 331

Verhältnisformel 332 vulnerable Phase 71 Wasserst., Verbrennungsenthalpie 352

Verlauf, hyperbolisch / sigmoidal 165 Wasserstoffbombe 195,196,311

Vermengen 345

W Wasserstoffbrennen 196

Vermessingen 293 Wasserstoffbrückenbindung 194,238,

Vernickeln 273,289 328,332,335

Versauerung, Erdböden 233 Wabenzellen, Honigbiene 73 Wasserstoffgas 261

Verschiebearbeit 89 Wachstum 14,145,208,220,241,246,281 Wasserstoffhalbzelle 189

Verschiebungsstrom 63 Wafer 216,225,248 Wasserstoffherstellung 289

verschiedene Energieformen 56 Waffenplutonium 315 Wasserstoffkationen 197

verschleißfeste Legierungen 269 WAHL 311 Wasserstoffperoxid 196,230,240,260,

Versilberung, galvanische Bäder 282 Wahrscheinlichkeitswellen 105 275,278

Verstaatlichung, Rüstungsindustrie 318 Währungsmetall 279 Wasserstoffplasma 192

Verstärkung, ferromagnet. Spule 155 Währungsreserve 286 Wasserstoffverbindung, kettenartig 211

Verwachsungsaggregat, Pyrrhotin 272 Waldgeist 214 Wasserwellen 101,109

Verzinken 288 WALLACE, Henry 318 Wasserwert 92

Vibrationen 101 Walzen, thermodynamisch 255 Watt [W] 41,56

Vielfarbigkeit, Salze 256 Wandler, piezoelektrischer 105 Wattsekunde 40

Vier-Elemente-Lehre 228,346 Warengeld 286 Wavellit 222

Vinylchlorid 243 Wärme, latente 90 Weber [Wb] 41,151

violetter Phosphor 223 Wärmeabfluss 97 Wechseljahre, Eisenmangel 266

virtuelle Brennweite 61 Wärmeausdehnung 339 Wechselspannung, elektrische 68

vis vitalis 346 Wärmeaustauscher 256 Wechselstrom 68

Viskosität 73,74,75,76,77,340 Wärmebildkamera 99,216 Wechselstromspannung / -stärke 68

Viskositätsindex 76 Wärmefluktuationen 156 Wechselstromwiderstand 69

Vitallium 269 Wärmefluss 97 Wechselwirkung, elektromagnet. 36,138

Vitamin B12 269 Wärmeisolierung 97 Wechselwirkung, fundamentale 36

Vitamin D3 204 Wärmekapazität, molare 85 Wechselwirkung, schwache 37,138

Vitriol / Vitriolluft 229 Wärmekapazität, spezifische 85,93 Wechselwirkung, starke 33,37,138

Vitriolsäure 231 Wärmekonvektion 98 Wechselwirkungen, elektrostatisch 328

VITRUV 292 Wärmeleistung 97,313 Weddellit 190

Vivianit 222 Wärmeleitfähigkeit, hohe 330 Weglänge, mittlere freie 34

Volksbazillen 271 Wärmeleitung 80,85,97,100 Wegstrecke s 49

Vollblut 76 Wärmeleitzahl, stoffspezifische 97 weiche Gammastrahlung 262

Vollkugel / Vollzylinder 53 Wärmemenge 40,85 Weichmacher 223

Vollwinkel 18 Wärmequelle, Satelliten 301 weichmagnetische Unterschicht 267

Volt [V] 41,64,68,151 Wärmereflektoren, Silber 281 weichmagnetisches Kernmaterial 265

Volta’sche Säule 288 Wärmeregulation, menschl. Körper 353 Weideflächen, cobaltarme 270

Voltamperesekunde 40 Wärmestrahlung 85,98,100 Wein 343

Voltmeter, ideales 64 Wärmestrahlung, Mensch 100 Weishanit 292

Volumen, Gas 341 Wärmestrom 91,97,99 Weiss’sche Bezirke 154,157,158

Volumenänderungsarbeit 89 Wärmetauscher 278 Weißbleierz 218

Volumenausdehnung 98 Warmfestigkeit, Erhöhung 269 weiße Leuchtdioden, Leuchtstoff 305

Volumenausdehnungskoeffizient 340 Warmumformen 278 weißer Phosphor 222

Volumenberechnung, Methan 349 Waschgold 283 Weißer Zwerg 136

Volumenelastizität, adiabatische 340 Wasser 192,332,333 weißestes Metall 280

Volumenprozent, chem. Reaktion 349 Wasser, Schmelzpunkt 335 Weißgold 274

Volumenstrom 77 Wasseraufbereitung 244 Weißspießglanz 226

volumetrisch 74,151 Wasserdampf 248 Weiterentwicklung, sprachlich 169

VON HELMHOLTZ, Hermann 85 Wasserdampfwolken, Kühltürme 315 Wellen 101,105

VON LAUE 285 Wasserendleitungen, kupferhaltig 279 Wellen, elektromagnet. 101,107,118

VON OSSIETZKY, Carl 285 wasserentziehende Substanzen 223 Wellen, akustische 113

VON WEIZSÄCKER, C.F. 313 Wasserfilterkaruschen 281 Wellen, Erzeugung 107


Wellen, mechanische 101,107 Wirkstrom 68 Ytterbium 305

Wellen, seismische 107,109 Wirkstromstärke 68 Ytterbium, alle Elementarwerte 296

Wellen, stehende 108 Wirkung 48 Ytterbiumfluorid 305

Wellen, Überlagerung 108 Wirkungsgrad η 90,91 YTTERBY 252,297,304

Wellen, unpolarisierte 58,110 Wirkungslinie 54 Yttererde 299,303

Wellencharakter 119 Wirkungsquantum, Planck‘sches 47 Ytterite 297

Wellenfront 107 Wirkungsquerschnitt, Absorption 121 Ytterspat 252

Wellenimpedanz 119 Wirkungsquerschnitt, Kernphysik 310 Yttrium 252

Wellenlänge λ 106 Wirkungsquerschnitte, groß 312 Yttrium, alle Elementarwerte 251

Wellenpakete 108 Wirkwiderstand 70 Yttrium-Aluminium-Granat 304

Wellenspektrum 108 Wirtschaftskrise 281,286 Yttrium-Eisen-Granat 304

Wellentyp 112 Wirtsgitter, Europiumionen 302 Yttrium-Indium-Manganblau 260

Wellenvektor �⃗� 106 Wismut 227 Yttrium-Lithium-Fluorid 304

Wellenwiderstand R 111,119 wohlbestimmter Wert 178 Yttriumoxid / Yttriumphosphat 252,297

Wellenzahl k 106 WÖHLER 346 Yttriumtantalat, thuliumdotiert 304

Wellrad 54 Wolfram 257 Yttriumvanadat, europiumdotiert 302

Weltraummission, fehlgeschlagene 313 Wolfram, alle Elementarwerte 256

Weltzeit, koordinierte 201 Wolframcarbid 207,258

Z Wendel, Glühlampen 258 Wolfram-Glühfaden 249

Wendepunkte 16 Wolfram-Inertgas-Schweißen 307

Werkzeuge, nichtmagnetische 202 Wolframit 258 Zähflüssigkeit 75

Wert, mathematischer 15 Wolframstahl 258 Zahlen, ganze 183

Wertanlage 268,286 Wolframtrioxid 258 Zahlenabfolge, spiralenförmig 11

Wertepaar, mathematisches 15 Wolfsschaum 257 Zahlengesetze, universale / wahre 7

Wertstabilität, Zahlungsmittel 281 Wolken 343 Zahlengrößen, diverse atomare 182

wertvollstes Edelmetall 276 WOLLASTON 270,273 Zahlenharmonie 12

Werwölfe 279 Wood-Lampe 130 Zahlenspirale 11

Westergren-Methode 79 Work 56 zahlentheroretische Systematik 317

Weston-Normalelement 41,290 Wucht 49,64 Zahlungsmittel 276,281

Wetten auf Geld / Rohstoffe 280 Wuchtgeschosse, Weltkrieg 258 Zahn-Amalgam 293

WETTERHAHN 295 Wulfenit 257 zahnärztliches Amalgam 293

WHEWELL 157 Wundauflagen, Silberionen 282 Zähne 203

Whewellit 190 Wundsekret 77 Zahnfüllungen 267

Whitneyit 224 Würfel 19 Zahnfüllungsmaterial 293

wichtige Silberverbindungen 282 Wurtzit 288 Zahnimplantate, Zirkonium 253

Wichtungsfaktor 147,148 Wurzeln 13 Zahnkaries 241

Wicklungszahl, elektrische Spule 155 Wurzeln unserer Sprache 169 Zahnnerv, unangenehmer Reiz 293

Widerstand elektrischer, R 40,63 Wurzelwachstum, verstärktes 224 Zahnschmelz 241

Widerstand, induktiver / kapazitiver 70 Wüstit 265 Zahntechnik, Brückengerüst 253

Widerstandskörper 78 Zahntechnik, Kronengerüst 253

Widerstandsthermometer 100,276

X Zange 54

Wiederaufbereitung, Kernspaltung 267 Zapfenzellen, Auge 124

Wiederaufbereitungsanlagen 261,314 Zauberglas 202

wiederbeschreibbare Disks 303 Xanthinoxidase 234 ZEDLER 308

WIG-Schweißen 307 XAU = Währungskürzel Gold 286 Zehnersystem 11

WILLIAMSON 346 Xenon 249 Zeit t 38,49,64,66,...

Windkraftanlagentypen, diverse 300 Xenon, alle Elementarwerte 247 Zeit, vierte Dimension 12

Windschutzscheiben, Cer 300 Xenonfallen / Xenonlicht 249 Zeitinvarianz 37,56

Windungszahl nW, elektr. Spule 67,151 Xenotim 252,298 Zeitnormale, Atomuhren 200

Winkel, rechter 18 Xeroderma pigmentosum 130 Zellgift, Wasserstoffperoxid 266

Winkelbeschleunigung 52 XPS 133 Zellkern, Mangan 261

Winkelgeschwindigkeit 52,69 Xylem 200,234 Zelluloid 221

Winkelhebel 54 Xylol 263 Zellulose 69

WINKLER 216 Zellwachstum, Zink 289

Wippe 54

Y Zement 215

Wirbelfelder 35 Zentralatom 203

Wirkleistung 70 Zentralbanken 285,286

wirksamer Radius 52 YAG-Laser 301,304,305 Zentrifugalkraft 52

Wirksamkeit, biologisch relative 128,147 Yellowcake 311 Zentripedalbeschleunigung 53


zerebrale Krampfanfälle 282 Zinkfingerproteine 289 Zitterfische 72

Zerfall, radioaktiver 127,137 Zinkgruppe 287 Zuckerphosphate 224

Zerfall, spontaner 143 zinkhaltige Böden 288 zufällige Fehler 22

Zerfallsarten 138,143 Zinkmangel 289 zugeführte Energie / Leistung 90

Zerfallsgleichgewicht, Radium/Uran 206 Zinkit / Zinkoxid 288,289 zugeführter Wärmestrom 91

Zerfallskette 137 Zinkpulver 288 Zugfestigkeit, höchste 207

Zerfallskonstante λ 144,145 Zinkselenid 235 Zündbereitschaft 288

Zerfallsprodukte, kurzlebige 237 Zinksilikat 288 Zündhölzerproduktion 222

Zerfallsrate 144 Zinkspat 212 Zündkerzen 252

Zerfallsreihe 137,218,250,306,308,316f Zinksulfid 209,228,288,290 Zündkopf, Streichhölzer 226

Zerfallsreihen, Ausgangspunkt 314,316 Zinkverhüttung, Nebenprodukt 290 Zündsätze, Wasserstoffbomben 311

Zerlegung, graphische 20 Zinn 217 Zündsteine 252,300

Zerspanen 208 Zinn, Modifikationen 217 Zustand, high-spin / hochgedimmt 166

Zerstreuungslinse 59 Zinn-Amalgam 293 Zustand, low-spin / niedriggedimmt 166

Ziegel 215 Zinnbronze / Zinndioxid 217 Zustandsänderungen 86,100,115,354

Zieralgen 205 Zinngeschrei 209,217,290 Zustandsänderungen, chemische Re-

Zifferblattmalerinnen 206 Zinngießer / Zinnkraut 217 aktionen 354

Zink 288 Zinnober 228,291,292 Zustandsangaben, chem. Reaktion 348

Zink, alle Elementarwerte 287 Zinnpest / Zinnputzer / Zinnstein 217 Zustandsfunktion, Entropie 354

Zink-Amalgam 293 Zinnwaldit 200 Zustandsgrößen 46,86,87,89,101

Zinkate 288 Zinnwasserstoffe 211 zweiseitige Hebel 53

Zink-Batterien 288 Zirconium, alle Elementarwerte 252 zweiter Hauptsatz, Thermodynamik 87

Zinkbleche 288 zirkadianer Rhythmus 353 Zweiwertigkeit 202

Zinkblende 209,231,308 Zirkon 215,253,306,309 Zwerg 161

Zinkcarbonat 212,288,290 Zirkonium 253,254 Zwerg, weißer 136

Zinkchlorid 275 Zirkoniumoxid 253,275,303 Zwergplaneten 300

Zinkdruckguss 289 Zirkoniumsilikat 253 Zwischenbild 61

Zinkelektroden, galvanische Zellen 293 Zirkulation, thermohaline 98 Zyklon B 214,271

Zinkerde 290 Zitronensäure 208 Zyklotron 313

Zinkfieber 289 Zitterbewegungen, Flüssigkeit 340 Zylinderwellen 109


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sowie der chemischen Elemente · 2020. 11. 8. · Inhaltsverzeichnis Mathematik 1. Zahlengesetze Seite Peter Plichta Die vier Dimensionen unseres Universums „Hoch“ 1, 2, 3, 4