Wasserstoff 1 1 H Wasserstoff ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas, das ca.14mal leichter als Luft ist. Es ist das Element mit der geringsten Dichte. Daher diffundiert (durchdringt) Wasserstoff leicht durch poröse Trennwände, aber auch durch Metalle wie Platin. Der gebräuchliche Wasserstoff kommt immer in Form von zweiatomigen Molekülen vor (H 2 ). Das Element Nr. 1 hat nach Helium die tiefste Schmelz- und Siedetemperatur. Wasserstoffatome sind im menschlichen Körper sehr häufig vertreten. Sie sind an vielen wichtigen Stoffwechselprozessen wie die Verdauung beteiligt. Sehr große Mengen an Wasserstoff werden gebraucht, um gehärtetes, festes Fett zu erhalten. Sehr große Mengen Wasserstoff werden in Verbindung mit Sauerstoff oder Fluor als Raketentreibstoff. Wasserstoffatome sind von allen Atomsorten im Weltall am häufigsten vertreten. Die Sonne erzeugt ihre Energie durch Kernverschmelzungen von Wasserstoffatomen. Dabei entstehen bei mehreren Zwischenreaktionen aus vier Wasserstoffatomen Helium und riesige Energiebeträge:
Helium 2 4 He Helium ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas. Es ist nach Wasserstoff das chemische Element mit der geringsten Dichte und besitzt die niedrigste Schmelztemperatur aller Elemente. Wie alle anderen Edelgase (Neon, Argon, Krypton, Xenon) ist Helium sehr reaktionsträge. Daher sind in der Natur keine Heliumverbindungen bekannt. Bei tiefen Temperaturen wandelt sich Helium (Helium I) zu einer anderen Zustandform (Helium II) um. Helium II ist der beste bekannte Wärmeleiter und besitzt eine 300mal höhere Wärmeleitfähigkeit als Silber. Außerdem fließt es ohne innere Reibung und durchdringt selbst winzigste Öffnungen. Aufgrund dieser Eigenschaften wird Helium II auch als Supraflüssigkeit bezeichnet. Helium dient aufgrund der geringen Dichte zur Füllung von Luftschiffen und Wetterballons und ersetzt seit längerer Zeit den brennbaren Wasserstoff (z.b. bei der Hindenburg). Wie Neon und Argon wird es zur Füllung von Leuchtstoffröhren verwendet. Tiefseetaucher benutzen ein Gemisch aus 21% Sauerstoff und 79% Helium. Der Vorteil dieses Gemisches besteht in einer geringeren Blutlöslichkeit im Vergleich zum Stickstoff. Die gefürchtete Taucherkrankheit, welche bei einer zu schnellen Druckentlastung bei schnellem Auftauchen entsteht, kann somit vermieden werden. Darüber hinaus wird es beim Schweißen als Schutzgas verwendet Heliumatome sind nach den Wasserstoffatomen mit 7% Anteil am zweithäufigsten im Universum vertreten. Während sie in der Erdhülle nur mit einem geringen Anteil von 0,0000004% vorkommen, sind sie an der Zusammensetzung der Luft mit 0,00046% beteiligt. In der Sonne entsteht das Element durch Kernverschmelzungsprozesse von Wasserstoffatomen.
Kohlenstoff 6 C 12 Kohlenstoff kommt in mehreren Abwandlungen vor: Diamant, Graphit und Fullerit (Nanotechnologie). Der Diamant kristallisierter Kohlenstoff. Er ist der härteste alle bekannten und natürlichen Stoffe, er besitzt die höchste Schmelztemperatur aller Stoffe. Der geschliffene Rohdiamant ist der Brillant (Brillantschliff). Der weiche Graphit dient als Pulver zur Herstellung von Schmiermitteln und kompakt zur Herstellung von Bleistiftminen. Graphitelektroden sind elektrisch gut leitfähig und als Kohlebürsten bei Elektromotoren eingesetzt. Koks als Heizmaterial, Ruß zur Herstellung von Tusche und Druckfarben, Aktivkohle: Adsorption von giftigen Gasen zur Trinkwasserreinigung, Carbonfasern (Graphitfasern) für Fahrzeuge, Sportgeräte, medizinische Implantate, Diamanten als Bohrerspitzen, Schneidegeräte, Schmuck. Im Mineralreich begegnet uns Kohlenstoff elementar als Diamant und als Graphit. Die Diamanten finden sich vor allem im alten Gestein von Vulkanschloten, dem Kimberlit. Die Hauptvorkommen liegen in Südafrika, im Kongo, in Russland und in Brasilien. Der Graphit ist dagegen organischen Ursprungs. Kohlenstoff ist das Element, das nach Wasserstoff die meisten Verbindungen aller Elemente bilden kann. Die Verbindungen des Kohlenstoffs kennzeichnen sämtliche Lebewesen auf der Erde. Die fossilen (versteinerten) Brennstoffe Erdöl, Erdgas und Kohle und die zahlreichen, darin enthaltenen Kohlenstoffverbindungen sind aus ihnen im Laufe der Jahrmillionen entstanden.
Stickstoff 7 14 N Stickstoff ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas, welches eine geringfügig kleinere Dichte als Luft besitzt. Es bildet zweiatomige Moleküle (N 2 ). Diese Fähigkeit zur Molekülbildung kommt bei allen Elementen der V. Hauptgruppe vor. Bei Abkühlung auf -195 C kondensiert das Gas zu einer farblosen Flüssigkeit. Werden Stoffe oder Gegenstände in flüssigen Stickstoff gehalten, ändern sie durch die Abkühlung ihre Eigenschaften. Eine gefrorene Rose lässt sich zerschlagen, ein Vollgummiball verliert seine Elastizität. Es wird aufgrund seiner Reaktionsträgheit als Schutzgas beim Schweißen oder für Füllungen in Glühlampen verwendet. Flüssiger Stickstoff dient als Kältemittel für Lebensmittel (Gemüse, Tiefkühlkost, ) oder in der Medizin zum Schockgefrieren von Gewebeteilen (bei Operationen), Blut, Antibiotika, Bakterienkulturen oder Impfstoffen. In der die Erde schützenden Lufthülle sind die Stickstoffatome von allen Atomsorten am häufigsten vertreten. Die chemischen Verbindungen des Stickstoffs (Eiweiße, Nucleinsäuren) spielen bei den Lebewesen eine bedeutende Rolle. Bei der Verwesung von toten Lebewesen werden die organischen Stickstoffverbindungen wieder zu Ammoniak. In einem weiteren Prozess oxidieren Bodenbakterien diese Salze zu Nitraten, so dass sich der Stickstoffkreislauf wieder schließt. Alle stickstoffhaltigen Salze eignen sich zur Herstellung von Düngemitteln.
Sauerstoff 8 O 16 Sauerstoff ist bei Zimmertemperatur ein farb- und geruchloses Gas, welches schwerer als Luft ist. Sauerstoff gehört zur Familie der Chalkogene und bildet zweiatomige Moleküle (O2). Bei -182 C kondensiert Sauerstoff zu einer hellblauen Flüssigkeit (flüssiger Sauerstoff). In Wasser ist Sauerstoff schwach löslich. Sauerstoffatome kommen auch in zahlreichen anderen chemische Verbindungen vor. Im Labor weist der Chemiker gasförmigen Sauerstoff mit der Glimmspanprobe nach. Für die Lebewesen ist er von großer Bedeutung: Die Pflanzen stellen aus Kohlenstoffdioxid mit Hilfe von Sonnenlicht Sauerstoff her (Fotosynthese). Diesen benötigen die Tiere und Mensch zum Atmen. Über die Atmungsorgane gelangt er in die Blutbahnen und von dort zur Muskulatur und den Organen. Sauerstoffatome kommen nach den Wasserstoff- und Heliumatomen am dritthäufigsten im Universum vor. Viele Mineralien in der Erdkruste wie Eisenoxid oder Kalkstein enthalten Sauerstoffatome. Der Sauerstoffanteil der Luft beträgt 21 Volumenprozent. Elementarer Sauerstoff tritt in der Natur in zwei Formen auf: "Gewöhnlicher" Sauerstoff in Form zweiatomiger Moleküle (O 2 ) und als Ozon in Form dreiatomiger Moleküle (O 3 ).
Fluor 9 F 19 Fluor ist ein farbloses, in dichteren Konzentrationen gelbgrünliches, giftiges Gas, das chlorartig stechend riecht. Es ist das reaktionsfreudigste Element. Bei Zimmertemperatur liegt es in Form zweiatomiger Moleküle vor (F 2 ). Das Gas kondensiert bei -188 C zu einer gelblichen Flüssigkeit, die unterhalb von -219 C zu gelben Kristallen erstarrt. Mit den meisten Metallen und Nichtmetallen und sogar mit Chlor, Brom und Iod reagiert es zu den entsprechenden Fluoriden. Einige Metalle wie Aluminium, Magnesium, Nickel, Kupfer oder Stahl werden kaum angegriffen, da sie sich mit einer schützenden Fluoridschicht bedecken. Selbst die Edelgase Xenon und Radon reagieren mit Fluor. Da Fluor auch Glas angreift, wird es in Flaschen aus Kupfer- Nickel-Legierungen transportiert und aufbewahrt. Organische Stoffe reagieren mit Fluor unter Bildung von Fluorwasserstoff und Kohlenstofffluorid. Dies erklärt auch die extreme Giftigkeit von Fluor und vieler seiner Verbindungen. Eine Fluorvergiftung beginnt mit Schwellungen der Mundschleimhaut und Reizungen der Augen. Es folgen Erbrechen, Atemstörungen, Lungenödem und Atemstillstand. Da die Geruchsschwelle für Fluor jedoch sehr niedrig liegt, sind Fluorvergiftungen relativ selten. In geringen Mengen kommen Fluorverbindungen jedoch auch im menschlichen Körper vor, so zum Beispiel im Zahnschmelz, in den Knochen, im Magensaft, im Schweiß oder im Blut. In Zahnpasten. Fluor kann in Raketenmotoren als Oxidationsmittel eingesetzt werden. Werden Kunststoffbehälter aus Polyethylen nachträglich mit Fluor behandelt, sind sie beständiger gegen Benzin und organische Lösungsmittel. Zu den wichtigen Fluorverbindungen gehören auch die Flusssäure, der Fluorwasserstoff, sämtliche Fluoride und Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW-Treibgase). In elementarer Form kommt es in der Natur nicht vor. Die wichtigste Fluorverbindung für die Technik stellt der Flussspat (Fluorid, CaF 2 ) dar. Flussspat kommt weltweit fast überall vor. Die Hauptproduktionsländer sind China, Mongolei, Russland, Mexiko, und Frankreich.
Neon 10 20 Ne Neon ist bei Zimmertemperatur ein farbloses, geruchloses Gas. Es besitzt nach Wasserstoff und Helium die geringste Dichte aller Gase. Neon ist wie alle Edelgase an sich ein schlechter elektrischer Leiter. Legt man jedoch an das Gas in Gasentladungsröhren eine Spannung an, beginnt ein Strom zu fließen, ein scharlachrotes Licht. Wie alle anderen Edelgase (Helium, Argon, Krypton, Xenon) ist Neon sehr reaktionsträge. Aufgrund der roten Glimmentladung dient Neon zur Füllung von Glimmlampen für Kontrolleuchten in der Elektrotechnik. Es wird auch in Gasentladungsröhren (Leuchtstoffröhren) für Leuchtreklame eingesetzt. Bei der Zugabe von geringen Quecksilberanteilen entsteht ein blaues Licht, das bei der Verwendung von gelbem Glas grünes Licht hervorruft. Im Gemisch mit Helium setzt man es in Lasern ein. Neon ist ein sehr seltenes Element auf der Erde. Das Edelgas fällt als Nebenprodukt bei der fraktionierten Destillation von verflüssigter Luft an
Natrium Reines Natrium ist ein silberweißes Alkalimetall, das an feuchter Luft sofort grau anläuft, da sich eine Natriumhydroxidschicht bildet. Es ist ein sehr weiches Metall (Härte nach Mohs 0,5) und lässt sich mit dem Messer leicht schneiden. Nur Kalium, Cäsium und Rubidium sind noch weicher. An offener Luft bindet es Sauerstoff, daher wird es unter Paraffinöl als Schutzflüssigkeit aufbewahrt. 11 Na 23 Ein großer Teil wird zur Herstellung von Natriumverbindungen verbraucht (z.b. Natriumchlorid (Kochsalz), Natriumcarbonat. Flüssiges Natrium dient aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit als Kühlmittel in Kernreaktoren oder als Wärmeüberträger in Kraftwerken. Natriumdampflampen enthalten neben Edelgasen festes Natrium, das beim Einschalten der Lampe verdampft und ein gelbes, sehr helles Licht erzeugt. Ferner wird es bei der Herstellung von Titan und bei der Goldwäscherei benötigt. Natrium steht in der Elementhäufigkeit an 6. Stelle. Aufgrund seiner großen Reaktionsfähigkeit kommt es in der Natur jedoch nur in Verbindungen vor. Natriumverbindungen dagegen sind sehr häufig: Meerwasser enthält Natriumchlorid (Salz) in einer Konzentration von durchschnittlich 27g/l. Große Vorkommen an Natriumchlorid befinden sich in dem Mineral Halit (Bild), das in den Steinsalzlagerstätten vorkommt, z.b. im österreichischen Salzkammergut. Weitere Natrium-Minerale sind: Glaubersalz (Natriumsulfat).
Magnesium Reines Magnesium ist ein silberweiß glänzendes Leichtmetall, das leicht zu bearbeiten ist. An der Luft läuft es infolge Oxidation grau an. Die entstehende Oxidschicht schützt das Metall vor weiterer Korrosion. Magnesium hat einen relativ niedrigen Schmelz- und Siedepunkt. Beim Erhitzen verbrennt es oberhalb von 500 C mit blendend weißer Flamme zu Magnesiumoxid und Magnesiumnitrid: 12 Mg 24 Wichtiges Element für Pflanzen, Tier und Mensch, es wird bei vielen Stoffwechselvorgängen gebraucht. Früher diente Magnesiumpulver in einem Gemisch mit Kaliumpermanganat zur Herstellung von Blitzlichtpulver. Heute wird es noch in Feuerwerkskörpern und in Leuchtmunition zur Erzeugung von sehr hellem, weißem Licht eingesetzt. Magnesiumlegierungen, z.b. mit Aluminium, zeichnen sich jedoch durch ihre geringe Dichte, ihre hohe Festigkeit und ihre Korrosionsbeständigkeit aus. Daher werden diese zum Bau von Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, Schiffen und Maschinenbauteilen häufig eingesetzt. Auch in der Raumfahrt werden Magnesiumverbindungen verwendet. Das Metall ist ein relativ häufiges Element. In elementarer Form kommt es in der Natur nicht vor. Die häufigsten Magnesiumverbindungen finden sich in den Silicaten, z.b. im Olivin oder im Serpentin. Das Mineral Dolomit, aus dem die Dolomiten gebildet sind, ist ein Calcium- Magnesiumcarbonat. Das wichtigste Magnesiumerz stellt der Magnesit dar. Manche Mineralquellen führen Bittersalz (Magnesiumsulfat) in Lösung.
Aluminium Reines Aluminium ist ein silberweißes, relativ weiches Leichtmetall, das sehr gut dehnbar und verformbar ist. Es lässt sich zu feinen Drähten ziehen und zu dünnen Blechen und feinen Folien walzen. Bei einer Erwärmung über 600 C nimmt es eine körnige Struktur an, die sich nach dem Abkühlen in Körner, Grieß oder 13 27 Al Pulver (Aluminiumbronze) zerteilen lässt. Aluminium hat eine niedrige Schmelztemperatur und besitzt eine sehr gute elektrische Leitfähigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit. Es ist gegen Luftfeuchtigkeit und Luftsauerstoff viel unempfindlicher als Eisen. Dies beruht auf der dünnen Oxidschicht, die sich bei frisch angeritztem Aluminium innerhalb weniger Sekunden bildet und das darunter liegende Aluminium vor weiterer Korrosion schützt. Aluminium und seine Legierungen gehören heute zu den wichtigsten Werkstoffen zum Bau von Profilen, Rohren und Blechen. In der Lebensmittelindustrie ist Aluminiumfolie ein wichtiges Verpackungsmittel. Das Metall dient aber auch zur Herstellung von Kochgeschirr. Aluminiumbronze wird in Rostschutzfarbe eingesetzt und spielt bei der Herstellung von Feuerwerkskörpern und Sprengstoffen eine Rolle. Reinstes Aluminium wird in Hochspannungsleitungen eingesetzt. Duraluminium ist eine wichtige Aluminiumlegierung für den Fahrzeug- und Maschinenbau und für die Luftfahrt. Es kommt ausschließlich in Form seiner chemischen Verbindungen vor, z.b. in Feldspäten und Glimmern als Aluminiumsilicat. Das Mineral Korund (Rubin, Saphir) enthält Aluminiumoxid. Das wichtigste Aluminiumerz ist der Bauxit, der im wesentlichen aus einem Gemisch von Al-Hydroxiden und Al-Oxiden besteht. Die wichtigsten Erzvorkommen befinden sich in Australien, Brasilien, Jamaika, Indien.
Silizium 14 Si 28 Reines Silicium bildet dunkelgrau, metallisch glänzende Kristalle, die eine diamantähnliche Gitterstruktur besitzen. Dies erklärt auch seine relativ große Härte. Silicium verringert wie Bismut, Gallium oder Wasser beim Schmelzen sein Volumen um etwa 10% und dehnt sich beim Erstarren wieder aus. Die thermische Leitfähigkeit ist sehr hoch, die elektrische Leitfähigkeit bei reinem Silicium sehr gering. Die elektrische Leitfähigkeit des Siliciums steigt mit zunehmender Temperatur. Durch das geringfügige Verunreinigen, mit Fremdatomen (z.b. mit Aluminium oder mit Antimon) kann die elektrische Leitfähigkeit ebenfalls erhöht werden. Man erhält dann einen Halbleiter für die Elektro- und Computertechnik. Die gewonnenen Silicium-Einkristalle werden in dünne Scheiben zersägt. Diese werden auch als "Wafer" bezeichnet. Sie stellen das wichtigste Rohmaterial zur Herstellung von Mikrochips und Halbleitern dar. Auch in der Photovoltaik nimmt Silicium zunehmend eine bedeutende Stellung zur Herstellung von Solarzellen ein. Außerdem dient Silicium zur Legierung verschiedener Metalle wie Aluminium, Eisen oder Kupfer. Siliciumatome machen 25% Masseanteil in der Erdhülle aus, damit steht Silicium in der Elementhäufigkeit an 2. Stelle nach Sauerstoff. Zahlreiche Mineralien enthalten in ihrem Aufbau Siliciumatome. In der Natur kommen Siliciumatome jedoch nie elementar vor, sondern immer gebunden in anorganischen Mineralien, z.b. im Quarz (Bergkristall, Bild) oder in den Silicaten (Beryll, Olivin, Feldspat, Glimmer, Turmalin). Etwa 90% der Erdkruste besteht aus Siliciumineralien. Merkwürdigerweise findet man im Tier- und Pflanzenreich nur spurenweise Siliciumatome.
Phosphor 15 P 34 Das Element Phosphor kommt in mehreren Modifikationen vor: Weißer, bzw. gelber a-phosphor ist bei Zimmertemperatur eine weiße, an den Schnittflächen hellgelbe Masse mit charakteristischem Geruch. Erhitzt man weißen Phosphor längere Zeit auf über 250 C, erhält man roten Phospor. Setzt man den weißen Phosphor hohen Temperaturen und hohen Drücken aus, erhält man schwarzen Phosphor. Diese Modifikation bildet grauschwarz glänzende, rhombische Kristalle, die eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit besitzen. Schwarzer Phosphor eignet sich auch als Halbleitermaterial. In Wasser ist weißer Phosphor nicht löslich. Oberhalb von 50 C entzündet sich weißer Phosphor von selbst und verbrennt mit gelblich-weißer und relativ heller Flamme. Daher muss er unter Wasser aufbewahrt werden. Brände mit weißem Phosphor sind nur schwer zu löschen, da nach dem Verdunsten des Wassers eine erneute Zündung eintritt. Phosphor ist zwar ein lebensnotwendiges Spurenelement (als Phosphorsalz), weißer Phosphor ist jedoch in seiner elementaren Form sehr giftig. Die tödliche Dosis für einen erwachsenen Menschen liegen bei ca. 0,06 Gramm. Die Vergiftungssymptome zeigen sich in Erbrechen, Durchfall, Kreislaufkollaps und Atemstillstand. Brennender, weißer Phosphor erzeugt auf der Haut sehr schmerzhafte und kaum heilbare Brandwunden. Der größte Anteil des produzierten weißen Phosphors dient zur Herstellung von Phosphorverbindungen, Phosphorsäure und vor allem von Phosphaten. Diese wiederum stellen wichtige Ausgangsstoffe zur Herstellung von Düngemitteln und Waschmitteln dar. Roter Phosphor dient zur Herstellung von Feuerwerkskörpern und Zündhölzern. Die Reibflächen der Zündholzschachteln enthalten ein Gemisch von rotem Phosphor, Glaspulver und Bindemitteln. Glasmehl (Erhöhung der Reibungsempfindlichkeit) und Füllstoffe. Die Reibungswärme führt zur Zündung des Streichholzkopfes, was vor allem auf die Reaktion des roten Phosphors mit dem Kaliumchlorat zurückzuführen ist. In der Natur kommt Phosphor elementar nicht vor. Ein wichtiges Phosphormineral ist der Apatit, aus dem in der Technik der weiße Phosphor gewonnen wird. Die Hauptvorkommen für dieses Erz liegen in den USA und in China. Bei den Kleinstlebewesen der Meere, aber auch bei allen Wirbeltieren spielt das Phosphorsalz Calciumphosphat beim Aufbau von Knochen und Schalen eine bedeutende Rolle. Der äußere Zahnschmelz in den Zähnen des Menschen enthält ebenfalls das harte Phosphormineral Apatit.
Schwefel 16 S 32 Schwefel tritt in zahlreichen Zustandformen auf, er ist im reinen Zustand ein geruchloses Nichtmetall mit gelblicher Farbe. Seine Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit sind schlecht, er ist auch nicht löslich in Wasser. Schwefel ist bei Raumtemperatur stabil und bildet zitronengelbe, spröde und rhombische Kristalle. Bei 110 C beginnt er zu schmelzen. Er wird in Stangen oder in Fäden gehandelt. Schwefel ist sehr reaktionsfähig und geht mit vielen Elementen chemische Verbindungen ein. An der Luft verbrennt Schwefel in einer Oxidation mit bläulicher Flamme zu dem giftigen und stechend riechenden Gas Schwefeldioxid (SO 2 ). Schwefel ist ein wichtiger Rohstoff in der chemischen Industrie. Der größte Anteil dient zur Herstellung von Schwefelsäure und damit auch zur Herstellung von Düngemitteln. Reiner Schwefel wird zur Herstellung von Zündhölzern, Schwarzpulver, Feuerwerkskörper, zur Herstellung von Kunststoffen und Farbstoffen (z.b. Ultramarinblau), zum Schwefeln von Fässern oder als Bleichmittel für Wolle und Seide verwendet. In der Medizin findet er in Salben und Cremes zur Bekämpfung von Hautkrankheiten wie Akne, Ekzeme und Schuppenflechte Anwendung. Im Wein- und Gartenbau dient er zur Bekämpfung von Spinnmilben und Mehltau. In der Natur kommt der Schwefel elementar in mächtigen Lagerstätten z.b. in Sizilien, Polen, Irak, Louisiana, Texas und Mexiko vor. Wichtige Minerale, die Schwefelverbindungen enthalten, sind z.b. Gips (Calciumsulfat), Pyrit (Eisensulfid), Bleiglanz (Bleisulfid), Zinnober (Quecksilbersulfid). Größere Mengen Schwefel sind auch in den fossilen Brennstoffen Erdöl und Kohle enthalten.
Chlor 17 Cl 35 Chlor ist ein stark stechend riechendes, gelbgrünes Gas, seine Dichte ist 2,5mal höher als Luft. Bei Zimmertemperatur liegt das Gas wie alle anderen Halogene in Form zweiatomiger Moleküle vor (Cl 2 ). Bei -34 C lässt sich Chlor zu einer gelben Flüssigkeit verflüssigen, bei -101 C erstarrt es zu gelblichen Kristallen. Auf tierisches und pflanzliches Gewebe wirkt Chlor stark zerstörend. Luft, die 0,5-1% Chlorgas enthält, wirkt auf Säugetiere und Menschen rasch tödlich (MAK-Wert 1,5mg/m3), da die Lungenbläschen unter Salzsäuregasbildung verätzt werden. Selbst ein Chlorgehalt der Luft von 0,001% greift die Lungen schwer an. Chlor bleicht Farbstoffe und tötet Mikroorganismen wie Algen oder Bakterien ab. Mit Chlor gebleichte Faserstoffe (Papiertaschentücher oder Toilettenpapier) enthalten oft krebserzeugende Rückstände und verursachen beim Bleichen umweltbelastende Gifte. Außerdem setzen sie nach der Entsorgung auf Mülldeponien wieder schädliche Stoffe frei. Daher sollten chlorgebleichte Produkte gemieden werden: Chlor ist ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung zahlreicher anorganischer und organischer Verbindungen. Dazu gehören z.b. Salzsäure, sämtliche Chloride wie Eisenchlorid, Natriumchlorid oder Silberchlorid, viele Insektizide und Zwischenprodukte für Farbstoffe, sowie die ozonzerstörenden CFKW (Chlorfluorkohlenwasserstoffe) als Treibgase für Sprays, in Feuerlöschern und in Kältemitteln. Ferner dient Chlorgas in Schwimmbädern und im Trinkwasser zur Desinfektion und wird zum Bleichen von Papier, Zellstoffen und Textilien verwendet. Wegen seiner großen Reaktionsfähigkeit kommt es im elementaren Zustand jedoch in der Natur außer in einigen Vulkangasen praktisch nicht vor. Chloratome sind aber in Salzen (Chloride, Kochsalz NaCl, Bild) in Salzlagerstätten oder im Meerwasser (Bild) in großen Mengen vorhanden.
Kalium 19 K 39 Reines Kalium ist ein sehr weiches, silberweiß glänzendes Leichtmetall. An der Luft läuft es sehr rasch an und bildet zunächst eine Schicht aus Kaliumoxid, die allmählich zu Kaliumhydroxid und dann zu Kaliumcarbonat übergeht. Aufgrund dieser Eigenschaft wird Kalium unter Paraffinöl aufbewahrt. Kalium ist ein sehr unedles Metall. Wirft man ein kleines Stückchen Kalium auf eine Wasseroberfläche, schmilzt es zu einem Kügelchen und reagiert in einer heftigen Reaktion zu Kaliumhydroxid und Wasserstoff. Dabei entzündet sich der entstehende Wasserstoff und verbrennt mit rotvioletter Farbe. Kalium lässt sich auch sehr leicht mit Natrium legieren. Das Metall Kalium hat im Vergleich zum Lithium und Natrium nur einen geringen technischen Nutzen, da es sehr reaktionsfreudig ist. In der organischen Chemie dient es zur Herstellung von organischen Kaliumverbindungen. Anorganische Kaliumverbindungen werden häufig in Medizin und Technik eingesetzt (z.b. Kaliumcarbonat oder Kaliumnitrat). Aufgrund der großen Reaktionsfähigkeit kommt das Element in der Natur nicht elementar vor. Wichtige Kaliumminerale sind die Kalisalze (z.b. Sylvin, KCl), die Kalifeldspäte (z.b. Orthoklas) und die Kaliglimmer (z.b. Muskovit). Bei der Verwitterung der Feldspäte entstehen die Kaliumsalze, die daher auch im Meerwasser gelöst sind. Die größten Kalisalzvorkommen finden sich im Ural, in Kanada, in den USA und im Elsass.
Calcium 20 Ca 40 Calcium ist im reinen Zustand ein silberweiß glänzendes Leichtmetall, das an der Luft infolge einer Oxidation jedoch blaugrau anläuft. Es ist relativ weich und dehnbar. Auch mit den meisten Säuren löst sich Calcium unter Bildung von Wasserstoff und der entsprechenden Salze rasch auf. Calciumionen spielen im Stoffwechsel der Lebewesen und auch im natürlichen Kalkkreislauf eine bedeutende Rolle. Der Gehalt von Calciumionen im Wasser wird zur Bestimmung der Wasserhärte herangezogen. Elementares Calcium dient zur Herstellung von Metallen wie Chrom, Vanadium, Plutonium oder Uran aus Erzen. In der Metallindustrie dienen Calciumlegierungen zur Veredelung von Roheisen oder Stählen. Eine große Bedeutung besitzen die Calciumverbindungen, z.b. Calciumcarbonat, Calciumhydroxid (Löschkalk) oder Calciumchlorid. Bei der Herstellung von Zement wird Kalk, eine chemische Verbindung des Calciums, benötigt. In elementarer Form kommt es in der Natur aufgrund der großen Reaktionsfähigkeit nicht vor. Es existieren jedoch ca. 200 bekannte Minerale, die Calciumatome in chemisch gebundener Form enthalten. Das Calciumcarbonat (CaCO 3 ) zeigt eine Vielzahl an stofflichen Erscheinungsformen. Die Minerale Calcit und Aragonit, Gips und diverse Feldspäte enthalten beispielsweise Calciumverbindungen. Dolomit und Kalkstein bilden ganze Gebirge. Aber auch in Lebewesen kommen die Calciumverbindungen in Knochen, Zähnen, Eierschalen und Gehäusen, sowie in verschiedenen Pflanzen vor. Die weltweiten Calciumreserven erscheinen aufgrund der mannigfaltigen Erscheinungsformen nahezu unbegrenzt.
Titan 22 Ti 48 Reines Titan ist ein silberweiß glänzendes, gut dehn- und schmiedbares Leichtmetall, dass sich durch hervorragende mechanische Festigkeit auszeichnet. Verunreinigtes, technisches Titan ist jedoch sehr spröde und hart, so dass es sich kaum schmieden lässt. Titan ein relativ unedles Metall. Aufgrund der sich bildenden Oxidschicht ist es aber an der Luft und gegenüber Wasser beständig. Mit anderen Metallen bilden sich Titanlegierungen, die sich durch enorme Festigkeit und Widerstandsfähigkeit bei optimaler Elastizität auszeichnen. Titan und seine Legierungen sind zur Herstellung von technischen Gegenständen, bei denen es auf geringes Gewicht und hohe mechanische Belastbarkeit ankommt, von großer Bedeutung. Daher finden sie im Flugzeugbau, in der Weltraumfahrt, im Schiffsund U-Bootbau. In der Medizintechnik werden Schrauben, Prothesen und künstliche Gelenke aus Titan und Titanlegierungen hergestellt. Das Metall wird auch in Brillenfassungen, Uhren und Schmuck verwendet. Das Element Titan kommt in der Natur relativ häufig vor. Elementar kommt es jedoch in der Natur nie vor, sondern immer nur chemisch gebunden. Das Titaneisenerz Ilmenit ist das für die Technik bedeutendste. Die wichtigsten Ilmenit-Lagerstätten in Europa kommen in Norwegen Finnland und im Ilmengebirge im südlichen Ural vor. Zu den Titanmineralien gehört der Titanit (Ca-Ti-Silicat).
Chrom 24 Cr 52 Reines Chrom ist ein bläulich-weiß glänzendes Schwermetall, das gut schmiedbar und dehnbar ist. Bei geringfügigen Verunreinigungen mit Wasserstoff oder Sauerstoff wird es zu dem härtesten aller Gebrauchsmetalle und wird auch sehr spröde. Chrom ist an der Luft äußerst beständig, da es von einer dünnen Oxidschicht überzogen wird, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt. Chrom ist ein relativ unedles Metall und ist noch unedler als Eisen. Chrom ist ein essentielles Spurenelement. Chromverbindungen sind oft stark toxisch (giftig). Sie wirken auf Haut und Schleimhäute stark ätzend, verursachen innerlich eingenommen Magen- und Darmschäden, Leber- und Nierenentzündungen und stehen dringend im Verdacht krebsauslösend zu sein. Chrom ist das wichtigste Legierungsmetall zur Herstellung von nichtrostenden Chromstählen. Beim galvanischen (mit Strom) Verchromen werden dünne Chromschichten auf die zu beschichtenden Materialien aufgetragen und so die Oberfläche veredelt. Chrom-Vanadium ist ein sehr guter Werkzeugstahl. Das Element kommt in der Natur mit Ausnahme von Meteoriten nicht elementar vor. Das wichtigste Chromerz ist der Chromit (Chromeisenstein). Die wichtigsten Chromitlagerstätten finden sich in Südafrika, Russland, Türkei, Indien, Brasilien, Finnland.
Eisen 26 Fe 56 In reiner Form ist Eisen ein silberweiß glänzendes, gut dehnbares und relativ weiches Schwermetall. Bei Rotglut erweicht es und ist gut verformbar und schmiedbar. Es ist magnetisierbar. Im Temperaturbereich zwischen 770-928 C verliert das Eisen seine ferromagnetischen Eigenschaften. Die Eigenschaften des Metalls werden durch den Zusatz anderer Metalle oder Nichtmetalle vor allem aber mit Kohlenstoff (in Legierungen) stark beeinflusst. Schmiedbarer Stahl besitzt einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,7%. Roheisen ist aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts (1,7-4%) nicht schmiedbar. An trockener Luft ist es beständig, da sich eine Oxidschicht bildet, die das darunter liegende Eisen schützt. An feuchter Luft und vor allem in Sauerstoffund CO 2 -haltigem Wasser oxidiert es leicht unter Bildung von Rost. Eisen ist das wichtigste Gebrauchsmetall. Während reines Eisen nur selten eingesetzt wird (z.b. bei der Herstellung von Magneten), sind zahlreiche Eisenlegierungen als Werkstoffmaterial bekannt. Die Legierung mit max 2% Kohlenstoff wird als Stahl bezeichnet. Die Eisenoxide werden als Pigmente (Farbstoffe) verwendet. In der Bauindustrie wird Eisen (Bewehrung) in Kombination mit Beton zu Stahlbeton verarbeitet. Im roten Blutfarbstoff Hämoglobin sind Eisenatome chemisch gebunden und sind für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich. In der Natur kommt es aber nie elementar - außer in Meteoriten - vor. Dagegen existieren zahlreiche Eisenverbindungen, von denen einige als Erze große Bedeutung haben, z.b. Hämatit (Roteisenstein), Limonit (Brauneisenerz), oder Siderit (Eisenspat). Die größten Erzvorkommen liegen in Brasilien, ferner im Ural, in Australien, Kanada, Schweden, China und Frankreich. Auch in Deutschland und Österreich (Erzgebirge) wird Erz abgebaut.
Nickel 28 58 Ni Das silberweiß glänzende Schwermetall lässt sich wie Eisen relativ gut schmieden, zu Blech walzen oder zu Draht ausziehen. Es ist wie Eisen und Cobalt ferromagnetisch, allerdings nur schwach. In seinem chemischen Verhalten ähnelt das Nickel dem Cobalt und dem Eisen. In kompakter Form ist es bei Raumtemperatur beständig gegen Luft, Wasser, Salzsäure, Laugen und gegen die meisten organischen Stoffe. Nickel ist ein Spurenelement, das im menschlichen Organismus in sehr geringen Mengen benötigt wird. Reines Nickel und seine Verbindungen wirken aber bereits ab 50mg giftig und führen zu chronischen Schäden. Nickel und seine Verbindungen wirken auch nachweislich krebserzeugend. Der größte Anteil des Nickels wird zur Stahlveredelung eingesetzt, man überzieht Eisen mit ein Nickelschicht (Vernickeln). Geringe Nickelzusätze erhöhen im Stahl die Korrosionsbeständigkeit, die Härte und die Zähigkeit. Nickellegierungen werden auch in geringem Anteil z.b. zur Münzherstellung, für Küchenbehälter (Neusilber "Alpaka" sieht aus wie Silber, ist aber eine Kupfer-Nickel-Zink-Legierung) oder zur Herstellung von Konstantandraht in der Elektronik verwendet. Reines Nickel dient zur Herstellung von Tiegeln, Schalen und Instrumenten im Labor und in der Medizintechnik. Ist damit häufiger als Kupfer oder Zink. Als Element kommt es in der Natur nur in Meteoriten vor. Ein bedeutendes Nickelerz ist der Magnetkies (Pyrrhotin). Die bedeutendsten Erzvorkommen liegen in Kuba, Kanada, Indonesien oder auf den Philippinen.