Matroids Matheplanet Forum Index
Moderiert von trunx pet
Physik » Chemie » Äquivalenzrelationen im Periodensystem oder in der Physik?
Autor
Universität/Hochschule J Äquivalenzrelationen im Periodensystem oder in der Physik?
Skalhoef
Aktiv Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 29.01.2017
Mitteilungen: 237
Wohnort: Uppsala (Schweden)
  Themenstart: 2021-03-26

Hallo, ich würde gerne mal über diese Aussage sprechen "Die Zeilenumbrüche [des Periodensystems] sind so gewählt, dass chemisch ähnliche Elemente jeweils in derselben Spalte (Gruppe) stehen. Die Elemente einer Gruppe weisen also ähnliches chemisches Verhalten auf. So gibt es etwa die Gruppe der chemisch trägen Edelgase oder die Gruppe der reaktionsfreudigen Halogene." Diesen Satz findet man, so oder so ähnlich, in so ziemlich jedem (einführenden) Buch über Chemie. Gibt es vielleicht einen konkreten "Nutzen" von dieser Tatsache? Also ich hatte (als Chemie-Banause) gehofft, dass es vielleicht irgendwelche konkreten Beispiel-Reaktionen gibt bei denen es egal ist, welches Element aus einer Gruppe man für die Reaktion benutzt. (So ganz nach diesem Prinzip "Das Ergebnis hängt nicht von der Wahl des Repräsentanten der Äquivalenzklasse ab.") Oder sollte ich bei diesem Konzept vielleicht nicht rüber in die Chemie schauen, sondern einfach auf (Halb-)Leiter und Isolatoren? Soweit ich Google-Suchergebnisse überfliege, kann ich sehen, dass sowohl Kupfer, als auch Silber und Gold als elektrische Leiter benutzt werden und die spezifischen Widerstände unterscheiden sich ja auch kaum (sind zumindest alle in der gleichen Größenordnung). Ich würde vermuten, dass ein Wort wie "Äquivalenzrelation" ein bisschen zu "stark" ist, um hier (in der realen Welt) sinnvoll benutzt zu werden, weil diese ganzen Materialeigenschaften i.d.R. mit Kommazahlen verbunden sind. Ich freue mich auf Beiträge, Meinungen und Diskussion! :-) Viele Grüße Skalhoef


   Profil
wladimir_1989
Senior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 23.12.2014
Mitteilungen: 1471
Wohnort: Freiburg
  Beitrag No.1, eingetragen 2021-03-26

Hallo Skalhoef, im Prinzip kann man (in erster Näherung) tatsächlich davon ausgehen, dass Elemente derselben Gruppe chemisch gleich reagieren. So reagieren z.B. Chlor und Wasserstoff zu Chlorwasserstoff \[H_2+Cl_2 \to 2 H Cl\] im Prinzip genau so wie das eine Zeile weiter unten stehende Brom zu Bromwasserstoff \[H_2+Br_2 \to 2 H Br\] oder das noch eine Zeile weiter unten stehende Iod \[H_2+I_2\to 2 H I\] zu Iodwasserstoff. Ein anderes sehr schönes Beispiel sind die Alkalimetalle (von Lithium bis Cäsium ), die alle auf mehr oder wenige ähnliche Weise (Mal heftiger, Mal weniger heftig) mit Wasser zu \(Me OH\) reagieren, wobei \(Me\) für das jeweilige Metall steht. Auch bilden sie z.B. mit Chlor alle ähnlich strukturierte Salze vom Typ \(Me Cl\), von denen \(Na Cl\) der bekannteste Vertreter :) ist. Allgemeiner kann man sagen, dass Elemente aus der selben Gruppe bei Reaktionen dieselbe Valenz zeigen. Auch andere Eigenschaften können ähnlich sein. So sind alle Alkalimetalle eben Metalle und alle Halogene (Fluor bis Iod) liegen normalerweise als Dimere (also Moleküle aus zwei Atomen \(F_2, Cl_2\) usw.) vor. Der Grund für all dies ist, dass Atome aus derselben Gruppe dieselbe Anzahl von Valenzelektronen (also Elektronen in der äußersten Schale) haben, und diese Elektronen weitesgehend die chemischen und indirekt auch viele physikalischen Eigenscjaften bestimmen. Wie so oft ist Realität aber komplizierter und die Details der chemischen Reaktionen können sich eben unterscheiden, vorallem wenn wir uns Elemente aus den Nebengruppen der Tabelle anschauen, also die Übergangsmetalle zum Beispiel. Auch in der Gruppe der Halogene haben wir deuliche Unterschiede Im Aggregatzustand der Elemente. So sind unter Normalbedingungen Fluor und Chlor Gase, Brom eine Flüssigkeit und Iod ein kristalliner Feststoff. Das liegt vor allem an zunehmender Gesamtzahl der Hüllenelektronen (wobei alle Elemente dieselbe Anzahl an Valenzelektronen haben). Mit steigender Gesamtelektronenzahl steigen die van-der-Waals-Kräfte zwischen den Molekülen an und damit auch die Siedetemperatur. Hoffentlich beantwortet das ein wenig deine Frage lg Wladimir


   Profil
jacha2
Senior Letzter Besuch: vor mehr als 3 Monaten
Dabei seit: 28.05.2013
Mitteilungen: 1218
Wohnort: Namur
  Beitrag No.2, eingetragen 2021-03-26

Salut, das Wesentliche hat waldimir_1989 schon vorgetragen. \quoteon(2021-03-26 20:37 - Skalhoef im Themenstart) ...Oder sollte ich bei diesem Konzept vielleicht nicht rüber in die Chemie schauen, sondern einfach auf (Halb-)Leiter und Isolatoren? Soweit ich Google-Suchergebnisse überfliege, kann ich sehen, dass sowohl Kupfer, als auch Silber und Gold als elektrische Leiter benutzt werden und die spezifischen Widerstände unterscheiden sich ja auch kaum (sind zumindest alle in der gleichen Größenordnung). Ich würde vermuten, dass ein Wort wie "Äquivalenzrelation" ein bisschen zu "stark" ist, um hier (in der realen Welt) sinnvoll benutzt zu werden, weil diese ganzen Materialeigenschaften i.d.R. mit Kommazahlen verbunden sind. Viele Grüße Skalhoef \quoteoff ...nämlich daß man die Welt der Anorganischen Hauptgruppen-Chemie damit ganz gut ordnen kann, insbesondere Vorhersagen zur Stöchiometrie, Reaktionsenthalpie und der Vorhersage der Verbindungseingenschaften (Salz, Isolator, ...) Ein wichtiger Aspekt war, daß man damit sogar das Vorhandensein bestimmter Elemente vor ihrer Entdeckung bzw. Darstellung vorhersagen konnte. Eka-Silizium a.k.a Germanium z.B. Aber auch die Nebengruppen konnte und kann man damit ungefähr klassifizieren, nämlich allesamt Metalle und die Lanthaniden sind obendrein einander chemisch so ähnlich, weil sie nur d-Orbitale auffüllen, daß ihre Trennung Mühe bereitet. Die Geschichte ist damit aber nicht zu Ende. Da die Aktiniden (f-Schalen-Auffüllung) alle in Darmstadt mal kurz synthetisiert wurden, und nach Eka-Quecksilber auch die Nebengruppe verlassen wird, kann man mit Fug und Recht aus dem Periodensystem erwarten, daß sich bspw. auch Eka-Astat als Halogen und Eka-Radon als Edelgas mindestens attosekundenchemisch erweisen wird. Vielleicht müßte man Begriffe wie "semiäquivalent" oder "Mendelejew-äquivalent" für die Relationen der Perioden und (chem.) Gruppen definieren. Adieu


   Profil
StefanVogel
Senior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 26.11.2005
Mitteilungen: 4073
Wohnort: Raun
  Beitrag No.3, eingetragen 2021-03-27

\quoteon(2021-03-26 20:37 - Skalhoef im Themenstart) Ich würde vermuten, dass ein Wort wie "Äquivalenzrelation" ein bisschen zu "stark" ist, um hier (in der realen Welt) sinnvoll benutzt zu werden, weil diese ganzen Materialeigenschaften i.d.R. mit Kommazahlen verbunden sind. \quoteoff Die mathematische Definition Äquivalenzrelation kannst du ohne Einschränkung verwenden. Da spielt es keine Rolle, wie "stark" sich zwei Objekte ähneln müssen, um äquivalent zu sein. Es kommt nur auf die drei Bedingungen reflexiv, symmetrisch und transitiv an. Alle Elemente einer Hauptgruppe sind äquivalent allein dadurch, dass sie in einer Hauptgruppe angeordnet sind. Ebenso sind alle Elemente mit gleicher Anzahl von Buchstaben in der Bezeichnung äquivalent (braucht man beim Kreuzworträtsel lösen). Allgemein erzeugt jede beliebige Partition einer Menge eine Äquivalenzrelation. \quoteon Also ich hatte (als Chemie-Banause) gehofft, dass es vielleicht irgendwelche konkreten Beispiel-Reaktionen gibt bei denen es egal ist, welches Element aus einer Gruppe man für die Reaktion benutzt. (So ganz nach diesem Prinzip "Das Ergebnis hängt nicht von der Wahl des Repräsentanten der Äquivalenzklasse ab.") \quoteoff Mein Beispiel hierfür sind p- und n-Dotierung, da kommt es darauf an, ein Element einer vorhergehenden oder nachfolgenden Hauptgruppe zu wählen, welches Element innerhalb dieser Hauptgruppe ist dann egal. Viele Grüße, Stefan


   Profil
DerEinfaeltige
Senior Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 11.02.2015
Mitteilungen: 3104
  Beitrag No.4, eingetragen 2021-03-27

Die verblüffenden Ähnlichkeiten im chemischen Verhalten führten überhaupt erst zur Modellanordnung des Periodensystems. Man stellte experimentell fest, dass sich bestimmte Elemente chemisch ähnlich verhalten und diese Ähnlichkeiten quasi periodisch auftraten. Die Atommodelle lieferten später auch Erklärungen anhand der Valenzelektronen und deren Energieniveaus. Und ja, je nach Kontext kann man einzelne Elemente auch durchaus durch ihre "äquivalenten" Nachbarn in den Perioden darüber und darunter austauschen. Das funktioniert im Wesentlichen immer dann, wenn es auf die Valenzen ankommt und es scheitert immer dann, wenn Atomradien eine Rolle spielen.


   Profil
Skalhoef
Aktiv Letzter Besuch: in der letzten Woche
Dabei seit: 29.01.2017
Mitteilungen: 237
Wohnort: Uppsala (Schweden)
  Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2021-04-03

Hallo an alle, sooo viele schöne Antworten! Das ist ja wie Weihnachten! :-) Ich danke vielmals! Besonders gut finde ich die Idee von dem Begriff "Mendelejew-äquivalent"; Es wäre schon irgendwie cool, wenn man so etwas (die "Ähnlichkeit" von chemischen Elementen in bestimmten Situationen) in irgendeinen quantitativen Rahmen zu setzen. Z.B. mit der elektrischen Leitfähigkeit, die für Kupfer, Silber und Gold immer in der gleichen Größenordnung ist. Vielleicht erweitern sich ja meine Chemie-Kenntnisse im Laufe der Zeit und ich füge nochmal etwas zu diesem Thread hinzu. :) Aber fürs Erste mache ich hier zu. Vielen Dank und viele Grüße Skalhoef


   Profil
Skalhoef hat die Antworten auf ihre/seine Frage gesehen.
Skalhoef hat selbst das Ok-Häkchen gesetzt.

Wechsel in ein anderes Forum:
 Suchen    
 
All logos and trademarks in this site are property of their respective owner. The comments are property of their posters, all the rest © 2001-2022 by Matroids Matheplanet
This web site was originally made with PHP-Nuke, a former web portal system written in PHP that seems no longer to be maintained nor supported. PHP-Nuke is Free Software released under the GNU/GPL license.
Ich distanziere mich von rechtswidrigen oder anstößigen Inhalten, die sich trotz aufmerksamer Prüfung hinter hier verwendeten Links verbergen mögen.
Lesen Sie die Nutzungsbedingungen, die Distanzierung, die Datenschutzerklärung und das Impressum.
[Seitenanfang]