Elemente und Verbindungen

Reine Stoffe lassen sich in zwei Gruppen einteilen. Ein Element ist ein Stoff, der nur aus einer einzigen Atomart besteht. Eisen besteht nur aus Eisenatomen, Sauerstoff nur aus Sauerstoffatomen. Mit chemischen Mitteln kannst du ein Element nicht weiter in andere Stoffe zerlegen. Alle bekannten Elemente – derzeit 118 – stehen im Periodensystem, jedes mit einem Symbol aus einem oder zwei Buchstaben wie Fe, O oder Na.

Eine Verbindung besteht dagegen aus mindestens zwei verschiedenen Atomarten, die chemisch fest miteinander verbunden sind, und zwar immer im gleichen Zahlenverhältnis. Wasser (H2O) enthält stets zwei Wasserstoffatome auf ein Sauerstoffatom. Eine Verbindung entsteht durch eine chemische Reaktion und hat völlig neue Eigenschaften: Natrium ist ein weiches, heftig reagierendes Metall, Chlor ein giftiges Gas – zusammen ergeben sie Kochsalz (NaCl), das du bedenkenlos essen kannst. Zerlegen lässt sich eine Verbindung nur wieder durch eine chemische Reaktion.

Ein typischer Fehler ist, Verbindungen mit Gemischen zu verwechseln. In Salzwasser sind Salz und Wasser nur vermischt, das Mischungsverhältnis ist beliebig und du kannst beide durch Eindampfen trennen. Ebenso typisch: O2 für eine Verbindung zu halten, weil zwei Atome darin stecken. Entscheidend ist aber nicht die Anzahl der Atome, sondern ob verschiedene Atomarten beteiligt sind. O2 ist also ein Element.

Damit aus zwei Elementen eine Verbindung wird, müssen ihre Atome bei einer chemischen Reaktion feste Bindungen eingehen. Am Beispiel von Natrium und Chlor lässt sich das gut zeigen: Natrium gibt bei der Reaktion ein Elektron ab, Chlor nimmt es auf. Dadurch entstehen Na+ und Cl- Ionen, die sich durch ihre entgegengesetzte Ladung anziehen und ein regelmäßiges Kristallgitter bilden – Kochsalz.

Entscheidend ist, dass die Atome dabei in einem festen Zahlenverhältnis zueinanderstehen. Bei NaCl ist es eins zu eins, bei Wasser zwei Wasserstoffatome zu einem Sauerstoffatom, bei Kohlenstoffdioxid ein Kohlenstoffatom zu zwei Sauerstoffatomen. Dieses Verhältnis ist niemals zufällig, sondern ergibt sich aus der Anzahl der Elektronen, die die beteiligten Atome abgeben oder aufnehmen können.

Fast alle Stoffe, die dich umgeben, sind Verbindungen, reine Elemente begegnen dir seltener. Die Luft, die du atmest, ist zwar ein Gemisch, aber ihre Hauptbestandteile Sauerstoff (O2) und Stickstoff (N2) sind Elemente. Trinkwasser dagegen ist überwiegend die Verbindung H2O. Zucker (C6H12O6) und Kochsalz (NaCl) in der Küche sind ebenfalls Verbindungen mit festem Atomzahlenverhältnis.

Reine Elemente triffst du zum Beispiel als Metalle: der Kupferdraht im Kabel, das Aluminium der Getränkedose oder das Gold im Schmuck bestehen jeweils nur aus einer Atomart. Auch der Diamant und die Graphitmine im Bleistift sind reiner Kohlenstoff, also ein Element, obwohl sie völlig unterschiedlich aussehen und sich anders anfühlen.

Neben der Verwechslung mit Gemischen gibt es einen weiteren häufigen Fehler: Manche Schüler glauben, ein Molekül mit vielen Atomen müsse automatisch eine Verbindung sein. Das stimmt nicht. Ozon (O3) besteht aus drei Sauerstoffatomen, aber es ist trotzdem nur eine Atomart und damit ein Element. Ebenso ist P4, weißer Phosphor, ein Element, obwohl vier Atome im Molekül stecken.

Ein weiterer Fehler ist, die Eigenschaften einer Verbindung aus den Eigenschaften ihrer Elemente vorherzusagen. Weil Natrium heftig mit Wasser reagiert und Chlor giftig ist, denken manche, auch Kochsalz müsse gefährlich sein. Das Gegenteil ist der Fall: Eine Verbindung entsteht durch eine chemische Reaktion und hat dadurch grundsätzlich neue, eigenständige Eigenschaften.