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Transkript IV. Hauptgruppe – Überblick

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video befassen wir uns mit Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei. Es geht um die Kohlenstoffgruppe. Das ist die IV. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Wir wollen uns in diesem Video einen Überblick verschaffen. Zuerst möchte ich etwas über die Namen und deren Herkunft erzählen. Der Name für Kohlenstoff wurde latinisiert, er heißt carboneum. Seinen Ursprung hat er im lateinischen Wort carbo, das heißt Holzkohle. Der Name Silicium, im gemeinen Sprachgebrauch auch mit z geschrieben, entstammt den lateinischen Wörtern silica, Kieselerde oder silex, Kieselstein. Der Ursprung des Namens Germanium ist klar, oder nicht? Richtig, Deutschland. Zinn heißt auf lateinisch stannum. Dieses Wort verwendeten schon die Römer. Blei heißt auf lateinisch plumbum. Man findet das Wort abgewandelt im Englischen, plumber, der Klempner. Jetzt ein Brainstorming. Welche drei Stichwörter fallen mir zu dem jeweiligen Element ein? Kohlenstoff: C, Diamant, Graphit, organische Chemie. Silicium: Si, Sand, Halbleiter, Personal Computer. Germanium: Ge, Periodensystem der Elemente, Eka-Silizium (von Mendeleev vorausgesagt) und Clemens Winkler, der Entdecker. Zinn: Sn, Bronze, niedrig schmelzend, weich. Blei: Pb, schwer, Radioaktivität schützt vor Strahlung, giftig. Wie ändert sich der Metallcharakter innerhalb der Hauptgruppe? Kohlenstoff ist als Diamant ein typisches Nichtmetall. Graphit hingegen besitzt metallische Eigenschaften. Silicium ist wohl eher ein Nichtmetall. Ich sage nur elektrische Leitfähigkeit. Germanium ist ein Halbmetall. Zinn ist ein Metall. Auch Blei ist ein typisches Metall. Der Metallcharakter nimmt in der IV. Hauptgruppe von oben nach unten zu. Betrachten wir nun die Schmelztemperaturen in °C. Kohlenstoff, C. Graphit hat die höchste Schmelztemperatur aller chemischen Elemente: 3600°C. Silicium schmilzt schon erheblich niedriger, bei 1400°C. Germanium hat eine Schmelztemperatur von 900°C. Zinn ist niedrigschmelzend, bereits bei 200°C. Blei schmilzt bei etwa 300°C. Ich habe die Schmelztemperaturen auf volle Hunderter gerundet. Die Tendenz in den Schmelztemperaturen zeigt einen starken Abfall von oben nach unten innerhalb der Hauptgruppe. Blei stellt gewissermaßen eine kleine Ausnahme dar.  Betrachten wir nun die Härte nach Mohs auf der Skala von 0 bis 10. Kohlenstoff ist der härteste aller bekannten Stoffe in Form des Diamanten; Härte 10. Graphit hingegen ist sehr weich; Härte 0,5. Silicium ist bedeutend weicher als Diamant; Härte 6,5. Germanium ist etwas weicher; Härte 6. Zinn und Blei sind weiche Metalle, sie haben jeweils die Härte 1,5. Es zeichnet sich eine klare Tendenz in der Härte ab: von oben nach unten nimmt sie in der IV. Hauptgruppe ab. Wenn wir sagen, ein Stoff ist schwer, so meinen wir damit die Dichte in g/cm³. Für den Kohlenstoff haben wir 2 Werte: 2,3 (Graphit) und 3,5 (Diamant). Silicium: 2,3. Germanium ist schon erheblich schwerer: 5,3. Eine noch höhere Dichte hat Zinn: 7,3. Am schwersten hingegen ist Blei: 11,3. Es ist zu erkennen, dass die Dichte von oben nach unten stark zunimmt. Und nun noch die elektrische Leitfähigkeit, die ich nur qualitativ betrachten möchte. Minus heißt schlecht und Plus heißt gut. Der Diamant leitet den elektrischen Strom praktisch nicht. Relativ gute elektrische Leitfähigkeit zeigt der Graphit: Plus. Silicium leitet schlecht. Im Vergleich dazu leitet Germanium den elektrischen Strom besser, es ist aber noch kein Leiter, daher setze ich das Plus in eine Klammer. Zinn und Blei sind typische elektrische Leiter. Die elektrische Leitfähigkeit nimmt also von oben nach unten zu. Das ist die gleiche Tendenz wie beim metallischen Charakter. Alles Gute und auf Wiedersehen.

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