Chemie für Mediziner: Ein Lehr- und Übungsbuch [6. überarb. Aufl. Reprint 2020] 9783110809954, 9783110164251

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Benno Krieg Chemie für Mediziner

I

1999

Benno Krieg

Chemie für Mediziner

Ein Lehr- und Übungsbuch

6., überarbeitete Auflage

w DE

G

Walter de Gruyter Berlin • New York 1999

Professor Dr. Benno Krieg Institut für Organische Chemie Freie Universität Berlin Takustr. 3 14195 Berlin Das Buch enthält 206 Abbildungen und 47 Tabellen

1. Auflage 1977 2. Auflage 1978 3. Auflage 1982 3. Auflage Nachdruck, 1985 4. Auflage 1987 5. Auflage 1990 6. Auflage 1999

Die Deutsche Bibliothek -

CIP-Einheitsaufnahme

Krieg, Benno: Chemie für Mediziner : ein Lehr- und Übungsbuch / Benno Krieg. 6., Überarb. Aufl. - Berlin ; New York : de Gruyter, 1999 ISBN 3-11-016425-6

© Copyright 1999 by Walter de Gruyter G m b H & Co. KG, D-10785 Berlin. Dieses Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlages unzulässig und strafbar. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Printed in Germany Einbandentwurf: Hansbernd Lindemann, Berlin Satz: Werksatz Schmidt & Schulz, Gräfenhainichen Druck: Druckerei Gerike G m b H , Berlin - Bindearbeiten: Lüderitz + Bauer G m b H , Berlin

Vorwort zur sechsten Auflage

Unter den Änderungen, die bei der Überarbeitung der vorangegangenen Auflage vorgenommen wurden, ist vor allem die Erweiterung des Angebots an Prüfungsfragen (Physikumsfragen) einschließlich der kommentierten Lösungen zu nennen. Ihre Zahl stieg von 65 auf 203. Dadurch erhält das Buch noch stärkeres Gewicht für die Vorbereitung auf das Physikum. Jedes Sachkapitel endet mit einem solchen stoffbezogenen Übungsteil. Am Schluß findet man kapitelübergreifende Fragen und Lösungen mit Kommentaren. Auch der Lehrbuchteil wurde überarbeitet. Es seien in Stichworten genannt: Atombau, Periodensystem, Spektrometrie und Photometrie, Größen/Einheiten/Umrechnungen, Berechnungen bei Säuren und Basen, Berechnungen bei Redoxreaktionen, Energetik chemischer Reaktionen. Zahlreiche Abbildungen wurden verbessert. Von meinen kritischen Lesern ist an erster Stelle mein Kollege Dr. Ortwin Lossen (Regensburg) zu nennen. Er hat die Kapitel 1 bis 9 mit großer Sorgfalt gelesen und viele fundierte Verbesserungsvorschläge gemacht. Die meisten davon wurden eingearbeitet. Sein Engagement hat die Qualität des Buches zweifelsohne gehoben. Dafür sei ihm hier gedankt. Als Lektorinnen stellten sich dankenswerterweise - wie schon bei einer früheren Auflage - Frau Vera Heinau (Berlin) und Frau Christiane Müller (Berlin) zur Verfügung. Die Sorgfalt, mit der sie die Neuauflage gelesen und korrigiert haben, war erneut vorbildlich. Schließlich möchte ich auch Frau Dr. Dagmar Loos (Verlag de Gruyter, Berlin) danken für die angenehme Zusammenarbeit und ihren enormen Einsatz in der Endphase der Druckvorbereitungen. Der Autor hofft, daß auch diese sechste Auflage Zustimmung findet. Berlin, März 1999

Benno Krieg

VI

Anmerkungen für den Übungsteil Der Autor empfiehlt, vor dem Anschauen der Lösung jeweils einen ehrlichen Versuch zur eigenständigen Beantwortung der Frage zu machen und die Antwort möglichst zu begründen.

Zu jeder Frage gehört jeweils nur eine richtige Lösung. Es ist also jeweils nur ein Buchstabe anzukreuzen.

Für die Beantwortung des Fragentyps „Kausale Verknüpfung" wird folgendes Lösungsschema benötigt:

Aussage 1

Aussage 2

Verknüpfung

Lösungsbuchstabe

richtig richtig richtig falsch falsch

richtig richtig falsch richtig falsch

richtig falsch

(A) (B) (C) (D) (E)

-

Kapitelübersicht

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29

Atombau und Periodensystem Chemische Bindung Zustandsformen der Materie Materie in Wechselwirkung mit thermischer, elektrischer und Strahlungsenergie Die chemische Reaktion Säuren und Basen Redoxvorgänge Gleichgewichte in Mehrphasensystemen Energetik chemischer Reaktionen Kinetik chemischer Reaktionen Aufbau und Reaktionstypen organischer Verbindungen Strukturformeln und Nomenklatur Aliphaten und Carbocyclen (Kohlenwasserstoffe) Heterocyclen Amine Mercaptane (Thiole)/Thioether/Disulfide/Sulfonsäuren Alkohole und Ether Phenole und Chinone Aldehyde und Ketone Carbonsäuren Funktionelle Carbonsäurederivate Stereoisomerie polyfunktioneller Moleküle Hydroxy- und Ketocarbonsäuren Aminosäuren/Peptide/Proteine Saccharide (Kohlenhydrate) Organische Verbindungen der Phosphorsäure Komplexe Lipide Kapitelübergreifende Themen

Tabelle der Abkürzungen Sachregister

1 27 45 63 73 91 131 153 177 197 215 229 241 261 267 273 277 285 297 301 311 325 333 339 359 373 383 395 399 411 415

Inhalt

1 Atombau und Periodensystem 1.1 Allgemeines 1.2 Atomkernaufbau und Radioaktivität 1.3 Die Elektronenhülle 1.3.1 Das Bohrsche Atommodell 1.3.2 Das Orbitalmodell 1.3.3 Energieinhalt und Besetzung der Orbitale 1.4 Das Periodensystem der Elemente (PSE) 1.4.1 Aufbau 1.4.2 Die Periodizität einiger Eigenschaften 1.5 Medizinisch wichtige Elemente 1.6 Übungen zu Kapitel 1 1.6.1 Physikumsfragen 1.6.2 Kommentierte Lösungen

1 2 7 7 8 9 11 11 13 15 18 18 22

2 Chemische Bindung 2.1 Allgemeines 2.2 Die Atombindung 2.2.1 Orbitalüberlappung 2.2.2 Die koordinative Bindung 2.2.3 Die polare Atombindung 2.3 Die ionische (polare, heteropolare) Bindung 2.4 Die metallische Bindung 2.5 Wasserstoffbrücken 2.6 Van-der-Waals-Kräfte 2.7 Hydrophobe Wechselwirkung 2.8 Bindungsenergien 2.9 Bindungstypen in der Biosphäre 2.10 Übungen zu Kapitel 2 2.10.1 Physikumsfragen 2.10.2 Kommentierte Lösungen

27 28 28 31 31 33 34 34 37 37 38 39 41 41 42

3 Zustandsformen der Materie 3.1 Homogene und heterogene Systeme 3.2 Reine Stoffe/Aggregatzustände

45 46

X

Inhalt

3.3 Phasenumwandlungen 3.4 Lösungen und grobdisperse Systeme 3.4.1 Allgemeines 3.4.2 Lösungsvorgänge 3.4.3 Solvatation/Hydratation 3.4.4 Dampfdruck 3.5 Biochemische Aspekte 3.6 Übungen zu Kapitel 3 3.6.1 Physikumsfragen 3.6.2 Kommentierte Lösungen

47 51 51 52 53 56 58 60 60 61

4 Materie in Wechselwirkung mit thermischer, elektrischer und Strahlungsenergie 4.1 Energieaufnahme und -abgabe 4.2 Spektralanalyse 4.3 Spektren 4.4 Spektrometrie/Photometrie 4.5 Biochemische Aspekte und Anwendungen 4.6 Übungen zu Kapitel 4 4.6.1 Physikumsfragen 4.6.2 Kommentierte Lösungen

63 64 65 68 70 72 72 72

5 Die chemische Reaktion 5.1 Größen und Einheiten 5.2 Umrechnungen 5.3 Chemische Reaktionen/Reaktionsgleichungen 5.4 Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz 5.5 Berechnungen in der Biochemie 5.6 Übungen zu Kapitel 5 5.6.1 Physikumsfragen 5.6.2 Kommentierte Lösungen

73 81 82 84 86 89 89 90

6 Säuren und Basen 6.1 Die Begriffe Säure, Base, Protolyse 6.2 Säure/Base-Reaktionen mit Wasser 6.3 Autoprotolyse des Wassers/pH- und pOH-Wert 6.4 Die Stärke von Säuren und Basen 6.4.1 K- und pÄVWerte 6.4.2 pH-Berechnungen bei Säuren und Basen 6.4.3 pH-Berechnungen bei Salzlösungen 6.5 Indikatoren 6.6 Neutralisation/Säure-Base-Titration

91 92 95 99 99 101 104 105 106

Inhalt

6.7 Puffersysteme 6.8 Kohlensäure 6.9 Phosphorsäure 6.10 Säuren und Basen in der Biosphäre 6.11 Übungen zu Kapitel 6 6.11.1 Physikumsfragen 6.11.2 Kommentierte Lösungen

XI

108 112 113 115 117 117 122

7 Redoxvorgänge 7.1 Reduktion und Oxidation 7.1.1 Reduktion 7.1.2 Oxidation 7.1.3 Redoxpaare 7.1.4 Oxidationszahl 7.1.5 Formulierung von Redoxpaaren 7.1.6 Kombinationen von Redoxpaaren (Redoxsysteme) 7.2 Redoxpotentiale 7.2.1 Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotentials 7.2.2 Standardpotentiale 7.2.3 pH-Abhängigkeit von Redoxpotentialen 7.2.4 Redoxgleichgewichte 7.3 Biochemische Aspekte 7.4 Übungen zu Kapitel 7 7.4.1 Physikumsfragen 7.4.2 Kommentierte Lösungen

131 131 131 132 133 134 135 136 136 139 143 144 145 148 148 150

8 Gleichgewichte in Mehrphasensystemen 8.1 Gleichgewichte unter Beteiligung einer festen Phase 8.1.1 Adsorption an Oberflächen 8.1.2 Löslichkeit und Löslichkeitsprodukt 8.2 Gleichgewichte unter Beteiligung einer flüssigen Phase 8.3 Verteilung von Stoffen zwischen zwei flüssigen Phasen 8.4 Chromatographie 8.4.1 Der chromatographische Prozeß Eluentien 158, Stationäre Phasen 158, Das Chromatogramm 158 8.4.2 Chromatographische Methoden Säulenchromatographie (SC) 160, Dünnschichtchromatographie (DC) 160, Gelchromatographie 161, Ionenaustauschchromatographie 161, Affinitätschromatographie 163, Gaschromatographie (GC) 163 8.5 Gleichgewichte bei Mitwirkung von Membranen 8.5.1 Dialyse 8.5.2 Osmose

153 153 154 156 156 157 157 160

164 164 164

XII

Inhalt

8.5.3 Donnan-Gleichgewicht und Membranpotential 8.5.4 Permeabilitätsunterschiede bei Membranen 8.6 Mehrphasengleichgewichte in der Biosphäre 8.7 Übungen zu Kapitel 8 8.7.1 Physikumsfragen 8.7.2 Kommentierte Lösungen

166 168 168 171 171 173

9 Energetik chemischer Reaktionen 9.1 Energieformen/Systeme/Zustandsänderungen 9.2 Innere Energie und Enthalpie 9.3 Freie Enthalpie und Entropie 9.3.1 Die Größe AG/Gleichgewicht Die Gibbs-Helmholtzsche Gleichung 181, Chemische Reaktionen 183, Lösungsvorgänge 186 9.3.2 Mehrstufige Reaktionen/Kopplung 9.3.3 Die Größe AG/Redoxpotential/p^-Wert 9.4 Bioenergetik 9.5 Übungen zu Kapitel 9 9.5.1 Physikumsfragen 9.5.2 Kommentierte Lösungen

177 179 181 181

187 188 190 192 192 194

10 Kinetik chemischer Reaktionen 10.1 Die Reaktionsgeschwindigkeit 10.1.1 Definition 10.1.2 Aktivierungsenergie und Katalyse 10.1.3 Temperatureinfluß 10.1.4 Konzentrationseinfluß/Reaktionsordnung 10.1.5 Sonstige Einflüsse 10.2 Mehrstufige und gekoppelte Reaktionen 10.3 Chemisches Gleichgewicht/Massenwirkungsgesetz 10.4 Biokatalyse 10.5 Übungen zu Kapitel 10 10.5.1 Physikumsfragen 10.5.2 Kommentierte Lösungen

197 197 198 201 202 205 205 206 208 211 211 213

11 Aufbau und Reaktionstypen organischer Verbindungen 11.1 Bindungsverhältnisse in Kohlenwasserstoffen 11.2 Reaktionen und reaktive Teilchen 11.2.1 Reaktionstypen Substitution 221, Addition 221, Eliminierung 221, Umlagerung 221, Redoxreaktionen 221

215 220 221

Inhalt

11.2.2 Bindungslösung und -neuknüpfung Radikalische Reaktionen 223, Ionische Reaktionen 223 11.2.3 Molekularität 11.3 Biochemische Aspekte 11.4 Übungen zu Kapitel 11 11.4.1 Physikumsfragen 11.4.2 Kommentierte Lösungen

XIII

223 225 225 226 226 227

12 Strukturformeln und Nomenklatur 12.1 Strukturformeln 12.2 Bezeichnungen organischer Verbindungen (Nomenklatur) 12.2.1 Trivialnamen 12.2.2 Systematische Nomenklatur 12.3 Übungen zu Kapitel 12 12.3.1 Physikumsfragen 12.3.2 Kommentierte Lösungen

229 230 230 232 238 238 239

13 Aliphaten und Carbocyclen (Kohlenwasserstoffe) 13.1 Struktur/Klassifizierung 13.2 Isomerie 13.2.1 Konstitutionsisomere 13.2.2 Konformere 13.2.3 eis- und irans-Isomere bei Alkenen 13.2.4 Enantiomere (Spiegelbildisomere) 13.3 Eigenschaften und chemische Reaktionen 13.3.1 Alkane und Cycloalkane (Paraffine und Cycloparaffine) 13.3.2 Alkene und Cycloalkene 13.3.3 Aromatische Kohlenwasserstoffe 13.4 Kohlenwasserstoffe und Halogenkohlenwasserstoffe in der Biosphäre . . 13.5 Übungen zu Kapitel 13 13.5.1 Physikumsfragen 13.5.2 Kommentierte Lösungen

241 241 243 243 247 247 250 250 251 252 253 255 255 257

14 Heterocyclen 14.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 14.2 Eigenschaften 14.2.1 Heteroaromaten 14.2.2 Heterocycloaliphaten 14.3 Heterocyclen in der Biosphäre 14.4 Übungen zu Kapitel 14 14.4.1 Physikumsfragen 14.4.2 Kommentierte Lösungen

261 261 261 262 263 265 265 265

XIV

Inhalt

15 Amine 15.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 15.2 Eigenschaften 15.3 Amine in der Biosphäre 15.4 Übungen zu Kapitel 15 15.4.1 Physikumsfragen 15.4.2 Kommentierte Lösungen

267 268 269 271 271 271

16 Mercaptane (Thiole)/Thioethei7Disulfide/Sulfonsäuren 16.1 Struktur/Nomenklatur 16.2 Eigenschaften 16.3 Biochemische Bedeutung organischer S-Verbindungen 16.4 Übungen zu Kapitel 16 16.4.1 Physikumsfragen 16.4.2 Kommentierte Lösungen

273 273 274 276 276 276

17 Alkohole und Ether 17.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 17.2 Physikalische Eigenschaften 17.2.1 Alkohole 17.2.2 Ether 17.3 Chemische Eigenschaften 17.4 Biochemische Aspekte 17.5 Übungen zu Kapitel 17 17.5.1 Physikumsfragen 17.5.2 Kommentierte Lösungen

277 279 279 280 280 281 283 283 283

18 Phenole und Chinone 18.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 18.2 Eigenschaften 18.3 Biochemische Aspekte 18.4 Übungen zu Kapitel 18 18.4.1 Physikumsfragen 18.4.2 Kommentierte Lösungen

285 286 287 288 288 288

19 Aldehyde und Ketone 19.1 Struktur/Nomenklatur 19.2 Eigenschaften 19.2.1 Nucleophile Addition (Allgemeines) 19.2.2 Reaktionen mit Wasser und Alkoholen 19.2.3 Reaktionen mit Ammoniak und seinen Derivaten

289 289 289 291 291

Inhalt

19.2.4 Aldoladdition und -kondensation 19.2.5 Tautomerie 19.2.6 Redoxreaktionen 19.3 Biochemische Aspekte 19.4 Übungen zu Kapitel 19 19.4.1 Physikumsfragen 19.4.2 Kommentierte Lösungen

XV

292 293 294 294 296 296 298

20 Carbonsäuren 20.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 20.2 Eigenschaften 20.2.1 Acidität und Löslichkeit 20.2.2 Tenside (Detergenzien, oberflächenaktive Stoffe) 20.2.3 Bildung und chemische Eigenschaften 20.3 Biochemische Aspekte 20.4 Übungen zu Kapitel 20 20.4.1 Physikumsfragen 20.4.2 Kommentierte Lösungen

301 301 301 304 305 306 307 307 308

21 Funktionelle Carbonsäurederivate 21.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 21.2 Chemische Reaktionen 21.2.1 Reaktionsschema und Übersicht 21.2.2 Reaktivität/Gleichgewichtslage 21.3 Glycerin-und Kohlensäurederivate 21.3.1 Fette und Öle (Glycerinester) 21.3.2 Kohlensäurederivate 21.4 Funktionelle Carbonsäurederivate in der Biosphäre 21.5 Übungen zu Kapitel 21 21.5.1 Physikumsfragen 21.5.2 Kommentierte Lösungen

311 311 311 311 315 315 316 317 319 319 321

22 Stereoisomerie polyfunktioneller Moleküle 22.1 Begriffe 22.2 R/S- und D/L-Nomenklatur 22.3 Moleküle mit mehreren Chiralitätszentren 22.4 Chiralität in der Biosphäre 22.5 Übungen zu Kapitel 22 22.5.1 Physikumsfragen 22.5.2 Kommentierte Lösungen

325 325 326 328 330 330 331

XVI

Inhalt

23 Hydroxy- und Ketocarbonsäuren 23.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 23.2 Eigenschaften 23.3 Keto-Enol-Tautomerie 23.4 Hydroxy- und Ketosäuren im Stoffwechsel 23.5 Übungen zu Kapitel 23 23.5.1 Physikumsfragen 23.5.2 Kommentierte Lösungen

333 333 333 336 337 337 337

24 Aminosäuren/Peptide/Proteine 24.1 Aminosäuren 24.1.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 24.1.2 Protolysegleichgewichte/Puffereigenschaften 24.1.3 Reaktionen der Aminosäuren 24.2 Peptide und Proteine 24.2.1 Struktur/Schreibweise/Klassifizierung 24.2.2 Eigenschaften und Reaktionen Ampholytnatur/Puffereigenschaften 351, Löslichkeit/Denaturierung 351 24.3 Funktionen in der Biosphäre 24.3.1 Aminosäuren 24.3.2 Peptide 24.3.3 Proteine 24.4 Übungen zu Kapitel 24 24.4.1 Physikumsfragen 24.4.2 Kommentierte Lösungen

339 339 341 344 346 346 351 352 353 353 353 355 355 356

25 Saccharide (Kohlenhydrate) 25.1 Monosaccharide 25.1.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 25.1.2 Stereochemie 25.1.3 Eigenschaften/Reaktionen Löslichkeit und Anomerenbildung 364, Zuckeralkohole und Zuckersäuren 364, N-Glycoside (N-Glycosylderivate) 364, O-Glycoside 365 25.2 Disaccharide und Oligosaccharide 25.3 Polysaccharide 25.3.1 Aufbau/Struktur/Klassifizierung 25.3.2 Reaktionen 25.4 Funktionen in der Biosphäre 25.5 Übungen zu Kapitel 25 25.5.1 Physikumsfragen 25.5.2 Kommentierte Lösungen

359 359 360 364

365 367 367 367 368 370 370 371

Inhalt

XVII

26 Organische Verbindungen der Phosphorsäure 26.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 26.2 Eigenschaften 26.3 Funktionen in der Biosphäre 26.4 Übungen zu Kapitel 26 26.4.1 Physikumsfragen 26.4.2 Kommentierte Lösungen

373 374 375 381 381 381

27 Komplexe 27.1 Struktur/Klassifizierung/Nomenklatur 27.2 Komplexbildung und -Stabilität 27.3 Komplexe in der Biosphäre 27.4 Übungen zu Kapitel 27 27.4.1 Physikumsfragen 27.4.2 Kommentierte Lösungen

383 385 387 389 389 391

28 Lipide 28.1 Struktur/Klassifizierung 28.2 Eigenschaften 28.3 Funktionen in der Biosphäre 28.4 Übungen zu Kapitel 28 28.4.1 Physikumsfragen 28.4.2 Kommentierte Lösungen

395 396 397 398 398 398

29 Kapitelübergreifende Themen 29.1 Übungen zu Kapitel 29 29.1.1 Physikumsfragen 29.1.2 Kommentierte Lösungen

399 399 403

Tabelle der Abkürzungen Sachregister

411 415

1 Atombau und Periodensystem

1.1 Allgemeines Die Vielzahl der uns umgebenden Stoffe enthält 3 „Grundbausteine" (Elementarteilchen): Protonen und Neutronen (beide werden auch als Nucleonen bezeichnet) im Atomkern, sowie Elektronen, die den Atomkern umgeben (Atomhülle, Elektronenhülle). Tab. 1.1

Bestandteile von Atomen (Elementarteilchen)

Elementarteilchen

Proton 1 Neutron]

Nucleonen

Elektron

Symbol

relative Ladung

relative

absolute

p+ oder p n

+1 0

1,00728 1,00867

= 10" 24 g =* 10"24 g

e~ oder e

- 1

» 5 • 104

~ 10"27 g

Masse

Aus praktischen Gründen sind nur die relativen Größen in Gebrauch. Bezugsbasis für die relative Masse ist das Nuclid 12C (zum Begriff des Isotops s. Folgetext). Man hat festgesetzt: Masse eines Atoms

12

C = 12,0000 u

Eine atomare Masseneinheit (u) ist also definiert als genau '/ 12 der Masse des Kohlenstoffnuclids 12C (s. auch Kap. 5). Tab. 1.2

Atome, Moleküle, biologische Objekte/Größenrelationen

Objekt

Durchmesser [m]

Atomkern

10"14 bis 10"15

Atom

KT10

Auflösungsgrenze von Elektronenmikroskopen: 2 x 10"10

Molekül

10"9

Proteinmolekül

10"8 bis 10"7 6

Virus

10"

Bakterium

10"5

Zelle

10"4

Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen: 2 x 10~7

2

1 Atombau und Periodensystem

Die Durchmesser der Atomkerne liegen zwischen 10"15 und 10"14 m, die der ganzen Atome liegen bei ca. 10"'° m = 0,1 nm = 100 pm. Der kleine Kern ist also von einer 10000 bis 100000 mal größeren Elektronenhülle umgeben. Der im Vergleich zum Atom sehr kleine Kern enthält mehr als 99% der gesamten Atommasse. Vergleichende Angaben über die Größe biologischer Objekte enthält Tab. 1.2.

1.2 Atomkernaufbau und Radioaktivität Wir kennen ca. 300 Atomarten (Nuclide). Sie unterscheiden sich in der Nucleonenzahl oder im Verhältnis der Protonen zu den Neutronen. Die Summe aller Protonen und Neutronen in einem Atom heißt Nucleonenzahl N oder Massenzahl A. Die etwa 300 bekannten Nuclide werden nach ihrem Aufbau und ihren chemischen Eigenschaften in 112 Elemente eingestellt. Für ein bestimmtes Element ist die Protonenzahl im Kern charakteristisch. Sie heißt Kernladungszahl oder Ordnungszahl Z und bestimmt den Platz des Elements im Periodensystem (s. Kap. 1.4). Die zu einem Element gehörenden Atome haben also alle die gleiche Kernladungszahl, können sich aber in der Neutronenzahl unterscheiden. Solche Atome mit gleicher Protonenzahl, aber verschiedener Nucleonenzahl heißen Isotope des jeweiligen Elements. Ihre Kennzeichnung erfolgt im Bedarfsfall durch Indizes links neben dem Elementsymbol oder durch die Angabe der Nucleonenzahl rechts neben dem Elementsymbol. Nucleonenzahl (A)

Ordnungszahl

Tab. 1.3 Element

(z) ülementsymbol

oder

Elementsymbol - Nucleonenzahl

Beispiele für die zu einem Element gehörenden Isotope Isotope

Wasserstoff

lH oder H

iH oder D (Deuterium, „schwerer Wasserstoff')

iH oder T (Tritium, „überschwerer Wasserstoff) Sauerstoff

'Sc "to

Stickstoff

'¿N

Phosphor

31p

Kohlenstoff

13/-. 6*l

lO

14/-. 6