Chemische Zeichen

Chemische Zeichen, einheitliche und internationale Kurzzeichen, mit denen man die chemischen Elemente und ihre Verbindungen beschreibt. Das dahinterstehende Zeichensystem wurde 1811 von dem schwedischen Chemiker Jöns Jakob Berzelius entwickelt und kurze Zeit später veröffentlicht. Nach diesem System werden die Elemente mit den Anfangsbuchstaben ihrer wissenschaftlichen, meist lateinischen oder griechischen Namen bezeichnet, während man die Verbindungen durch Aneinanderreihen der Elementbuchstaben symbolisiert – dabei sind nur Buchstaben und Ziffern zugelassen. Ab 1826 hatte das System von Berzelius allgemeine Gültigkeit in der Fachwelt. Heutzutage wird dieses System durch die so genannte IUPAC-Nomenklatur (IUPAC: International Union of Pure and Applied Chemistry; Internationale Union für Reine und Angewandte Chemie) vereinheitlicht.

Geläufige Elemente sind z. B. Kohlenstoff (lateinisch Carbo), abgekürzt C, Sauerstoff (Oxygenium) O, Stickstoff (Nitrogenium) N, Wasserstoff (Hydrogenium) H und Schwefel (Sulfur) S. Bei den Namen der Elemente, die mit dem gleichen Anfangsbuchstaben beginnen, setzt man noch einen zweiten Buchstaben hinter den ersten Buchstaben, wodurch Verwechslungen vermieden werden. So ist beispielsweise Beryllium Be, Barium Ba, Berkelium Bk, Bismut Bi und Brom Br. Von einigen wenigen Ausnahmen abgesehen, hat sich heutzutage diese Schreibweise weitgehend durchgesetzt – Ausnahmen findet man z. B. in englischer, französischer und russischer Literatur.

In vielen Fällen sind die Elementsymbole zusätzlich mit Zahlen versehen. Allgemein handelt es sich dabei um vier Zahlen, nämlich die Massenzahl, Ordnungszahl, Ladungszahl sowie die Anzahl der Atome:

• Die Massenzahl steht links oben vom Elementsymbol und gibt die Anzahl von Protonen und Neutronen im Atomkern des betreffenden Elements wieder. Mit Hilfe der Massenzahl lassen sich z. B. Isotope voneinander unterscheiden. So steht beispielsweise das Symbol ²³⁵U für das Uranisotop 235, während das Symbol ²³⁸U dem Uranisotop 238 entspricht.
• Die Ordnungszahl steht links unten vom Elementsymbol und wird in mancher Fachliteratur auch als Kernladungs- oder Protonenzahl bzw. auch als Atomnummer bezeichnet. Sie symbolisiert gleich mehrere Informationen: Auf der einen Seite entspricht die Ordnungszahl der Anzahl der Protonen des betreffenden Elements, also der positiven Ladungen im Kern, und auf der anderen Seite gibt sie praktisch auch die Anzahl der Elektronen, der negativen Ladungen, in der Atomhülle sowie die Position des Elements im Periodensystem wieder. So steht ®Na für das natürliche Isotop des Natriums. Das Alkalimetall steht im Periodensystem an elfter Position, also in der ersten Hauptgruppe, 3. Periode.
• Die Ladungszahl steht rechts oben vom Elementsymbol und gibt den Ionisierungszustand des betreffenden Elements wieder. Handelt es sich um ein elektrisch neutrales Atom bzw. Molekül so hat die Ladungszahl den Betrag Null (z. B. Fe⁰ für elementares und damit elektrisch neutrales Eisen). Im Fall eines Ions entspricht die Ladungszahl der Ladungsgröße in Einheiten der Elementarladung e (die Naturkonstante e hat den Wert 1,60218 × 10^-19 Coulomb). So steht das Symbol Fe²⁺ für ein zweifach positiv geladenes Eisenion.
• Die Anzahl der Atome in einem Molekül wird durch einen Index, also rechts unten vom Elementsymbol, ausgedrückt; z. B. Se₈ für ein Selenmolekül, das sich aus acht Selenatomen zusammensetzt.

Bei den Formeln für chemische Verbindungen werden die Symbole der einzelnen in der Verbindung enthaltenen Elemente aneinandergereiht. Ist ein Element mehrfach im Molekül vertreten, so wird dies durch einen entsprechenden Index rechts unten (Anzahl der Atome) gekennzeichnet. So gibt z. B. die Formel für Wasser (H₂O) an, dass für jedes Sauerstoffatom zwei Wasserstoffatome vorhanden sind. Entsprechend ist die Formel für Kohlendioxid CO₂, für Octan C₈H₁₈ und für Sauerstoff O₂. Diese Formeln bezeichnet man auch als Summenformeln. Nicht immer geben die Summenformeln genügend Auskunft über eine Verbindung. In diesen Fällen „löst” man die Formel praktisch auf, wie z. B. beim Calciumphosphat (Ca₃(PO₄)₂) – hier würde die rein formelle Summenformel Ca₃P₂O₈ lauten. Sollen weiter gehende Angaben über die räumliche Anordnung der Atome und über Bindungen zwischen ihnen geliefert werden, verwendet man so genannte Strukturformeln. In dieser Schreibweise werden funktionelle Gruppen zusammengefasst und direkt nebeneinandergestellt (Beispiel Ethanol: C₂H₅OH) bzw. durch Striche abgegrenzt (Ethanol: C₂H₅8OH). Bei den so genannten Strichformeln werden Einfachbindungen durch einen Valenzstrich (z. B. Ethan, ₃HC8CH₃), Doppelbindungen durch einen Doppelstrich (z. B. Ethen, ₂HC9CH₂) und Dreifachbindungen durch einen dreifachen Strich (z. B. Ethin, HC:CH) gekennzeichnet (siehe chemische Bindung). Bei Ionen gibt man die Ladung rechts oben neben ihrem Symbol an – dies kann das Elementsymbol, wie z. B. Cl^- oder Ca²⁺, oder auch eine eckige Klammer sein, wie z. B. [Fe(CN)₆]^4-. Chemische Reaktionen lassen sich mit Hilfe von chemischen Gleichungen wiedergeben. Beispielsweise reagieren Kalilauge und Salzsäure zu Kaliumchlorid und Wasser:

KOH + HCl → KCl + H2O

Im Falle von umkehrbaren Reaktionen setzt man anstatt eines einfachen Pfeiles zwei waagerechte, einander entgegengesetzte Reaktionspfeile (z. B.⇄ oder ⇋), wie bei der temperaturabhängigen Reaktion von Wasserstoff und Iod zu Iodwasserstoff:

H2 + I2 ⇋ 2 HI.

Siehe auch chemische Reaktion