Reaktive Nichtmetalle

Die Elemente, aus denen wir bestehen

Rund 96 Prozent der Masse des menschlichen Körpers entfallen auf nur vier Elemente: Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Nimmt man Phosphor und Schwefel hinzu, hat man die sechs Elemente, aus denen fast jedes Molekül in Lebewesen aufgebaut ist, von DNA und Proteinen bis zu Fetten und Zuckern. Selen, das siebte Mitglied dieser Gruppe, wird in winzigen Mengen für Enzyme benötigt, die Zellen vor Schäden schützen.

Teilen statt abgeben

Metalle neigen dazu, Elektronen abzugeben. Reaktive Nichtmetalle tun das Gegenteil: Ihre Außenschalen sind fast voll, und sie vervollständigen sie, indem sie Elektronen aufnehmen oder – häufiger – in kovalenten Bindungen teilen. Zwei Atome, die sich ein Elektronenpaar teilen, halten einander fest zusammen. Deshalb bilden diese Elemente einzelne Moleküle wie O₂, N₂, H₂O und CO₂.

Kohlenstoff ist der Meister darin. Mit vier Elektronen zum Teilen kann er sich mit sich selbst zu Ketten, Ringen und Schichten nahezu unbegrenzter Größe verbinden – daraus gehen die Millionen von Verbindungen hervor, mit denen sich die organische Chemie beschäftigt.

Ein Element, viele Formen

Mehrere reaktive Nichtmetalle kommen in verschiedenen Strukturformen vor, den sogenannten Allotropen (Modifikationen), die verblüffend unterschiedliche Eigenschaften haben.

• Kohlenstoff: Diamant, das härteste natürliche Material; Graphit, weich und schmierig; Graphen und Fullerene
• Sauerstoff: das O₂, das wir atmen, und Ozon, O₃, das uns vor ultraviolettem Licht schützt
• Phosphor: Weißer Phosphor leuchtet und entzündet sich an der Luft; roter Phosphor ist stabil genug für Streichholzschachteln
• Schwefel: gelbe Kristalle oder eine gummiartige braune Form, wenn man geschmolzenen Schwefel in Wasser gießt

Kreisläufe, die den Planeten erhalten

Diese Elemente wandern ständig zwischen Luft, Wasser, Gestein und Lebewesen hin und her. Pflanzen entziehen der Luft Kohlendioxid und wandeln es in Zucker um; Tiere und Zersetzung geben es zurück. Bakterien binden Luftstickstoff in Formen, die Pflanzen nutzen können, und seit dem frühen 20. Jahrhundert leistet das Haber-Bosch-Verfahren dasselbe industriell – es hat die Nahrungsmenge, die die Welt erzeugen kann, mehr als verdoppelt. Inzwischen verschiebt der Mensch diese Kreisläufe im globalen Maßstab, am sichtbarsten durch den Ausstoß von Kohlendioxid in die Atmosphäre.