Das Periodensystem und die Organisationselemente

Überblick

Elemente sind die kleinsten Einheiten der Materie. Sie können durch chemische Prozesse nicht weiter zerlegt werden. Es gibt 118 bekannte Elemente, die aber nicht alle in der Natur vorkommen und nur wenige sind wirklich lebensnotwendig. Lebende Materie besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Kleinere Mengen an Kalzium, Phosphor, Kalium und Schwefel findet man ebenfalls in lebendigen Organismen. Zusätzlich gibt es weitere Elemente, die lebensnotwendig sind, aber nur in sehr kleinen Mengen.

Das Periodensystem zeigt Informationen über die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Elemente auf

Das Periodensystem ordnet die Elemente auf der Grundlage ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften ein. Die Ordnungszahl eines Elements entspricht der Anzahl der Protonen, die sich in seinem Kern befinden. Jedes Feld im Periodensystem benennt auch den vollständigen Namen, das chemische Symbol und das Atomgewicht des jeweiligen Elements. Die Anzahl der Protonen gibt zwar Auskunft über die Größe eines Elements, ist aber nicht das einzige Organisationsprinzip, nach dem das Periodensystem strukturiert ist. Elemente werden in Spalten (Gruppen) und Zeilen (Perioden) organisiert, die auf anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften basieren. Dazu gehören z.B. die Reaktivität, die Lage der äußersten Elektronen und die Fähigkeit, bestimmte Bindungsarten einzugehen. Elemente in der gleichen Gruppe (d.h. Spalte) variieren in ihrer Größe, aber haben in der Regel viele chemische Eigenschaften gemein. Im Gegensatz dazu sind Elemente in der gleichen Periode (d.h. Zeile) ähnlich groß und haben ihre Elektronen an einem ähnlichen Ort, variieren aber stark bezüglich ihrer chemischen Eigenschaften.

Der menschliche Körper besteht aus Haupt- und Spurenelementen

Alles Leben auf der Erde enthält die vier Elemente Sauerstoff, Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff. Der menschliche Körper besteht zu 96% aus diesen vier Elementen. Die restlichen 4% bilden vor allem Kalzium, Phosphor, Kalium, Schwefel, Natrium, Chlor und Magnesium. In dieser Reihenfolge kommen sie absteigend gesehen relativ vor. Darüber hinaus sind einige Elemente für den Menschen essentiell, aber sie kommen weniger als 0,01% im Körper vor und werden daher als Spurenelemente bezeichnet. Auch wenn sie nur in geringen Mengen vorkommen, sind Spurenelemente entscheidend für die Gesundheit. So spielt Eisen beispielsweise eine wesentliche Rolle bei der Bildung von roten Blutkörperchen. Es hilft, Sauerstoff zu binden, damit dieser durch den Blutkreislauf transportiert werden kann. Zu wenig Eisen im Körper kann zu einer Eisenmangel-Anämie führen, welche durch Symptome eines Sauerstoffmangels gekennzeichnet ist. Das umfasst beispielsweise Müdigkeit, Kurzatmigkeit, Schwäche und unregelmäßige Herzrhythmen.

Einige Elemente sind für lebende Organismen gefährlich

Einige Elemente haben jedoch auch schon in geringen Mengen gesundheitsschädigende Auswirkungen. Quecksilber zum Beispiel ist eines von mehreren Schwermetallen, das auch in kleinen Mengen eine Reihe von Beschwerden je nachdem welches Gewebe betroffen ist, hervorrufen kann. In größeren Mengen führt es zum Tod. Es kann sich im Laufe der Zeit im Gewebe von mehrzelligen Organismen anreichern, so dass eine wiederholte Exposition zu einer Bedrohung für den Organismus werden kann. Neue Methoden zur Entfernung von Schwermetall aus der Umwelt mit biologischen Methoden erfordern Forschung, um sowohl die Chemie der Verunreinigungen als auch die Biologie der Organismen, die als erstes betroffen sind, zu verstehen. Man bezeichnet dies als Bioremeditation. Schwermetalle gelangen oft auf der Ebene der Primärproduzenten in die Nahrungskette, bevor sie Organismen auf höheren trophischen Ebenen wie z. B. den Menschen beeinträchtigen.