Allgemeine Chemie
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Allgemeine Chemie Fragen zur Chemie, die ihr nicht in eines der Fachforen einordnen könnt, gehören hierher.

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Alt 15.08.2010, 22:34   #1   Druckbare Version zeigen
Pria Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 33
Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Moin,

ich bin Softwareentwickler und möchte frezeitmäßig eine Chemieengine als ergänzung zu meiner Biologieengine entwicklen.

Zunächst einmal , bis auf meine Realschulchemie habe ich keinerlei Vorkenntnisse.

Ich würde für die Software gerne eine allgemeine bagatelliesierung vornehmen , sprich ich möchte die Eigenschaften von Chemischen Elementen standartisieren. Soll heißen , ich möchte beispielsweise anhand der einzelnen Komponenten sagen können , wie sich ein Element XY verhält , ohne für alle c.a. 200 - 300 Elemente jeweils einzelne Klassen schreiben zu müssen.

Daher erstmal folgende Fragen:

- Welche Eigenschaften definieren ein Element ausser der Anzahl der Komponenten im kern und auf den Schalen?

- Welche Eigenschaften spielen bei der Reaktion von Elementen mit anderen Elementen eine Rolle?

- Wie kann ich das Ergebnis einer Reaktion anhand von Frage 1 und 2 sicher vorhersagen?
Pria ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2010, 22:36   #2   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Zitat von Pria Beitrag anzeigen
sprich ich möchte die Eigenschaften von Chemischen Elementen standartisieren.
Was willst Du?

Zitat:
ohne für alle c.a. 200 - 300 Elemente jeweils einzelne Klassen schreiben zu müssen.
Wieviele Element gibt es?
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2010, 22:48   #3   Druckbare Version zeigen
kaliumcyanid Männlich
Mitglied
Beiträge: 18.824
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
anhand der einzelnen Komponenten sagen können , wie sich ein Element XY
Schau dir erstmal den Element-Begriff an. Da gibt es keine "Komponenten", ausser vielleicht Protonen, Neutronen und Elektronen, aber das haben alle Elemente gemein. Elemente sind der Grundstock der Chemie, viel "komponentiger" wirds nicht.
Zitat:
Welche Eigenschaften definieren ein Element ausser der Anzahl der Komponenten im kern und auf den Schalen?
Atomradius, Elektronegativität, Dichte, Schmelzpunkt, Siedepunkt...
Zitat:
Wie kann ich das Ergebnis einer Reaktion anhand von Frage 1 und 2 sicher vorhersagen?
Gar nicht. Was auf dem Papier funktioniert, muss in der Realität noch lange nicht funktionieren. Ausserdem sind wir hier in der Chemie, da läuft in der Realität vieles nicht so, wie man es von einem (logischen) Modell her erwarten würde.
Bei den Reaktionen spielt so vieles eine Rolle, von den Reaktionsbedingungen ansich mal ganz abgesehen. Ausserdem gibt es ja nicht nur Reaktionen zwischen Elementen...

Dein Vorhaben, eine Software zu entwickeln, die nur anhand der Angabe der beteiligten Elemente, korrekt vorhersagt, was alles entsteht, wird nicht funktionieren. Dafür folgt vieles auch keinen logischen Schritten, sondern Feststellungen gemäß "das ist einfach so".
Die Elemente sind in Hauptgruppen unterteilt. Und wenn man lange genug "bagatellisiert" (oder eher: unzulässig vereinfacht), hat man irgendwann nur noch eine Gruppe. Der Aussagewert dürfte sich dann aber im Bereich 0 befinden.

Lege dir erstmal brauchbare Chemie-Kenntnisse zu, bevor du versuchst, eine entsprechende Software zu entwickeln.
Ich entwickle ja auch keine Raumfahrzeuge, was größtenteils daran liegt, das ich von der Thematik allenfalls triviale Kenntnisse habe.
kaliumcyanid ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2010, 23:05   #4   Druckbare Version zeigen
Pria Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 33
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Elektronen , neutronen und Protnonen sind Komponenten. Kompoinente heißt ja nichts anderes als Bestandteil.

Nur weil einer gesagt hat "das ist jetzt so" , muss das nicht grundsätzlich stimmen. Nun abgesehen von den äußeren Einflüßen , die in einer Simulation ausser Acht gelassen werden "können" , gibt es keine unvorhersehbaren Faktoren , was es theoretisch ermöglichen müsste , eine klare Vorhersage treffen zu können.

Mal so am Rande:
Ich haße Leute die direkt sagen "das wird ja eh nichts" oder "sowas gibt es nicht" , wenn jamend eine Idee hat abgrundtief.

Ich mag zwar nicht die Kenntnisse haben , die ein studierter Akademiker hat , aber ich weiß zumindest genug um fragen zu stellen.
Pria ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2010, 23:36   #5   Druckbare Version zeigen
LordVader Männlich
Mitglied
Beiträge: 2.480
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Nur weil einer gesagt hat "das ist jetzt so" , muss das nicht grundsätzlich stimmen
Wenn das einer der Chemiker hier sagt, dann vermutlich, weil er es experimentell bestimmt hat oder sonstwoher weiß. Und wenn das immer und immer wieder genauso abläuft, kannst du dich so lange vor die Reaktion hinstellen wie du willst, den Zeigefinger erheben und die Chemikalien anmeckern "du mußt aber so und so reagieren". Ich wette, es wird nichts ändern.
Zitat:
Nun abgesehen von den äußeren Einflüßen , die in einer Simulation ausser Acht gelassen werden "können"
Soll die Simulation denn die Wirklichkeit widerspiegeln, oder den Zustand auf dem rosa Bonbonplaneten Traumkugel 1?
Zitat:
was es theoretisch ermöglichen müsste
Natürlich. Woran scheitert es aber, wenn du den Weg eines Wassermoleküls in einem Strudel exakt berechnen willst?
Zitat:
Ich mag zwar nicht die Kenntnisse haben , die ein studierter Akademiker hat , aber ich weiß zumindest genug um fragen zu stellen.
Das ist gut und richtig so. Allerdings darfst du diesen Leuten ruhig glauben, wenn sie dir sagen, dies und jenes geht einfach nicht, selbst wenn du nicht unzulässig vereinfachst.
Es gibt gewisse Gesetzmäßigkeiten, die man mehr oder weniger kompliziert in Formeln abbilden kann. Allerdings nicht nur aus der Information "Ordnungszahl, Atommasse", und auch dann gibt es Reaktionen, die irgendetwas völlig Unvorhersehbares tun.
Tut mir leid, aber die Idee ist nicht einfach umzusetzen. Ganz und gar nicht. Und nicht böse sein, aber ohne Chemiestudium wirst du nur die einfachsten Sachen behandeln können.
__________________
Born stupid? Try again!

"Mit den Füßen im Zement, verschönerst du das Fundament"
LordVader ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 15.08.2010, 23:45   #6   Druckbare Version zeigen
magician4 Männlich
Mitglied
Beiträge: 6.887
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Zitat von Pria Beitrag anzeigen
.... gibt es keine unvorhersehbaren Faktoren , was es theoretisch ermöglichen müsste , eine klare Vorhersage treffen zu können.
nennet sich glaube ich "determinismus" und wurde in den naturwissenschaften kurz nach der jahrhundertwende (1900) auf den muellhaufen der wissenschaftsgeschichte geschmissen.
--> schon die grundlegenste aller deiner annahmen taugt nix

--> du kannst den zukuenftigen zustand eines systems NICHT exakt vorherberechnen


es gibt (sehr kleinteilige) versuche auch in dieser unbestimmtheit zumindest naeherungsweise hinreichend zutreffende systemzustaende zu berechnen (--> quantenmechanische berechnungen). guck da mal rein damit du ueberhaupt einen hauch einer ahnung davon hast welche dose wuermer du da aufzumachen im begriff bist.
mit der nummer beschaeftigen sich weltweit wissenschaftlich hochkompetente arbeitskreise mit vergleichsweise ansprechenden ressourcen +know how, und selbst die koennen bestenfalls mal das verhalten einzelner einfacher kleiner molekuele im vakuum naeherungsweise kalkulieren.

alles andere ("ab initio"-artig) berechnen zu wollen - und das scheinst du ja mit deinem "elementbaukasten" vorzuhaben - ist way beyond realisierbar

chemie ist und bleibt zwangslaeufig eine empirische wissenschaft. man kann innerhalb gewisser grenzen regeln + gesetze formulieren, aber eben nur innerhalb gewisser grenzen.
chemie ist daher nicht "auf einfach" computerisierbar

gruss

ingo
magician4 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 08:41   #7   Druckbare Version zeigen
zweiPhotonen  
Mitglied
Beiträge: 7.409
Blog-Einträge: 122
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Zitat von Pria Beitrag anzeigen
- Welche Eigenschaften definieren ein Element ausser der Anzahl der Komponenten im kern und auf den Schalen?
Die Information ist ausreichend sofern Du dazu bereit und in der Lage bist, die (relativistische) Schrödingergleichung des Dich interessierenden Systems zu lösen.

Zitat:
Zitat von Pria Beitrag anzeigen
- Welche Eigenschaften spielen bei der Reaktion von Elementen mit anderen Elementen eine Rolle?
Auch das läßt sich -im Prinzip- durch die Lösung der Schrödingergleichung behandeln.
Nahezu unlösbar wird die Angelegenheit dadurch, dass die Umgebung, d.h. die nicht direkt an der Reaktion beteiligten Teilchen (z.B. Lösungsmittel) die Reaktion ebenfalls beeinflussen und deshalb mit berücksichtigt werden müssen.

Zitat:
Zitat von Pria Beitrag anzeigen
- Wie kann ich das Ergebnis einer Reaktion anhand von Frage 1 und 2 sicher vorhersagen?
Implementiere alle Wechselwirkungen und stelle sicher, dass alle Freiheitsgrade des sich ergebenden Systems mit einbezogen sind.

Besorge Dir ein aktuelles Buch über angewandte Computational Chemistry und lies dort nach, was im Rahmen des möglichen ist.
Hier ist mal ein Beispiel für die theoretische Analyse einer Reaktion zwischen bestimmten Verbindungen in definierter Umgebung.

Alternativ kannst Du auch den Inhalt der Lehrbücher für Anorganische, Organische, Metallorganische und Biochemie in einer Art Expertensystem implementieren und aus dem geschriebenen Wissen die Ergebnisse voraussagen.
__________________
Wenn es einfach wäre, hätte es schon jemand gemacht!

I said I never had much use for it. Never said I didn't know how to use it.(M. Quigley)
You can't rush science, Gibbs! You can yell at it and scream at it, but you can't rush it.(A. Sciuto)

Wer durch diese Antwort nicht zufriedengestellt ist, der möge sich bitte den Text "Über mich" in meinem Profil durchlesen und erst dann meckern.

Geändert von zweiPhotonen (16.08.2010 um 08:54 Uhr)
zweiPhotonen ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 09:34   #8   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Aus der Anzahl der Außenelektronen kann man zumindest bei Hauptgruppenelementen denkbare Verbindungen untereinander voraussagen. Ob die Elemente miteinander diese denkbaren Verbindungen tatsächlich bilden, ist eine ganz andere Sache. Das lässt sich mit diesem einfachen Modell nicht voraussagen, denn da spielen u. a. Bindungsenergien und Platzbedarf eine bedeutende Rolle.

Gruß,
Franz
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Gib einem Mann einen Fisch, und Du ernährst ihn für einen Tag.
Lehre ihn das Fischen, und Du ernährst ihn für sein ganzes Leben.

Nichts, was ein Mensch sich auszudenken in der Lage ist, kann so unwahrscheinlich, unlogisch oder hirnrissig sein, als dass es nicht doch ein anderer Mensch für bare Münze halten und diese vermeintliche Wahrheit notfalls mit allen ihm zur Verfügung stehenden Mitteln verteidigen wird.

Stellt bitte Eure Fragen im Forum, nicht per PN oder Email an mich oder andere Moderatoren! Ich gucke nur ziemlich selten in meine PNs rein - kann also ein paar Tage dauern, bis ich ne neue Nachricht entdecke...

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FK ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 10:18   #9   Druckbare Version zeigen
zweiPhotonen  
Mitglied
Beiträge: 7.409
Blog-Einträge: 122
weitere Möglichkeit

Ein anderer Ansatz zur Beschreibung von Molekülen sind Kraftfeldmethoden.
zweiPhotonen ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 16.08.2010, 10:46   #10   Druckbare Version zeigen
pennyroyal Männlich
Mitglied
Beiträge: 221
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Das alles fällt wohl unter den Teilbereich Wikipedia reference-linkTheoretische_Chemie; Was genau willst du denn eigentlich nun tun? Ein Programm schreiben, dass das Verhalten der Elemente beschreibt, oder das von Verbindungen? (Wenns so schön einfach wäre könnte man ja einfach bei den Elementen anfangen, das Programm ne Weile laufen lassen, und am Ende hat man alle bisher bekannten Verbindungen )

Du könntest dich auf einen Teil der Chemie beschränken, zum Beispiel anorganische Salze. Da könntest du dir Ionen/Salze raussuchen (20-25 Stück) und über Werte wie Ionenladung und Löslichkeitsprodukt Vorhersagen treffen, was nun passiert (Umfärbung, Ausfällen, Lösen...). Ich weiß zwar nicht ob das in die Richtung geht in die du denkst, aber das stell ich mir sehr machbar vor.
pennyroyal ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 11:18   #11   Druckbare Version zeigen
FK Männlich
Moderator
Beiträge: 60.898
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Zitat von pennyroyal Beitrag anzeigen
Du könntest dich auf einen Teil der Chemie beschränken, zum Beispiel anorganische Salze. Da könntest du dir Ionen/Salze raussuchen (20-25 Stück) und über Werte wie Ionenladung und Löslichkeitsprodukt Vorhersagen treffen, was nun passiert (Umfärbung, Ausfällen, Lösen...). Ich weiß zwar nicht ob das in die Richtung geht in die du denkst, aber das stell ich mir sehr machbar vor.
Die Ionenladungen kann man bei Hauptgruppenelementen anhand der Anzahl der Außenelektronen bestimmen (dazu braucht man aber kein Programm).
Aber wie weiter?
Die Löslichkeit von Salzen hängt aber von den Gitterenergien, die wiederum von der Ladung, den Radien (wie vorausberechnen?), dem Gittertyp (muss man wissen), den Solvationsenthalpien und -entropien (woher?). Und außerdem muss das Programm entscheiden können, ob die betrachtete Verbindung überhaupt ionisch ist. Nun gut, da kann man die Elektronegativität der Elemente berücksichtigen, ist aber vor gewissen Überraschungen nicht sicher...

Selbst bei "simplen" binären Verbindungen ists schon ziemlich komplex. Nicht zu reden von all den anderen.

Gruß,
Franz
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FK ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 11:45   #12   Druckbare Version zeigen
pennyroyal Männlich
Mitglied
Beiträge: 221
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Ich meinte das so, dass die Klasse für das Element mit den experimentellen / bekannten Daten gefüllt wird und das Programm nur auf zB die Substanzen aus dem AC-Analysepraktikum im ersten Semester beschränkt ist, also eher ein "nasschemische Analyse Baukasten", als eine echte Simulation.
pennyroyal ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 11:47   #13   Druckbare Version zeigen
3_of_8 Männlich
Mitglied
Beiträge: 556
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Gibt es schon. Heißt Crocodile Chemistry. Ist aber nicht annähernd so komplex wie das, was hier geplant ist, und trotzdem ein ziemlich durchdachtes Stück Software.
__________________
The trouble with having an open mind, of course, is that people will insist on coming along and trying to put things in it.
- Terry Pratchett
3_of_8 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 12:04   #14   Druckbare Version zeigen
Pria Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 33
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Zitat:
Zitat von pennyroyal Beitrag anzeigen
Das alles fällt wohl unter den Teilbereich Wikipedia reference-linkTheoretische_Chemie; Was genau willst du denn eigentlich nun tun? Ein Programm schreiben, dass das Verhalten der Elemente beschreibt, oder das von Verbindungen? (Wenns so schön einfach wäre könnte man ja einfach bei den Elementen anfangen, das Programm ne Weile laufen lassen, und am Ende hat man alle bisher bekannten Verbindungen )

Du könntest dich auf einen Teil der Chemie beschränken, zum Beispiel anorganische Salze. Da könntest du dir Ionen/Salze raussuchen (20-25 Stück) und über Werte wie Ionenladung und Löslichkeitsprodukt Vorhersagen treffen, was nun passiert (Umfärbung, Ausfällen, Lösen...). Ich weiß zwar nicht ob das in die Richtung geht in die du denkst, aber das stell ich mir sehr machbar vor.
Sowohl , als auch. Ich möchte einen Satz Elemente definieren können , die "aufeainander loslassen" und dann sehen , was dabei rauskommt.

In Wikipedia steht z.b. "Bei chemischen Reaktionen werden nur die Elektronen auf den Außenschalen der Reaktionspartner umgeordnet, der Atomkern bleibt hingegen unverändert. Das Bestreben, Schalen durch Abgabe bzw. Aufnahme von Elektronen abzuschließen und damit relativ zu stabilisieren, dominiert über den elektrischen Ladungszustand eines Atoms. Beschrieben wird dieses Bestreben durch die Elektronegativität. Schalenabschlusszustand und Ladungszustand sind damit direkt mit dem chemischen Reaktionsvermögen eines Elements gekoppelt. Edelgase, Elemente mit abgeschlossener Schale im neutralen Zustand sind reaktionsarm, sie bilden nur unter drastischen Bedingungen Verbindungen. Atome suchen primär die sogenannte Edelgaskonfiguration (Schalenstabilität) zu erreichen, auch wenn das zu Lasten der elektrischen Neutralität geht, und streben sekundär nach Ladungsausgleich der Gesamtkonfiguration" zitat ende
Was für mich so klingt , als könnte man zumindest schonmal die Reaktion von Elementen so vereinfachen , dass man auf die anzahl der Elektronen und der Kernelemente rücksicht nimmt etc
__________________
Nur weil du es dir nicht vorstellen kannst heißt es noch lange nicht, dass ich es nicht kann!
Pria ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 16.08.2010, 12:15   #15   Druckbare Version zeigen
pennyroyal Männlich
Mitglied
Beiträge: 221
AW: Grundeigenschaften von chemischen Elementen

Nein, kann man eben nicht. Da spielen wie oben genannt eine Menge anderer Sachen mit rein. Wenns nur um die Valenzelektronen ginge, würden alle Elemente in einer Gruppe gleich reagieren.
Hättest du zB. Na+, Cl- und F- in Lösung, könntest du mit deinem Modell nicht vorhersagen, was beim Verdunsten zuerst auskristallisiert. (edit: also NaF oder NaCl)


Wenn du alles an möglichst wenigen Parametern festmachen willst, musst du dich wohl oder übel ein "wenig" mit Quantenmechanik und Computerchemie beschäftigen.
Wikipedia:
Zitat:
Methoden, die von der Schrödingergleichung bzw. deren relativistischen Erweiterung (Dirac-Gleichung) ausgehen, enthalten als Parameter nur Naturkonstanten, und werden daher als Ab-initio-Methoden bezeichnet. Diese Methoden sind wissenschaftlich am besten fundiert, können allerdings nur auf relativ kleine Systeme mit relativ wenigen Atomen angewendet werden, wenn quantitativ genaue Ergebnisse erwünscht werden. Dies liegt darin begründet, dass die Schrödinger- bzw. Dirac-Gleichung nur für einige triviale Einelektronensysteme analytisch gelöst werden können und ansonsten Näherungslösungen notwendig sind, welche mit zunehmenden Systemumfang jedoch schnell eine zu hohe Rechenleistung in Anspruch nehmen.
Wie du siehst, selbst wenns nur um Atome und Moleküle mit wenigen Teilchen (H, H2, H2+, He zB) geht, hat man schon ordentlich was zu tun und je mehr Teilchen es werden, desto ungenauer wird das ganze.

Geändert von pennyroyal (16.08.2010 um 12:44 Uhr)
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