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Chemische Thermodynamik und Energetik

Energiekonzept

Fundamentale Begriffe der Chemie

Chemie:

Wissenschaft, die sich mit der Charakterisierung und Zusammensetzung, sowie der Umwandlung von Stoffen beschäftigt – Die Lehre von Stoff und Stoffveränderung. Sie lässt sich in verschiedene Zweige aufspalten.

Jegliche Materie unserer Welt findet ihren Ursprung im Urknall vor rund 14 Milliarden Jahren. Der Urknall ist ein physikalisches Phänomen, das durch die Sonne angetrieben wurde und die Entstehung der ersten Materie (Teilchen) begünstigte. Materie ist definitionsgemäß alles, was Raum beansprucht und Masse besitzt. Durch die enormen Umweltbedingungen, wie Druck und Hitze, verbanden sich die Teilchen und wurden als Zusammenschluss zu den ersten Elementen: Wasserstoff und Helium. Durch erneute Kernfusion dieser Atome bildeten sich weitere Elemente unseres heutigen Periodensystems.

Alle rezenten, heute vorhandenen Stoffe bestehen aus diesen Elementen, welche chemisch nicht weiter aufzutrennen sind. Man spricht nach Nukliden (Atomarten) unterteilt von

  • Nuklidgemischen, den Mischelementen und
  • von Reinelementen bei einer Ein-Nuklid-Zusammensetzung.  

Ein Stoffgemisch ist eine Verbindung von mehreren Stoffen, wohingegen man bei einem Element oder einer Verbindung von Reinstoffen spricht. Verbindungen entstehen durch die Kombination von Atomen verschiedener Elementen in definierter Zusammensetzung. Jegliche räumliche Anordnung von Teilchen in einem Stoff oder in einer chemischen Verbindung ist nicht nur mikroskopisch, sondern auch makroskopisch als Struktur zu betrachten.

Bei den Teilchen unterscheidet man zunächst zwischen verschiedenen atomaren Teilchen, die ein neutrales Atom bilden. Weiterhin sind jedoch auch Ionen, Atome mit einem Elektronenmangel oder einem Elektronenüberschuss, oder auch Moleküle, verschiedene Kombinationen von Atomen verschiedener Elemente, als Teilchen anzusehen. Den druck- und temperaturabhängigen physikalische Zustand eines Stoffes bezeichnet man als Aggregatzustand.

Man unterscheidet klassischerweise zwischen folgenden Zuständen:

  • fest (s): stabile äußere Form, definiertes Volumen, amorph (ungeordnete dreidimensionale Anordnung der Atome) oder kristallin (geordnete dreidimensionale Anordnung der Atome); Beispiel: Glas, Kreide (CaCO3), Marmor
  • flüssig (f): definiertes Volumen, keine stabile Form, ungeordnet; Beispiel: Wasser, Ethanol
  • gasförmig (g): keine Form, kein definiertes Volumen; Beispiel: Luft, N2, O2

Die Übergänge von einem Aggregatzustand in den nächsten werden wie folgt bezeichnet:

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