Fundamentale Begriffe der Chemie

Fundamentale Begriffe der Chemie

Our whole universe was in a hot dense state,
Then nearly fourteen billion years ago expansion started. Wait ...
The Earth began to cool,
The autotrophs began to drool,
Neanderthals developed tools,
We built a wall (we built the pyramids),
Math, science, history, unraveling the mysteries,
That all started with the big bang!

The Big Bang Theory Theme Song

Chemie:

Ist die Wissenschaft, die sich mit der Charakterisierung und Zusammensetzung sowie der Umwandlung von Stoffen beschäftigt – die Lehre von Stoff und Stoffveränderung. Sie lässt sich in drei große Zweige aufspalten: die anorganische-, die organische- und die physikalische Chemie

Nach gegenwärtigem Forschungsstand fand jegliche Materie unserer Welt ihren Ursprung im Urknall vor rund 14 Milliarden Jahren. Dabei ist der Urknall ein physikalisches Modell der Ausgangsform des Universums. Gemäß diesem Modell war vor rund 14 Mrd. Jahren alle Materie in Form von Energie (deren verschiedene Formen, wie man seit Einstein weiß, ineinander umwandelbar sind: E = m ∙ c²) auf kleinstem Raum (Radius kleiner als 10^–48 m) konzentriert. Seit diesem Zeitpunkt expandiert das Universum und kühlt sich dabei immer weiter ab.

Materie ist definitionsgemäß alles, was Raum beansprucht und Masse besitzt. Das waren am Anfang nur die einzelnen Bausteine unserer heutigen Materie, wie Elektronen, Protonen und Neutronen. Durch die extremen Umweltbedingungen, wie Druck und Hitze, verbanden sich diese Teilchen und wurden als Zusammenschluss zu den ersten Elementen: Wasserstoff und Helium. Durch das Verschmelzen dieser Atome bildeten sich weitere Elemente unseres heutigen Periodensystems, ein Prozess, der auch als Kernfusion bezeichnet wird und im Inneren von Sternen abläuft. Die Behauptung, Menschen würden aus „Sternenstaub“ (eigentlich Asche, aber das klingt nicht so nett) bestehen, ist also tatsächlich korrekt!

Während die Ordnungszahl die chemischen Eigenschaften eines Elements nahezu vollständig definiert, können seine physikalischen Eigenschaften, trotz gleicher Ordnungszahl, variieren. So existieren beispielsweise zwei Isotope von Lithium: ⁶Li und ⁷Li. Beide besitzen identische chemische Eigenschaften, so ließen sich aus beiden z.B. Lithiumakkumulatoren konstruieren. ⁶Li wird zudem noch im Reaktorbau als Neutronenabsorber verwendet. Wie erklärt sich dieser Unterschied? Ganz einfach, die Chemie beschäftigt sich ausschließlich mit den Vorgängen in der Atomhülle, dem Bereich, in dem sich die Elektronen aufhalten. In der Physik beschäftigt man sich (u.a.) mit den Vorgängen in Kern.

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

·von Nuklidgemischen, den Elementen, die als Gemisch verschiedener Isotope auftreten,

und

·von Reinelementen oder anisotopen Elementen, wenn (praktisch) nur ein Isotop natürlich vorkommt. Beispiele: Be, F, Na, Al, P, Mn, Co, As, I, Au

Ein Stoffgemisch ist ein Aggregat von zwei oder mehr chemisch verschiedenen Substanzen, im Gegensatz zu einem Reinstoff, der entweder ausschließlich aus einem Element (Bsp.: Alufolie) oder einer Verbindung (Bsp.: Frischhaltefolie) besteht. Diese Verbindungen entstehen durch die Kombination von Atomen verschiedener Elemente in definierter Zusammensetzung, im Beispiel der Frischhaltefolie von Kohlenstoff und Wasserstoff im Verhältnis von ~ 1:2.

Atome (oder Verbindungen von ihnen) können entweder elektrisch neutral vorliegen, ein oder mehrere Elektronen verloren oder hinzubekommen haben. Bei Elektronenmangel spricht man auch von Kationen(⁺), bei Elektronenüberschuss von Anionen(^-).

Jegliche räumliche Anordnung von Teilchen in einem Stoff oder in einer chemischen Verbindung ist nicht nur mikroskopisch, sondern auch makroskopisch als Struktur zu betrachten. 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); Beispiele: Glas (amorph), Kochsalz NaCl, kristallin)