Das Chemische Gleichgewicht
Geschrieben am | 30. 03. 10
Driftign von Richard0 mit CC-Lizenz
In den Kommentaren zu meinem letzten Post schlug Lillinger vor, dass ich darüber schreibe, dass alle Systeme ein Gleichgewicht anstreben.
Das beherrschende Prinzip der Chemie ist der Gleichgewichtszustand. Alle Reaktionen die statt finden, tun dies, weil die teilnehmenden Substanzen einen einergiereicheren Zustand haben als die entstehenden Produkte. Nimmt man als Analogie ein Gebirge, so beschreibt das Gebirge die Energie aller möglichen chemischen Zustände einer Reaktion. Auf einem Berg oben ist ja nicht viel Platz, deshalb rutscht man leicht ins Tal hinab dort muss man weniger aufpassen (sprich Energie aufwenden um sich fest zu halten). Was die Substanzen einer Reaktion wollen ist der Aufenthalt im Tal (niedrige Energie). Dieses wird mit dem Begriff Gleichgewicht bezeichnet. Die Täler sind übrigens wunderbare Orte, mit saftigen Wiesen, schattigen Bäumen, vielleicht mit einem kleinen Bach in dem man Schiffchen fahren lassen kann.
Wie auch in einem Alpentaldorf, wo es Leute gibt die aus diesem Dorf den Berg hoch klettern, so gibt es auch in Rekationen immer wieder Moleküle die zurück zu den Ausgangssubstanzen reagieren. Allerdings ist die Zu- und Abwanderung ungefähr gleich, so dass sich an der Gesamtzahl an Produktmolekülen oder Personen nichts ändert. Es scheint Stillstand zu herrschen. Bei manchen Reaktionen gibt es diese Abwanderung nicht, vor allem wenn ein Teil der Produkte einen anderen Aggregatszustand hat als die Ausgangssubstanzen.
Der Abstieg von einem Berg in ein Tal, ist eine sehr idealisierte Variante um Reaktionsverläufe zu beschreiben, denn tatsächlich gibt es von jeder Hochebene aus, auf der sich die Ausgangssubstanzen befinden, hin zum Tal einen mehr oder weniger kleinen Berg der überwunden werden muss eh man ins Tal kommt. Je schwieriger der Aufstieg auf diesen Berg ist, desto weniger Leute, oder Moleküle, wagen die Reise in das Tal. Es gibt auch nicht so schöne Täler, die nicht so tief liegen, welche aber einfacher zu erreichen sind weil dort kein hoher Berg zu überwinden ist, dort wohnen dann faule (metastabile) Menschen. Dieser Berg vor dem Abstieg ins Tal wird Aktivierungsenergie gennannt. Das kommt daher, dass ich einen Reaktionsmischung mit so viel Energie ausstatten muss, dass die Moleküle aktiv werden und diesen Berg überwinden. Wenn es mehrere Möglichkeiten gibt, kann ich über die energetische Ausstattung bestimmen welches Tal meine Moleküle bevölkern.
Chemiker suchen also immer nach dem Gleichgewicht und versuchen über Reaktionsbedingungen die Produktentstehung zu beeinflußen.
Polarität – ein essentielles Konzept
Geschrieben am | 22. 01. 10
mit CC-Lizenz von Just Being Myself
Da ich in diesem Blog versuche Nicht-Chemikern Chemie ein bisschen näher zu bringen, habe ich mich natürlich gefragt was denn das eine wichtigste Konzept ist, dass ich allen Menschen ans Herz legen möchte. Für mich ist es die Vorstellung von Polarität.
Aufgrund ihrer elementaren Zusammensetzung haben verschiedene Moleküle unterschiedliche Polaritäten. Das liegt daran, dass unterschiedliche Atome Elektronen unterschiedlich stark anziehen. Wenn ein Atom die Elektronen stärker anzieht als ein anderes dann bekommen wir Ladungsunterschiede. Als Ergebniss gibt es dann teilweise positiv und teilweise negativ geladene Atome. Wenn der Unterschied in der Elektronenanziehkraft, der Elekrtonegativität, ganz stark ist dann behält ein Atom alle geteilten Elektronen und ist ganz negativ geladen. Dann sprechen wir von Anionen. Die positiven Teilchen sind Kationen. Natriumchlorid, Kochsalz ist ein Bespiel für eine Verbindung aus Ionen. Wasser ist ein Beispiel für eine polare Verbindung, das Sauerstoffatom zieht die Elektronen stärker zu sich als die Wasserstoffatome. Öle und Fette sind unpolare Stoffe. Die langen Kohlenstoffketten in ihren Molekülen teilen sich die Elektronen geleichmäßig.
Wie ihr vielleicht wisst, ziehen sich Gegensätze an, deshalb wechselwirken alle polaren Stoffe gut mit allen anderen polaren Stoffen. Hier wechselwirken die positiven Enden jeweils mit den negativen Enden des anderen Moleküls. Während alle unpolaren Stoffe mit allen anderen unpolaren Stoffen gut wechselwirken. Mit diesem Konzept kann man erklären warum wasserabweisende Materialien wasserabweisend sind, warum Seife funktioniert und warum Salz (ionisch) sich in Wasser (polar) löst, aber nicht in Öl (unpolar).
An die Chemiker: Was seht ihr als wichtigstes Konzept?
An die Nicht-Chemiker: Was meint ihr, was soll ich euch erklären?
Chemie ist ungleich Chemikalien
Geschrieben am | 3. 12. 09
mit cc-Lizenz von Skycaptaintwo
Auf Twitter schrieb eben Argent 23
Ein Beitrag zu Hausmitteln in SWR3 – weil “es ja nicht immer Chemie sein muss” *facepalm*
Alexander Knoll der hinter dem Twitternamen steckt ist wie ich Doktorand, allerdings in der Molekular Biologie.
Etwas mit dem viele Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kämpfen, ist das Fachbegriffe, die meist eine sehr präzise und spezifische Bedeutung haben, umgangssprachlich anders verwendet werden als es ihrer Bedeutung entspricht. Ein Beispiel dafür ist der Quantensprung. Ein Quant einer Sache ist ihre kleinste unteilbare Einheit. Ein Quant Menschen ist ein Mensch. Der Absorption von Licht haben wir nun das Phänomen, dass nur bestimmte Wellenlängen Licht, also Lichtfarben, von einem bestimmten Molekül absorbiert werden können. Das liegt daran, dass die Elektronen angeregt werden und in ein höheres Energieniveau springen. Lichtfarben kann man sich als ein Lichtteilchen vorstellen, dass ein Energiepaket auf dem Rücken trägt. Die Absorption von Licht kann sich so vorstellen, dass die Elektronen eine Energieleiter hoch klettern wollen und das aber nur dann können wenn sie von den Lichtteilchen genug Energie bekommen. Bringt ein Photon, ein Lichtteilchen also, nicht genug Energie mit, kann das Elektron die nächste Stufe der Leiter nicht erklimmen und lässt das Lichtteilchen mit seinem Energiepaket weiterfliegen. Das Klettern auf der Leiter nennt die Physikerin einen Quantensprung und er ist etwas sehr kleines. Umgangssprachlich ist ein Quantensprung jedoch eine große Errungenschaft, oder ein großer Schritt vorwärts. Ich finde das immer wieder lustig.
Was ich nicht so lustig finde ist, wenn synthetische, industriell hergestellte Chemikalien als Chemie bezeichnet werden. Genau das ist nämlich gemeint, wenn man im SWR von Chemie in Haushaltsreinigern redet. Dabei macht das durchaus einen Unterschied. Chemie ist die Wissenschaft die stoffliche Veränderungen beschreibt. Das kann auch die Wirkung von Haushaltsreinigern auf Haushaltschmutz sein. Entgegen der Suggestion des SWR kann Chemie aber auch natürlich ablaufende Prozesse und Prozesse in denen natürliche Stoffe verwendet werden beschreiben, wie das reinigen mit Essig und Backpulver, statt industriell hergestellten Tensiden. Das Reinigen mit natürlichen Reinigungsmitteln ist also auch angewandte Chemie.
Ich finde das deshalb schlimm, weil so eine Angst vor Chemie geschürt wird, die wiederum die Angst vor dem Fach und dem Wissen um Chemie schürt. Ich glaube, dass viel der Ablehnung die Chemie als Fach in der Schule erfährt darauf zurückzuführen ist, dass synthetische Chemikalien abgelehnt werden. Das wiederum finde ich ok. Ich versuche den Kontakt mit gefährlichen Substanzen, ausserhalb des Labores, auch zu minimieren, z.B. vertraue ich auch auf Essig und Backpulver als Reinigungsmittel, allerdings setze ich natürlich nicht gleich mit ungefährlich und synthetisch nicht gleich mit gefährlich. Das liebe Leser möchte ich euch auch anraten, denn das in Stechapfel Atropin hat selten jemandem gut getan, wohingegen Silikonöle schon vieles einfacher gemacht haben.
Rückblick auf eine Woche Lindau
Geschrieben am | 10. 07. 09
Autorin Paula mit Sir Harold Kroto und CoBlogger Ashutosh
Vor einer Woche fand die letzte Veranstaltung des Lindauer Nobelpreisträgertreffens, es war die Bootsfahrt zur Insel Mainau. Natürlich bin ich wieder voll in meine normale Arbeit eingestiegen. Hier möchte ich euch nun die Zusammenfassung liefern aller Artikel die ich geschrieben habe. Für mich war die Woche streßig, spannend und inspirierend. Auf den einen oder anderen Nachklapp könnt ihr euch hier sicher einstellen.
Rückblick, Zusammenfassung und Antworten
Open Access: ein Mediengespräch
Eine Dinner-Einladung mit noblen Gästen
Begegnungen am Rande des Lindauer Treffens
Interview mit André Dieskau und Martin Kaller
Photographische Impressionen Montag
Der Klimawandel ist echt und wir können euch retten
Photographische Impressionen Sonntag
Auf der Suche nach Antworten: Vorbereitungen für Lindau
Weiter sehr lesenswerte Artikel gibt es in Lars Fischers Fischblog und bei Sciencblogs.de
Lindauer Nobelpreisträgertreffen – Dr. Emma berichtet
Geschrieben am | 12. 06. 09
Germany Lindau mit CC-Lizenz von Fr. Antunes
Jedes Jahr findet ein ganz besonderes Treffen in Lindau am Bodesee statt; dort treffen sich ca. 20 NobelpreisträgerInnen mit ca. 600 jungen WissenschaftlerInnen aus aller Welt um über die Glanzlichter der Vergangenheit und die Zukunft ihrer Zunft und der Welt zu sprechen. Dieses Jahr liegt der Fokus im Bereich der Chemie.
Begleitet wird das Treffen von einem Blog auf Scienceblogs.de. Das Blog lief bereits letztes Jahr, das Durchblättern der Artikel gibt einem einen guten Überblick darüber wie so ein Treffen abläuft und was dabei besprochen wird. Das AutorInnen-Team setzen sich aus WissenschaftsjournalistInnen und ForscherInnen, vor allem aus der Chemie, zusammen. Mit von der Partie ist eure Dr. Emma Autorin, Paula Schramm. Ich freue mich natürlich ausserordentlich über die Chance an diesem Treffen teil zu nehmen und darüber zu berichten.
Neben klassischen Chemischen Vorträgen wird es viele Vorträge zum Thema Klimawandel und Chemie geben, sowie darüber wie chemische Errungenschaften zu einer nachhaltigen gesellschaftlichen Entwicklung führen können. Darüber hinaus gibt es auch Grenzgängervorträge wie den vom Kernresonanzspekrtoskopie-Experten Richard Ernst “Passions and Activities beyond Science” darüber, dass man auch als WissenschaftlerIn mehr im Kopf und Herz haben muss als reine Wissenschaft.
Meine Artikel werden drüben auf dem Lindaublog erscheinen und ich werde versuchen während der Veranstaltung live bei @ChemieEmma zu twittern. Am Ende werde ich natürlich hier noch einmal einen Rückblick und Zusammenfassung veröffentlichen.
Warum „fettfrei“ nicht schmeckt
Geschrieben am | 26. 05. 09
Gotcha! / Te pillé! mit CC-Lizenz von pasotraspaso
von Jutta Eichler
Die Autorin ist Professorin am Lehrstuhl für Pharmazeutische Chemie in Erlangen. Sie beschäftigt sich mit biomolekularen Wechselwirkungen in Proteinen. Wenn sie nicht professoriert, wandert und rennt sie gerne, oder diskutiert Chemie mit ihrer Nichte
Neulich habe ich einen französischen Käse gekauft, ohne auf den Fettgehalt zu achten. Und was soll ich sagen? Er zerschmolz förmlich im Mund und war einfach köstlich. Dann der Schock: 60% Fett! Das ist wirklich nicht fair – alle, die schon mal so eine fettarme oder sogar fettfreie Käse-Variante gekostet haben, wissen, wovon ich rede.
Warum aber schmecken die fetteren Sachen immer so viel besser? Das liegt an der chemischen Natur der Geschmacksstoffe. Die sind nämlich selbst oft eher fettähnlich (lipophil) und können sich deshalb in einer fetten Umgebung besser ausbreiten bzw. auflösen und ihr Aroma entfalten. Wird einem Nahrungsmittel das Fett entzogen, sind die Geschmacksstoffe zwar immer noch da, haben aber kein „Medium“ mehr, in dem sie sich ausbereiten können, und das fade Ergebnis ist hinlänglich bekannt.
Nun ist ein Käse mit 60% Fett wahrlich nicht der Inbegriff einer gesunden Ernährung, bei der wir ja gerade auf übermäßig fettreiche Nahrung verzichten sollen. Was sollen wir nun tun – auf fettarm bzw. fettfrei umsteigen und auf Geschmack verzichten? Ihr könnt euch sicher eure eigene Meinung bilden.
Und noch ein Tipp zum Schluss: beim Speisefett umsteigen auf Olivenöl!!
Ist gesund (ungesättigte Fettsäuren) und passt zu (fast) allem. Es muss
also niemand auf Geschmack verzichten.
Wenn ihr selber einen Gastbeitrag schreiben möchtet, oder Fragen habt, könnt ihr das Kontaktformular nutzen oder eine Email an dremma@hdreioplus.de schicken.
Warum der Mai alles grün macht
Geschrieben am | 11. 05. 09
Green fellow mit CC-Lizenz von suika*2009
Inzwischen befinden wir uns im Monat Mai und überall um uns herum, so lange wir überall als die nördliche Hemisphäre der Erde definieren, schießt wild Grün aus dem Boden. Üppiges Gras und leuchtende Baumkronen erfüllen mein Blickfeld immer wieder mit Grün.
Die Substanz die dafür verantwortlich ist, ist das Chlorophyll. Das ist ein Substanz die ähnlich aussieht wie das was unser Blut rot macht, das Hämoglobin. Um diese Struktur herum ist dann noch ein Protein gewickelt, das aber sehr verschieden ist von dem im Hämoglobin. In der Mitte von dem Chlorophyll sitzt ein Magnesium. Chlorophyll hat die Aufgabe die Energie die von der Sonne als Licht kommt in für die Zelle nutzbare Energie umzuwandeln. Das ist ein recht komplizierter Prozess. Auf jeden Fall wird dabei das rote und das blaue Licht der Sonne verwendet. Somit ist es herausgefiltert und nur das übrigbleibende grüne Licht kann reflektiert werden. Das ist der Prozess der uns die Blätter grün erscheinen lässt.
Die unterschiedlichen Grüntöne der Blätter kommen dadurch zustande, dass es verschieden Typen von Chlorophyll gibt. Dabei hängen am eigentlich Chlorophyllgerüst Molekülgruppen die verändern welche Lichtfarbe absorbiert wird. Das hat mit der chemischen Molekülklasse der Komplexe zu tun. Komplexe sind dabei Substanzen in denen ein Molekül aus Hauptgruppenelementen mit freien Elektronenpaaren an den Atomen eine Bindung zu einem Metallion eingeht. Die Elektronen in diesen Bindungen können dann Energie aufnehmen und in anderer Form abgeben, wie hier beim Chlorophyll. Ändert sich das Molekül, so ändert sich die Bindung zum Metall ein bischen und deshalb auch die Lichtfarbe. Das ist ungefähr so als würde man eine Gitarre stimmen. Je nachdem wie fest man die Seite dreht kommt ein anderer Ton dabei heraus.
Auch andere Farben entstehen ähnlich, also solche wie bei einem Kleidungsstück. Licht einer bestimmten Farbe wird absorbiert und man sieht, weil es keinen Ausgleich mehr gibt, die Komplementärfarbe. Die Art der färbenden Substanz kann allerdings verschieden sein.
Warum Milch sauer wird
Geschrieben am | 27. 04. 09
mit CC-Lizenz von R'eyes
Als ich heute Morgen den Kühlschrank im Aufenthaltsraum an der Uni aufmachte um Milch für meinen Kaffee herauszuholen stellte ich fest, dass sie über das Wochenende sauer geworden war. Eine alte Küchenweisheit besagt, dass ein Gewitter die Milch sauer werden lässt. Tatsächlich hatte es am Wochenende auch etwas Gewittert. Allerdings ist der Zusammenhang zwischen Gewitter und saurer Milch nicht so einfach wie es scheint.
Was passiert ist Folgendes
Der Zucker in Milch, Lactose, kann durch Bakterien zu der Säure auf der rechten Seite vom Pfeil, Milchsäure, zersetzt werden. Das geht besonders gut, wenn es warm ist, weil dann die Bakterien gut wachsen. Wenn also die Milch im Kühlschrank steht, dann machen die Bakterien keine Säure und die Milch bleibt länger frisch.
Wenn viel Säure vorhanden ist, dann gerinnt die Milch weil die Eiweiße protoniert werden und dadurch einige Bindungen aufbrechen. Nachdem die Bindungen aufgebrochen sind fügen sie sich wieder zusammen. Diesmal aber nicht in der schönen von Natur aus vorgesehenen Strktur, sondern in zufälliger Weise. Das führt dann zu Klumpen. Zu diesem Zeitpunkt, schlage ich vor, entsorgt ihr die Milch lieber, es sei denn ihr wollt Käse machen.
Früher als es noch keine Kühlschränke gab und mein Opa zwei Meilen zur Schule gelaufen ist, bergauf in beide Richtungen versteht sich, machte ein Gewitter die Milch sauer, einfach weil es vor einem Gewitter meist sehr warm ist. Das führt, wie erwähnt dazu, dass die Bakterien fleißig Milchsäure produzieren. Heute umgehen wir das einfach, indem wir die Milch in den Kühlschrank stellen. Leider gibt es Leute die behaupten, dass trotz Kühlschrank ein Gewitter die Milch schlecht werden lässt. Das ist purer Zufall. Jemand dem dass schon öffter passiert ist, solllte seine Milchtrinkgewohnheiten untersuchen, oder kleiner Mengen Milch kaufen.
Naja, meinen Kaffee habe ich heute morgen dann lieber ohne Milch getrunken, auch wenn er etwas bitter war und in der Mittagspause habe ich eine Packung H-Milch gekauft, die hält nähmlich auch übers Wochenende.
Warum Seife sauber macht
Geschrieben am | 2. 04. 09
Lavande Soap mit CC-Lizenz von geishaboy500
Kaum ein Tag geht vorbei an dem wir nicht irgendwie etwas mit Seife, Spüli, oder Dergleichen putzen. Da ist die Frage natürlich naheliegend was Seif überhaupt ist und warum sie sauber macht.
Also stell dir vor du hast einen Tropfen Öl auf einem Tisch. Gibst du Wasser drauf passiert nichts weiter mit dem Tropfen, da sich Öl und Wasser nicht mischen. Jetzt gibst du zu dem Wasser und dem Öltropfen ein bischen Seife. Diese hat einen Teil der sich gerne mit Fett verbindet und einen Teil der sich gerne mit Wasser verbindet. So entsteht eine Brücke zwischen Wasser und Fett. Mit viel Wasser kann der Fettropfen nun gelöst und weggespült werden.
Gibt man Seife in Wasser so verbinden sich die polaren, wasserliebenden Enden mit Wasser und die unpolaren, fettliebenden versuchen so wenig Kontakt wie möglich mit Wasser zu haben und rotten sich zusammen. Das bildet dann sogenannte Micellen. Eben in diesen Micellen kann sich dann fettiger Dreck oder Luft befinden. Das sieht so aus.
Bei Seifenblasen bildet sich eine Doppelschicht aus Seifenteilchen, dazwischen befindet sich eine Schicht Wasser. Die Seifenblasenhaut sieht also so aus, dass es eine innere Wasserschicht gibt, in der die polaren enden der Seife gelöst sind und sich nach Aussen und Innen die unpolaren Enden ausrichten. Weil das Wasser schwerer ist als Luft läuft es nach unten aus der Schicht raus und die Seifenblase reißt. Das ist richtig, sie platzt nicht sondern reißt. Die Form der Seifenblasen kommt durch die Oberflächenspannung zustande. Und weil die Sonne gerade so schön scheint gehe ich jetzt raus und spiele ein bischen mit Seifenblasen.
Kurz definiert: der pH-Wert
Geschrieben am | 5. 02. 09
tower of limes mit cc-lizenz von Darwin Bell
Der pH-Wert ist ein Maß dafür wieviel H3O+ in einer wäßrigen Lösung ist, also dessen Konzentration. Eigentlich eine ganz einfache Sache. Normalerweise sind die Konzentrationen von H3O+ in Wasser sehr niedrig, so dass man statt der eigentlichen Konzentration den negativen dekadischen Logarithmus angibt. Das ergibt dann “richtige” Zahlen wie 1 oder 7 oder 14:
Im Alltag tauchen pH-Werte oft bei Kosmetik auf, z.B. bei Shampoos und Seifen die pH-hautneutral sind. Diese Beschreibung ist etwas irreführend, denn der pH-Wert der Haut ist ehr im sauren Bereich zu suchen, bei ca. pH fünf. Neutralist der pH-Wert 7. Diesen pH-Wert hat Wasser wenn es sehr rein ist. Das kommt daher, dass das Wasser teilweise mit sich selber reagiert und OH- und H3O+ bildet.
Ein anderer Ort wo viel über sauere und basische Eigenschaften geredet wird, ist in der Ernährung. Dazu muss man wissen, dass unser Magen einen pH-Wert zwischen eins und zwei hat, also sehr sauer ist. Im Magen befindet sich eine Schleimhaut die uns davor schützt, dass sich unser Magen selber auflöst. Diese wird aber bei noch niedrigeren pH-Werten angegriffen. Dagegen kann man “basische” Pulver kaufen, z.B. Lactose. Diese heben den pH-Wert aber nicht in Regionen oberhalb 7, was im chemischen Sinne basisch ist, sondern nur hin zu einem normalen Wert von eins bis zwei.
Schlagworte | Definition, Ernährung, Kosmetik, pH-Wert keep looking »
Über
Abonnieren
RSS-Abo
EmailFlattr
Dr. Emmas Buchempfehlungen
Neueste Beiträge
Kategorien
Dr. Emma unterstützen
Blogs über Chemie
Lese Empfehlungen
Wissenschafts blogs
Lizenz
Dieses Blog steht unter einer Creative Commons 2.0 Lizenz.
