Von den Atomen zu den Verbindungen
Geschrieben am | 27. 10. 08
Pink Flamingo mit CC-Lizenz von Shawnbot
Verbindungen die aus Atomen der gleichen Sorte bestehen werden mit dem Namen des Elements bezeichnet. So besteht der Sauerstoff in der Luft aus zwei Atomen. Verbindungen die aus mehreren Atomen verschiedener Sorten bestehen haben etwas kompliziertere Namen. Allerdings werden diese Namen systematisch vergeben. Der Vorteil davon ist, dass jedeR ChemikerIn wenn sie einen Namen hört, sich ungefähr vorstellen kann worum es sich handelt und in den großen Büchern der Internationalen Union für Reine und Angewandte Chemie (IUPAC) nachschauen kann. Die IUPAC ist nähmlich dafür verantwortlich diese systematische Benenung auszuarbeiten.
Generell gibt es mehrere Kategorien in die man Verbindungen einteilen kann. Sie können ionische oder Molekül-Verbindungen sein, oder metallisch. Sie können kristallin, oder amorph sein. Ausserdem können sie einen der drei Aggregatzustände fest, flüßig, oder gasförmig annehmen. Die letzten beiden Eigenschaften hängen mit der ersten Eigenschaft zusammen. Ionische Verbindungen sind meist kristallin und fest. Deshalb ist es auch etwas besonderes wenn einE ChemikerIn es schafft ionische Flüssigkeiten herzustellen.
Der Grund warum ionische, metallische und Molekül-Verbindungen unterschiedlich sind liegt in der Art der Wecheslwirkungen zwischen den Atomen. Im Beitrag zum Periodensystem habe ich schon einmal davon gesprochen, dass Atome Elektronenhunger haben. Kurz gesagt hängt der Hunger der Elektronen daran, dass sie alle eine volle äußere Elektronenschale haben wollen wie es die Edlegase in der Spalte ganz rechts im Periodensystem haben. Es gibt drei Wege das zu erreichen. Erstens indem ein Atom seine äußeren Elektronen abgibt, wodurch die untere volle Schale aufgedeckt wird. Das machen die Atome der ersten zwei Spalten gerne. Sie sind dann positiv geladen. Zweitens können Atome Elektronen aufnehmen um ihre Schale voll zu bekommen. Das machen die Elemente der vorletzten Spalte sehr gerne. Drittens können Atome sich Elektronen teilen. Wenn beiden noch ein Elektron fehlt können diese sich zusammen tun und statt jeweils ein Elektron zu haben sich zwei Elektronen teilen. In den ersten beiden Varianten entstehen Ionen. Ausserdem laufen die ersten beiden Prozesse immer gemeinsam ab. Dabei entstehen dann so sachen wie Natriumchlorid (NaCl), umgangssprachlich Kochsalz. Ein Beispiel für letztere Variante ist zum Beispiel Wasser (H2O) in dem sich jeweils ein Wasserstoff ein Elektronenpaar mit dem zentralen Sauerstoff teilt. Auch in Metallen teilen sich die Atome Elektronen, allerdings werden die Elektronen hier nicht in Paaren geteilt sondern kommunal über alle am Metall teilhabenden Atomkerne.
Genaugenommen werden wir nur von sehr wenigen einzelnen Atomen umgeben. Dass sind die Edelgase wie z.B. Neon, Argon oder Helium die sich in der Luft oder in “Neon”beleuchtung wiederfinden. Ionische, metallische und Molekül-Verbindungen umgeben uns alltäglich.
Schlagworte | Atome, Elektronegativität, Elemente, Moleküle
Atome: Du bist Materie
Geschrieben am | 16. 10. 08
Picture of Atoms mit CC-Lizenz von jurvetson
In unserem täglichen Leben haben wir meistens nur mit macroskopischen Dingen zu tun. Selten wird uns bewusst, dass wir aus kleinern Einheiten wie Organen und Zellen bestehen, geschweige denn, dass uns bewusst wird das alles um uns herum aus Atomen besteht, wir auch. Atome sind für die meisten Menschen nicht erfahrbar und direkt sowieso nicht. Das ist meines erachtens auch ein Grund dafür, warum Chemie als schwer verständlich und mysteriös empfunden wird. Um dem Abhilfe zu schaffen ist es an dieser Stelle sinnvoll zu erklären was Atome sind und zu versuchen ein Gefühl für Atome zu vermitteln.
Der Name Atom bedeutet unteilbar. Bereits in der Antike wurde eine kleinste, unteilbare Einheit postuliert, aus der sich Materie zusammensetzt. Etwas später wurde auch postuliert, dass es verschiedene dieser unteilbaren Einheiten gibt. Worin sie sich unterscheiden blieb allerdings lange im Bereich der Spekulation.
Heute wissen wir, dass Atome nicht die kleinsten unteilbaren Einheiten der Materie sind. Sie bestehen selber aus einem positiv geladenem Atomkern und diesen Kern umkreisenden negativ geladenen Elektronen. Da der Atomkern wiederum aus positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen besteht, kann die Ladung des Kerns variieren. Hat man reine Elemente vor sich liegen, gibt es gleich viel Elektronen und Protonen. Das Atom ist dann ungeladen.
Die Atome werden nach ihrer Protonenzahl in verschiedene Elemente aufgeteilt. So hat das Wasserstoffatom ein Proton, das Kohlenstoffatom sechs Protonen und das Silberatom 47 Protonen. In den meisten Periodensystemen steht oberhalb des Elementsystems die Anzahl der Protonen, auch Ordnungszahl genannt.
Wie schon erwähnt ist die Anzahl an Protonen und Elektronen in neutralen Atomen gleich. Die Unterschiede im Verhalten der Elemente rühren von der Anzahl der Elektronen her, die in verschiedenen Schalen angeordnet sind. Warum die Elektronen in den verschiedenen Schalen sind, lässt sich nur über Quantenmechanik erklären, was an dieser Stelle eindeutig zu weit gehen würde.
Schlagworte | Atome, Elemente, Substanzen
Das Duell: Sauer vs. Basisch
Geschrieben am | 13. 10. 08
Chemistry#1 mit CC-Lizenz von YuviPanda
Das Chemie im Alltag auftaucht habe ich ja bereits erwähnt. Heute möchte ich euch erzählen was es mit den Geschmacksrichtungen Sauer und Bitter auf sich hat und wie diese Eigenschaften mit den chemischen Begriffen sauer und basisch zusammenhängen.
Laut der Definition von Bronsted ist eine Säure ein Stoff der Protonen (H+) abgibt, welche in Wasser(H2O) zu H3O+ reagieren. Eine Base ist ein Stoff der Protonen aufnehmen kann. Dadurch entsteht aus Wasser OH-. Die Reaktionsgleichungen sehen so aus:
Die Säure ist hier HA.
Die Base ist hier B.
Uns im Alltag bekannte Säuren sind Essig und Zitronensäure. Das sind beides organische Säuren die aus Organismen gewonnen werden können. Wir kommen mit ihnen1 nur in mit Wasser verdünnter Form in Kontakt. Wenn wir sie zu uns nehmen schmecken wir einen typisch sauren Geschmack. Das kommt daher, dass unsere Zunge über spezielle Rezeptoren verfügt, die mit dem gebildeten H3O+ reagieren.
Uns im Alltag bekannte Basen sind Backpulver und Natronlauge. Natronlauge sollte man nicht probieren, da sie eine sehr starke Base ist und leicht Verätzungen verursacht. Backpulver schmeckt wenn wir es probieren bitter. Das liegt daran, dass wir auch für OH- Rezeptoren auf unserer Zunge haben.
Dazu noch eine kleine Bemerkung am Rande: Ihr wisst sicher, dass im Magen Säure ist die beim Verdauen hilft. Manchmal produziert der Magen aber zuviel Säure. Einige Personen trinken dannach einen Magenbitter um diese überschüßige Säure zu neutralisieren. Ob die so bezeichneten Getränke wirklich helfen sei dahin gestellt, aber im Prinzip beruht die Wirkung auf folgender Reaktion:
Reagiert eine Base mit einer Säure entstehen zwei Wasser. Diese Reaktion heißt Neutralisation.
So und das ist eigentlich auch schon alles was es spannendes über Säuren und Basen zu sagen gibt.
- außerhalb chemischer Labore [back]
Schlagworte | Säure
Das Periodensystem der Elemente
Geschrieben am | 9. 10. 08
Culture Tubes mit CC-Lizenz von Hey Paul
Periodensystem der Elemente aus der Wikicommons
Chemikerinnen benutzen das Periodensystem um abzuschätzen wie und ob eine Bestimmte Substanz herstellbar ist. Ist nähmlich eine Substanz bekannt, kann man über die Verwandschaft der Elemente im Periodensystem abschätzen welche Eigenschaften die Substanz hat, wenn einzelne Atome durch Andere einer anderen Sorte ersetzt werden. Das erspart uns eine ganze Menge Versuche die wir sonst umsonst machen würden.
Das Periodensystem ist ein wunderbares Werkzeug im Kasten der Chemie, ohne das es viele Annehmlichkeiten und Notwendigkeiten die uns umgeben nicht geben würde.
Schlagworte | Elemente, Periodensystem, PSE
Die Elemente
Geschrieben am | 2. 10. 08
unter CC-Lizenz von inocuo
Umgangssprachlich sprechen viele Menschen, besonders solche die etwas esoterisch bewandert sind, von den vier Elementen. Gemeint sind damit Feuer, Wasser, Erde und Luft. Tatsächlich sind dies aber keine wirklichen Elemente, im chemischen Sinn. In der Chemie werden reine Substanzen die aus nur einer Sorte Atome bestehen als Element bezeichnet. Das ist zum Beispiel Gold, oder Kohlenstoff, oder Iod. Schließen sich mehrere Atome verschiedener Sorten zusammen wird dieses, allgemein, als Verbindung bezeichnet. Wasser besteht, z. B., aus Wasserstoff und Sauerstoff.
Damit wir immer wissen wovon in einem chemischen Text die Rede ist, hat jedes Element ein Symbol, dass sich aus ein oder zwei Buchstaben zusammen setzt und sich von seinem lateinischen Namen ableitet. Der Kohlenstoff hat das Symbol C (Carbon), Iod das Symbol I und Gold das Symbol Au (Aurum).
Nicht jedes Element taucht rein, im chemischen heißt das gediegen, in unserer Umwelt auf. Statt dessen treten sie in Verbindung mit anderen Elementen auf. So bilden Natrium (Symbol Na) un Chlor (Symbol Cl) eine Verbindung die wir Umgangssprachlich als Kochsalz, oder Salz bezeichnen (Symbol NaCl). Möchte man hier die reinen Elemente erhalten, muss man ein aufwendiges, enregieintensives Verfahren anwenden.
Element bezeichnet also Atome die alle zur gleichen Sorte gehören. Wasser, Feuer, Erde und Luft werden aus historischen Gründen umgangssprachlich als Elemente bezeichnet, sind in der Tat aber Verbindungen oder Gemische von Verbindungen.
Schlagworte | Atome, Elemente, Stoffe
Was ist Chemie überhaupt?
Geschrieben am | 25. 09. 08
Chemie, mit CC-Lizenz von dlisbona
Die kürzeste Definition für Chemie ist, dass Chemie sich mit stofflichen Umwandlungen befasst. Wissenschaftlerinnen lieben diese kleinen, feinen und präzisen Definitionen. Diese Definition ist vielleicht präzise, aber nicht jede kann sich darunter etwas vorstellen. Deshalb ist es notwendig die Definition etwas zu erläutern.
Das was Chemikerinnen überall auf der Welt untersuchen, ist wie sich ein Stoff, oder eine Substanz in eine Andere verwandeln kann. Manche untersuchen dabei Verwandlungen die in der Natur vorkommen. Dabei versuchen sie von der Natur zu lernen, zu erkennen was passiert und warum das passiert. Andere versuchen Wege zu finden eine bekannte Substanz in eine neue noch unbekannte Substanz zu verwandeln. Diese neuen Substanzen werden dann daraufhin untersucht ob sie wünschenswerte Eigenschaften haben. Solche Eigenschaften könne sein, dass sie besonders gut gegen eine bestimmte Krankheit helfen, wie Salicylsäureester (Aspirin). Oder vielleicht ist die Substanz ein ganz neues Material das leicht ist und trotzdem sehr strapazierfähig.
Der Laie mag das mit dem verwandeln der Substanzen ineinander sehr mysteriös, gerade zu magisch, vorkommen, das ist es aber nicht. Chemie ist unsere alltägliche Begleiterin, beim Backen und putzen wie auch beim Hände waschen. All das sind chemische Prozesse, die Jede von uns kennt und macht. Im Grunde sind wir also alle kleine Chemikerinnen.
Es gibt eine Reihe Prinzipien mit denen man Chemie beschreiben kann. Um diese wirklich grundlegend zu verstehen braucht man zwar ein Hochschulstudium, aber dieses Verständnis ist auch nur dann nötig wenn man Chemikerin sein will. Der Rest von uns kann mit einigen wenigen Grundlagen viele verschiedene Phänomene in unserer Umwelt erklären. Diese Grundlagen werden nach und nach alle auf diesem Blog zu finden sein.
Schlagworte | Alchemie, Definition, Umwandlung « go back
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