Chemische Grundbegriffe
Table of contents |
2 Stoffe und Stoffgruppen 3 Chemische Reaktionen |
Grundlegende Begriffe und Konzepte der Chemie
Stoffe
Die uns umgebende Materie besteht aus Stoffen.
Ein Goldring, eine Goldkette sowie ein Klumpen Gold haben verschiedene Gestalt, der Begriff des chemischen Stoffes abstrahiert aber von der äußeren Form und von der Größe und betont, dass zwischen den drei Gegenständen viele Gemeinsamkeiten bestehen, die im Stoffbegriff "Gold" zusammengefasst werden. Auch von der Größe (dem Volumen und der Masse) wird abstrahiert: ein Tropfen Wasser und die Füllung eines Trinkwasserspeichers haben eine so große Anzahl von Eigenschaften gemein ("flüssig", "durchsichtig" und viele mehr), dass man beides unter dem Stoff "Wasser" zusammenfasst.Reinstoff und Gemisch
Die aus verschiedenen Stoffen bestehende Materie kann dabei als Reinstoff auftreten oder im Gegensatz dazu ein Gemisch aus zwei oder mehreren Stoffen bilden, die lose gemischt, ineinander gelöst oder mechanisch verbunden sein können.
Der Granit zum Beispiel ist - wie man bloßem Auge oder mit einer Lupe erkennen kann - ein Gemisch, und zwar aus Feldspat, Quarz und Glimmer in fester mechanischer Verbindung. Zucker und Zimt bilden beim Verrühren ein loses Gemisch, das beispielsweise durch Sieben wieder getrennt werden kann. Allgemein lassen sich Gemenge meist physikalisch, zum Beispiel mechanisch oder magnetisch, wieder trennen.
Lösungen sind homogene Gemische, das bedeutet sie sind stofflich einheitlich; heterogene Gemische bestehen aus mehreren Phasen.Element und Verbindung
Reinstoffe werden weiter unterteilt in chemische Elemente und chemische Verbindungen. Verbindungen lassen sich mit chemischen oder thermischen Methoden wieder in ihre Ausgangselemente zerlegen.
Elemente lassen sich chemisch nicht weiter zerlegen, daher spricht man von chemischen Elementen.
Nur durch Kernspaltung oder Kernverschmelzung lassen sich Elemente umwandeln. Die Kernverschmelzung erfordert sehr hohe Teilchenenergien und damit sehr hohe Temperaturen und Drücke - wie beispielsweise im Inneren der Sonne herrschen - oder spezielle Beschleuniger.
Durch die mit derartigen Prozessen verbundenen Energien unterscheiden sich solche Kernumwandlungen von chemischen Reaktionen.
Verbindungen enthalten verschiedene Atomsorten, Elemente enthalten Atome, deren Reaktivität alle gleich sind: Elemente enthalten nur eine chemisch unterscheidbare Atomsorte.
Die Kernladungszahl und damit auch die Ordnungszahl aller Atome eines gegebenen Elements ist gleich.
Im Falle der Reinelemente sind auch die Kernmassen aller Atome gleich. Bei den Mischelementen treten verschiedene Isotope auf, die sich chemisch praktisch nicht unterscheiden.
Eine durch Ordnungszahl (Protonenzahl) und Neutronenzahl charakterisierte Atomsorte nennt man Nuklid.
Isotope sind Nuklide eines Elements mit gleicher Ordnungszahl (Anzahl an Protonen), aber verschiedener Neutronenzahl.
Stoffe und Stoffgruppen
Die Stoffe lassen sich nach verschiedenen Kriterien in Kategorien einteilen.
Stofftrennung und Analyse
Die Trennung von Stoffgemischen und die Reinigung von Stoffen erfolgen meist mittels physikalischer Verfahren. Diese machen sich Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel Dichte oder Siedepunkt zunutze und erfolgen ohne Stoffumwandlung. Dennoch gehören sie zu den wichtigsten und häufigsten Aufgaben des Chemikers.
- Adsorption - Chromatographie - Destillation - Extraktion - Filtration - Flotation - Magnetseparation - Sedimentation - Umkristallisieren - Zentrifugation - Zonenschmelzen
- Chemische Trennverfahren können beispielsweise auch zur Racematspaltung angewandt werden. Chemische Trennverfahren benutzen oft Fällungsreaktionen, um einen Stoff aus einer Lösung als Feststoff abzuscheiden. Eine Folge solcher Fällungsreaktionen ist der Trennungsgang.
- Analysenverfahren
- Spektroskopie: Atomabsorptionsspektroskopie - Augerelektronenspektroskopie - Fluoreszensspektroskopie - Infrarotspektroskopie - Kernresonanzspektroskopie - Massenspektroskopie - Mössbauerspektroskopie - Neutronenaktivierungsanalyse - Ramanspektroskopie - Photoelektronenspektroskopie
- Chromatographie: Gaschromatographie - HPLC
- Spektroskopie: Atomabsorptionsspektroskopie - Augerelektronenspektroskopie - Fluoreszensspektroskopie - Infrarotspektroskopie - Kernresonanzspektroskopie - Massenspektroskopie - Mössbauerspektroskopie - Neutronenaktivierungsanalyse - Ramanspektroskopie - Photoelektronenspektroskopie
Chemische Reaktionen
- Eine chemische Reaktion ist eine Stoffumsetzung. Die Reaktionsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell die Umsetzung verläuft; sie kann mit einem Katalysator beschleunigt werden.
- Die Verbrennung ist ein Spezialfall der Oxidation. Der Gegensatz davon ist die Reduktion. Oxidation und Reduktion treten in der Redoxreaktion gemeinsam auf.
- Säuren und Basen reagieren miteinander in der Säure-Base-Reaktion. Ein Spezialfall ist die Neutralisation; dazu müssen im einfachsten Fall der einwertigen und starken Säuren und Basen gleiche Stoffmengen von Säure und Base zusammengegeben werden.
- Die Zerlegung eines Stoffes nennt man auch Analyse. Bei der Synthese wird ein Stoff gezielt hergestellt, wobei oft ein Aufbau des gewünschten Moleküls in mehreren Schritten erfolgt. Die Planung einer Synthese, die von dem Zielmolekül rückwärts zu einfachen Stoffen erfolgt, nennt man Retrosynthese.