Chemie

Thermitreaktion

Chemie ([çeˈmi:]; mittel- und norddeutsch auch [ʃeˈmi:]; süddeutsch: [keˈmi:]) ist eine Naturwissenschaft, die sich mit dem Aufbau, den Eigenschaften und der Umwandlung von Stoffen beschäftigt. Die Stoffportionen enthalten entweder Atome (z. B. Metalle wie Eisen), Moleküle (z. B. flüchtige Stoffe wie Wasser) oder Ionen (z. B. Salze wie Kochsalz). Die in Atomen, Molekülen und Ionen enthalten Elektronenhüllen, und insbesondere die Vorgänge in diesen bei chemischen Reaktionen, sind von großer Bedeutung.

Zentrale Konzepte der Chemie sind chemische Reaktionen und chemische Bindungen. Durch chemische Reaktionen ändern sich chemische Bindungen: diese können gebildet und gebrochen werden. Dabei verändert sich die Elektronenaufenthaltswahrscheinlichkeit in den Elektronenhüllen der bei einer Reaktion beteiligten Stoffe und damit deren Eigenschaften. Die Herstellung von Stoffen mit von der Menschheit benötigten Eigenschaften ist heute das zentrale Anliegen der Chemie.

Traditionell wird die Chemie in Teilgebiete unterteilt. Die wichtigsten davon sind die Organische Chemie, die kohlenstoffhaltige Verbindungen untersucht, die Anorganische Chemie, die die Elemente des Periodensystems und deren Verbindungen behandelt, sowie die Physikalische Chemie, die sich mit den grundlegenden Phänomenen, die der Chemie zu Grunde liegen, beschäftigt.

Die Chemie entstand in ihrer heutigen Form als exakte Naturwissenschaft im 17. und 18. Jahrhundert allmählich aus der Anwendung rationalen Schlussfolgerns, basierend auf Beobachtungen und Experimenten der Alchemie. Einige der ersten großen Chemiker waren Robert Boyle, Humphry Davy, Jöns Jakob Berzelius, Joseph Louis Gay-Lussac, Joseph Louis Proust, Marie, Antoine Lavoisier und Justus von Liebig. Die Chemie, für altägyptisch kemi „schwarz[e Erden], hat ihre Wurzeln in Ägypten. Gebildete Menschen beschäftigte damals die Frage, weshalb die für Ackerbau genutzten Uferregionen nach der Flut des Nils deutlich mehr Ertrag an Lebensmitteln ermöglichten als vor der Flut. Deshalb untersuchten sie den durch die Flut abgelagerten schwarzen Schlamm.

Die chemische Industrie zählt zu den wichtigsten Industriezweigen. Sie stellt Stoffe her, deren Eigenschaften von modernen Menschen zur Herstellung von Alltagsgegenständen (z. B. Grundchemikalien, Kunststoffe, Lacke), Lebensmitteln (z. B. Düngemittel und Pestizide) oder zur Verbesserung der Gesundheit (z. B. Pharmazeutika) benötigt werden.

Wortherkunft

Gravur von Pieter Brueghel dem Älteren: Der Alchemist

Die Bezeichnung Chemie entstand aus griechisch χημεία chimeía „[Kunst der Metall]Gießerei“ im Sinne von „Umwandlung“. Die heutige Schreibweise Chemie wurde vermutlich erstmals von Johann Joachim Lange im Jahre 1750–1753[1] eingeführt und ersetzte zu Beginn des 19. Jahrhunderts das seit dem 17. Jahrhundert bestehende Wort Chymie, das wahrscheinlich eine Vereinfachung und Umdeutung des seit dem 13. Jahrhundert belegten Ausdrucks Alchimie „Kunst des Goldherstellens“ war, welches wiederum selbst eine mehrdeutige Etymologie aufweist (zu den Konnotationen vergleiche die Etymologie des Wortes Alchemie[2]: Das Wort wurzelt wohl in arabisch al-kīmiyá, welches unter anderem „Stein der Weisen“ bedeuten kann, eventuell aus altgriechisch χυμεία chymeía „Gießung“ oder aus koptisch/ altägyptisch kemi „schwarz[e Erden]“, vergleiche hierzu auch Kemet).

Allgemeines

Die Chemie befasst sich mit den Eigenschaften der Elemente und Verbindungen, mit den möglichen Umwandlungen eines Stoffes in einen anderen, macht Vorhersagen über die Eigenschaften für bislang unbekannte Verbindungen, liefert Methoden zur Synthese neuer Verbindungen und Messmethoden, um die chemische Zusammensetzung unbekannter Proben zu entschlüsseln.

Obwohl alle Stoffe aus vergleichsweise wenigen „Bausteinsorten“, nämlich aus etwa 80 bis 100 der 118 bekannten Elemente aufgebaut sind, führen die unterschiedlichen Kombinationen und Anordnungen der Elemente zu einigen Millionen sehr unterschiedlichen Verbindungen, die wiederum so unterschiedliche Materieformen wie Wasser, Sand, Pflanzen- und Tiergewebe oder Kunststoffe (z. B. PVC) aufbauen. Die Art der Zusammensetzung bestimmt schließlich die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe und macht damit die Chemie zu einer umfangreichen Wissenschaft.

Fortschritte in den verschiedenen Teilgebieten der Chemie sind oftmals die unabdingbare Voraussetzung für neue Erkenntnisse in anderen Disziplinen, besonders in den Bereichen Biologie und Medizin, aber auch im Bereich der Physik und der Ingenieurwissenschaften. Außerdem erlauben sie es häufig, die Produktionskosten für viele Industrieprodukte zu senken. Beispielsweise führen verbesserte Katalysatoren zu schnelleren Reaktionen und dadurch zur Einsparung von Zeit und Energie in der Industrie. Neu entdeckte Reaktionen oder Substanzen können alte ersetzen und somit ebenfalls von Interesse in der Wissenschaft und Industrie sein.

  • Für die Medizin ist die Chemie bei der Suche nach neuen Medikamenten und bei der Herstellung von Arzneimitteln unentbehrlich.
  • Die Ingenieurwissenschaften suchen häufig, je nach Anwendung, nach maßgeschneiderten Materialien (leichte Materialien für den Flugzeugbau, beständige und belastbare Baustoffe, hochreine Halbleiter…). Deren Synthese ist eine der Aufgaben der Chemie.
  • In der Physik werden zum Beispiel zur Durchführung von Experimenten oft hochreine Stoffe benötigt, deren Herstellung spezielle Synthesemethoden erfordern.

Wirtschaftliche Bedeutung der Chemie

Hochhaus des Chemiekonzerns BASF

Die chemische Industrie ist – gerade auch in Deutschland – ein sehr bedeutender Wirtschaftszweig: In Deutschland liegt der Umsatz der Chemieindustrie bei über 100 Milliarden Euro, die Zahl der Beschäftigten lag nach der Wiedervereinigung Deutschlands bei über 700.000 und ist jetzt unter 500.000 gesunken. Sie stellt einerseits Grundchemikalien wie beispielsweise Schwefelsäure oder Ammoniak her, oft in Mengen von Millionen von Tonnen jährlich, die sie dann zum Beispiel zur Produktion von Düngemitteln und Kunststoffen verwendet. Andererseits produziert die chemische Industrie viele komplexe Stoffe, unter anderem pharmazeutische Wirkstoffe (Arzneistoffe) und Pflanzenschutzmittel (Pestizide), maßgeschneidert für spezielle Anwendungen. Auch die Herstellung von Computern, Kraft- und Schmierstoffen für die Automobilindustrie und vielen anderen technischen Produkten ist ohne industriell hergestellte Chemikalien unmöglich.

Chemie im Alltag

Verbrennung: eine chemische Reaktion

Chemische Reaktionen im Alltag finden zum Beispiel beim Kochen, Backen oder Braten statt, wobei oft gerade die hier ablaufenden, recht komplexen Stoffumwandlungen zum typischen Aroma der Speise beitragen. Nahrung wird bei körpereigenen Abbauvorgängen chemisch in ihre Bestandteile zerlegt und auch in Energie umgewandelt. Eine gut beobachtbare chemische Reaktion ist die Verbrennung.

Haarfärbung, Verbrennungsmotoren, Handy-Displays, Waschmittel, Dünger, Arzneimittel u. v. m. sind weitere Beispiele für Anwendungen der Chemie im alltäglichen Leben.

Im Alltag wird der Begriff „Chemie“ oft in einem eingeschränkten Sinn als Abkürzung für „Produkt der chemischen Industrie“ verwendet, zum Beispiel bei der Chemischen Reinigung: Diese reinigt Textilien mit (synthetischen) Lösungsmitteln. Der Reinigungsvorgang selbst ist in der Regel ein Lösen der Verunreinigung (beispielsweise eines Fettflecks) im Lösungsmittel und damit kein chemischer Prozess (Stoffumwandlung) im eigentlichen Sinne, sondern ein physikalischer Vorgang (Lösen). Im Gegensatz dazu ist das manchmal als „Putzen ohne Chemie“ gepriesene Auflösen von Kalkflecken mit Essig oder Zitronensaft sehr wohl ein chemischer Vorgang, da dabei festes Calciumcarbonat (Kalk) durch die Säuren zu löslichen Calciumsalzen und Hydrogencarbonat bzw. Kohlenstoffdioxid umgesetzt wird.

Ausbildung

Schulunterricht

→ Hauptartikel: Chemieunterricht (zu den Inhalten) und Chemiedidaktik (zum Konzept)

Es ist Aufgabe des Chemieunterrichts, einen Einblick in stoffliche Zusammensetzung, Stoffgruppen und stoffliche Vorgänge der Natur zu geben. Stoffumwandlungen in der belebten und unbelebten Natur beruhen ebenfalls auf chemischen Reaktionen und sollten als solche erkannt werden können. Ebenso sollte aus der Vermittlung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse Verständnis für die moderne Technik und eine positive Einstellung dazu aufgebaut werden, da gerade die Chemie durch Einführung neuer Produkte einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Lebensbedingungen des Menschen geleistet hat. Nicht zuletzt dient der Chemieunterricht auch dazu, die Schüler zu mündigen Verbrauchern zu erziehen. Er wird aus diesem Grund nach Lehrplänen (Curricula) und pädagogischen Konzepten gestaltet (Chemiedidaktik).

Beruf

Es ist möglich als Chemielaborant in Betrieb und Berufsschule im so genannten Dualen System ausgebildet zu werden. Ein weiterer Ausbildungsberuf für die Arbeit im Chemielabor ist der Chemisch-Technischer Assistent (CTA). Der Chemikant (auch Chemie- und Pharmatechnologe oder früher Chemiefacharbeiter) ist ein Ausbildungsberuf für Mitarbeiter in der chemischen Industrie

Viele Universitäten bieten einen Studiengang Chemie an. Ein Großteil der Chemiker schließt im Anschluss an das Studium eine Promotion an.

Hobby

Das Durchführen chemischer Experimente im Rahmen der Hobbychemie eine verbreitete Freizeittätigkeit.

Ansehen der Chemie

Datei:Jahr der Chemie 2003.svg
Logo des Jahrs der Chemie
Der folgende Abschnitt ist nicht hinreichend mit Belegen (beispielsweise Einzelnachweisen) ausgestattet. Die fraglichen Angaben werden daher möglicherweise demnächst entfernt. Bitte hilf der Wikipedia, indem du die Angaben recherchierst und gute Belege einfügst. Näheres ist eventuell auf der Diskussionsseite oder in der Versionsgeschichte angegeben. Bitte entferne zuletzt diese Warnmarkierung.
Schlechtes Ansehen der Chemie in der deutschen Öffentlichkeit (gibt es eine glaubwürdige Umfrage?); "Viel Fachleute" (welche?) --Mober 03:22, 14. Jan. 2012 (CET)

Die Chemie hat in der deutschen Öffentlichkeit – auch aufgrund von Chemiekatastrophen und Umweltskandalen – ein relativ schlechtes Ansehen[3][4]. Dies beruht jedoch auch auf der abgehoben wirkenden, teils unverständlichen Sprache sowie der eigenen Formelsprache für chemische Verbindungen sowie Reaktionsgleichungen[4].

Viele Fachleute empfinden dies angesichts des Nutzens und der allgemeinen Bedeutung der Chemie als nicht gerechtfertigt, weil in Europa unter anderem aufgrund der strikten Gesetzgebung (Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung) eine weitgehend sichere Handhabung von Chemikalien gewährleistet ist. Um das Ansehen der Chemie zu verbessern, wurde das Jahr 2003 von verschiedenen Trägerorganisationen zum „Jahr der Chemie“ erklärt. 2011 wurde von der UN (in Zusammenarbeit mit der UNESCO und der IUPAC) zum „Internationalen Jahr der Chemie“ erklärt.[5]

Geschichte

Die „alchemistischen Figuren“ des Nikolaus Flamel


Die Chemie in der Antike bestand im angesammelten praktischen Wissen über Stoffumwandlungsprozesse und den naturphilosophischen Anschauungen der Antike. Die Chemie im Mittelalter entwickelte sich aus der Alchemie, die in China, Europa und Indien schon seit Jahrtausenden praktiziert wurde.

Die Alchemisten beschäftigten sich sowohl mit der Veredlung der Metalle (Herstellung von Gold aus anderen unedlen Metallen) als auch mit der Suche nach Arzneimitteln bzw. einem Allheilmittel für Krankheiten. Insbesondere für die Herstellung von Gold suchten die Alchemisten nach einem Elixier (Philosophen-Stein, Stein der Weisen), das die unedlen („kranken“) Metalle in edle („gesunde“) Metalle umwandeln sollte. Im medizinischen Zweig der Alchemie wurde ebenfalls nach einem Elixier gesucht, dem Lebenselixier, ein Heilmittel für alle Krankheiten, das schließlich auch Unsterblichkeit verleihen würde. Kein Alchimist hat allerdings je den Stein der Weisen oder das Lebenselixier entdeckt.

Bis zum Ende des 16. Jahrhunderts basierte die Vorstellungswelt der Alchemisten in der Regel nicht auf wissenschaftlichen Untersuchungen, sondern auf Erfahrungstatsachen und empirischen Rezepten. Alchemisten führten eine große Auswahl Experimente mit vielen Substanzen durch, um ihre Ziele zu erreichen. Sie notierten ihre Entdeckungen und verwendeten für ihre Aufzeichnungen die gleichen Symbole, wie sie auch in der Astrologie üblich waren. Die mysteriöse Art ihrer Tätigkeit und die dabei oftmals fabrizierten farbigen Flammen, Rauch oder Explosionen führten dazu, dass sie als Magier und Hexer bekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten die gleichen Apparaturen, wie sie heute noch in der chemischen Verfahrenstechnik verwendet werden.

Albertus Magnus; Fresko (1352), Treviso, Italien

Ein bekannter Alchimist war Albertus Magnus. Er befasste sich als Kleriker mit diesem Themenkomplex und fand bei seinen Experimenten ein neues chemisches Element, das Arsen. Erst mit Paracelsus wandelte sich die Alchemie von einer mehr empirischen zu einer mehr experimentellen Wissenschaft, die zur Basis der modernen Chemie wurde.

Chemielabor des 18. Jahrhunderts

Die Chemie in der Neuzeit erhielt als Wissenschaft entscheidende Impulse im 18. und 19. Jahrhundert: Sie wurde auf die Basis von Messvorgängen und Experimenten gestellt – den Gebrauch der Waage sowie die Beweisbarkeit von Hypothesen und Theorien über Stoffe und Stoffumwandlungen.

Die Arbeiten von Justus von Liebig über die Wirkungsweise von Dünger begründeten die Agrarchemie und lieferten wichtige Erkenntnisse über die anorganische Chemie. Die Suche nach einem synthetischen Ersatz für den Farbstoff Indigo zum Färben von Textilien waren der Auslöser für die bahnbrechenden Entwicklungen der organischen Chemie und der Pharmazie. Auf beiden Gebieten hatte man in Deutschland bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts eine absolute Vorrangstellung. Dieser Wissensvorsprung ermöglichte es beispielsweise, den zur Führung des Ersten Weltkrieges notwendigen Sprengstoff statt aus importierten Nitraten mit Hilfe der Katalyse aus dem Stickstoff der Luft zu gewinnen (siehe Haber-Bosch-Verfahren).

Die Autarkiebestrebungen der Nationalsozialisten gaben der Chemie als Wissenschaft weitere Impulse. Um von den Importen von Erdöl unabhängig zu werden, wurden Verfahren zur Verflüssigung von Steinkohle entwickelt (Fischer-Tropsch-Synthese). Ein weiteres Beispiel war die Entwicklung von synthetischem Kautschuk für die Herstellung von Fahrzeugreifen.

In der heutigen Zeit ist die Chemie ein wichtiger Bestandteil der Lebenskultur geworden. Chemische Produkte umgeben uns überall, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Allerdings haben Unfälle der chemischen Großindustrie wie beispielsweise die von Seveso und Bhopal der Chemie ein sehr negatives Image verschafft, so dass Slogans wie „Weg von der Chemie!“ sehr populär werden konnten.

Die Forschung entwickelte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert soweit, dass vertiefende Studien des Atombaus nicht mehr zum Bereich der Chemie gehören, sondern zur Atomphysik bzw. Kernphysik. Diese Forschungen lieferten dennoch wichtige Erkenntnisse über das Wesen der chemischen Stoffwandlung und der chemischen Bindung. Weitere wichtige Impulse gingen dabei auch von Entdeckungen in der Quantenphysik aus (Elektronen-Orbitalmodell).

Berühmte Chemiker

  • Bedeutende Chemiker (chronologisch) (nach Geburtsdatum geordnet)
  • Bedeutende Chemiker (alphabetisch)
  • Bedeutende Chemiker (Kategorien) (nach den Fachgebieten geordnet, dort alphabetisch)
  • Liste der Nobelpreisträger für Chemie

Fachrichtungen

Kategorie:Teilgebiet der Chemie

Die Chemie wird aus traditionellen Gründen in die organische und anorganische Chemie unterteilt, wobei etwa um 1890 auch noch die physikalische Chemie hinzukam.

Seit der Harnstoffsynthese 1828 von Friedrich Wöhler, bei der die organische Substanz Harnstoff aus der anorganischen Verbindung Ammoniumcyanat hergestellt wurde, verwischen sich die Grenzen zwischen Stoffen aus der unbelebten (den „anorganischen“ Stoffen) und der belebten Natur (den organischen Stoffen). So stellen Lebewesen auch eine Vielzahl anorganischer Stoffe her, während im Labor fast alle organischen Stoffe hergestellt werden können.

Die traditionelle, aber auch willkürliche Unterscheidung zwischen anorganischer und organischer Chemie wurde aber dennoch beibehalten. Ein Grund besteht darin, dass die organische Chemie stark vom Molekül bestimmt wird, die anorganische Chemie jedoch oft von Ionen, Kristallen, Komplexverbindungen und Kolloiden. Ein weiterer ist, dass sich die Reaktionsmechanismen und Stoffstrukturen in der Anorganik und Organik vielfach unterscheiden.

Eine weitere Möglichkeit ist es, die Chemie nach der Zielrichtung in die untersuchende, 'zerlegende' Analytische Chemie und in die aufbauende, produktorientierte Präparative- oder Synthetische Chemie aufzuspalten. In der Lehrpraxis der Universitäten ist die Analytische Chemie oft als Unterrichtsfach vertreten, während die Präparative Chemie im Rahmen der organischen oder anorganischen Chemie behandelt wird.

Es gibt natürlich noch weitere Fachgebiete, doch die hier geschilderten sollen einen groben Überblick verschaffen.

Allgemeine Chemie

Periodensystem der Elemente


Unter Allgemeiner Chemie werden die Grundlagen der Chemie verstanden, die in fast allen chemischen Teilgebieten von Bedeutung sind. Sie stellt somit das begriffliche Fundament der gesamten Chemie dar: den Aufbau des Atoms, das Periodensystem der Elemente (PSE), die Chemische Bindung, die Grundlagen der Stöchiometrie, Säuren, Basen und Salze und chemische Reaktionen.

Im Gegensatz zu anderen naturwissenschaftlichen Disziplinen gibt es in der Chemie den Terminus Technicus „Allgemeine Chemie“ (eine „Allgemeine Physik“ gibt es nicht). Insofern steht die Allgemeine Chemie am Anfang jeder näheren Beschäftigung mit der Chemie.

Anorganische Chemie

Strukturformel der Phosphorsäure
Zeolithe (mikroporöse Stoffe)


Diese auch Anorganik genannte Richtung umfasst, einfach ausgedrückt, die Chemie aller Elemente und Verbindungen, die nicht ausschließlich Kohlenstoffketten enthalten, denn diese sind Gegenstände der organischen Chemie. Die anorganische Chemie beschäftigt sich beispielsweise mit den Mineralsäuren, Metallen, und anderen kohlenstofffreien Verbindungen, aber auch mit Kohlendioxid, den Säuren Cyanwasserstoff (Blausäure) und Kohlensäure sowie mit deren Salzen. Verbindungen, die sich nicht genau einteilen lassen fallen in den Bereich der Organometallchemie. Die Bioanorganische Chemie überschneidet sich hingegen thematisch mehr mit der Biochemie.

In der klassischen Anorganik geht es um kleine Moleküle oder überhaupt um Salze bzw. Metalle, daher reicht eine Summenformel meist aus. In der Komplexchemie, wo es dennoch Isomere gibt, werden verständlicherweise wie in der organischen Chemie systematische Namen und Strukturformeln benötigt. Oft orientieren sich diese dabei sogar an denen von ähnlich aufgebauten Substanzen in der organischen Chemie (siehe beispielsweise Silane). Die moderne anorganische Chemie befasst sich damit der Strukturbildung (Strukturchemie) von Molekülen und Festkörpern (Festkörperchemie) um zum Beispiel neue Werkstoffe mit speziellen physikalischen und chemischen zu erschaffen oder dem komplexen Verhalten von Teilchen in Lösungen (Kolloidchemie).

Historische Definition: Die Anorganische Chemie befasst sich mit den chemischen Elementen und Reaktionen der Stoffe, die nicht von organischem Leben (mit Hilfe der hypothetischen Lebenskraft) erzeugt werden.

Organische Chemie

Kalottenmodelle einiger Kohlenwasserstoffe.


Die organische Chemie (auch Organik) ist die Chemie des Elementes Kohlenstoff und nur wenigen anderen Elementen, besitzt dennoch die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen. Durch die Vielzahl an Strukturelementen enthält schon alleine die Chemie der Kohlenwasserstoffe eine gewaltige Zahl an unterschiedlichen Substanzen, die sich nur in unterschiedlichen Bindungsarten, Anordnungen (Isomerie) oder überhaupt nur an der Struktur (Stereochemie) unterscheiden. Hinzu kommt noch, dass häufig auch Fremdatome im Kohlenwasserstoffgerüst eingebaut sind. Um diese Unzahl an Verbindungen einwandfrei zu identifizieren, genügen keine Summenformeln mehr. Aus diesem Grund gibt es die IUPAC-Nomenklatur, die jeder Substanz (auch jeder anorganischen) einen eindeutigen, systematischen Namen zuweisen, obwohl gerade bei organischen Stoffen oft Trivialnamen (gewohnte Bezeichnungen; z. B.: Essigsäure) vorhanden sind. Die organische Chemie teilt daher ihre Verbindungen in funktionelle Gruppen mit ähnlichen chemischen Eigenschaften ein und wird anhand von vergleichbaren Reaktionsmechanismen gelehrt.

Historische Definition: Früher dachte man, dass organische Substanzen, wie schon das Wort „organisch“ sagt, nur von Lebewesen hergestellt werden können. Man schrieb dies einer so genannten „vis vitalis“, also einer „Lebenskraft“ zu, die in diesen Substanzen verborgen sei. Diese Theorie war lange Zeit unangefochten, bis es Friedrich Wöhler 1828 gelang, erstmals eine anorganische Substanz im Labor in eine organische umzuwandeln. Wöhlers berühmte Harnstoffsynthese aus Ammoniumcyanat durch Erhitzen auf 60 °C:

Die Strukturaufklärung und Synthese von natürlichen Stoffen ist Bestandteil der Naturstoffchemie. Heutzutage ist der Erdölverarbeitende Sektor (Petrochemie) wirtschaftlich von Bedeutung, da er Ausgangsstoffe für zahlreiche großtechnische Synthese liefert.

Physikalische Chemie

Walther Nernst


Bei der physikalischen Chemie handelt es sich um den Grenzbereich zwischen Physik und Chemie. Während in der präparativen Chemie (Organik, Anorganik) die Fragestellung zum Beispiel ist: „Wie kann ich einen Stoff erzeugen“, beantwortet die physikalische Chemie stärker quantitative Fragen, zum Beispiel „Unter welchen Bedingungen findet eine Reaktion statt?“ (Thermodynamik), „Wie schnell ist die Reaktion“ (Kinetik). Sie liefert auch die Grundlage für analytische Verfahren (Spektroskopie) oder technische Anwendungen (Elektrochemie, Magnetochemie und Nanochemie). In Überschneidung mit der Meteorologie auch Atmosphärenchemie.

Die an Bedeutung gewinnende theoretische Chemie, Quantenchemie oder Molekularphysik versucht, Eigenschaften von Stoffen, chemischer Reaktionen und Reaktionsmechanismen anhand von physikalischen Modellen, wie zum Beispiel der Quantenmechanik oder Quantenelektrodynamik und numerischen Berechnungen zu ergründen.

Die Physikalische Chemie wurde um 1890 vor allem von Svante Arrhenius, Jacobus Henricus van ’t Hoff und Wilhelm Ostwald begründet. Letzterer war auch erster Herausgeber der 1887 gemeinsam mit van ’t Hoff gegründeten Zeitschrift für physikalische Chemie und hatte in Leipzig den ersten deutschen Lehrstuhl für Physikalische Chemie inne.

Das erste eigenständige Institut für Physikalische Chemie wurde 1895 von Walther Nernst, der sich bei Ostwald habilitiert hatte, in Göttingen gegründet. Weitere spezifisch der Physikalischen Chemie gewidmete Institute folgten dann in rascher Folge in Leipzig (1897), Dresden (1900), Karlsruhe (1903), Breslau, Berlin (1905) und andernorts.

Chemiker und Physiker, die vorwiegend im Bereich der Physikalischen Chemie tätig sind, werden auch als Physikochemiker bezeichnet.

Biochemie

Hauptartikel: Biochemie

Die Biochemie ist die Grenzdisziplin zur Biologie und befasst sich mit der Aufklärung von Stoffwechsel-Vorgängen, Vererbungslehre auf molekularer Ebene (Genetik) und der Strukturaufklärung und der Synthese (Molekulardesign) von großen Biomolekülen. Die Anwendung der Biochemie im technischen Bereich wird als Biotechnologie bezeichnet. Sie überschneidet sich mit den angrenzenden Disziplinen Pharmazeutische Chemie und Medizinische Chemie.

Theoretische Chemie

Linus Pauling


Theoretische Chemie ist die Anwendung nichtexperimenteller (üblicherweise mathematischer oder computersimulationstechnischer) Methoden zur Erklärung oder Vorhersage chemischer Phänomene. Man kann die Theoretische Chemie grob in zwei Richtungen unterteilen: Einige Methoden basieren auf Quantenmechanik (Quantenchemie), andere auf der statistischen Thermodynamik (Statistische Mechanik). Wichtige Beiträge zur theoretischen Chemie bzw. physikalischen Chemie leisteten Linus Carl Pauling, John Anthony Pople, Walter Kohn und John C. Slater.

Präparative Chemie

Dieses Teilgebiet der Chemie ist gewissermaßen das Gegenteil der analytischen Chemie und befasst sich mit Synthesen von chemischen Verbindungen. Die anderen Teilbereiche sind im Wesentlichen präparativ ausgerichtet, da es eine Hauptaufgabe der Chemie ist, Verbindungen entweder im kleinen Maßstab oder in großen Mengen, wie im Rahmen der technischen Chemie, zu synthetisieren. Insofern ist die präparative Chemie ein wesentlicher Bestandteil der Chemikerausbildung. Sie spielt ebenfalls eine bedeutende Rolle in mit der Chemie sich überschneidenden Gebieten, wie der pharmazeutischen Chemie bzw. pharmazeutischen Technologie.

Analytische Chemie

Die Analytische Chemie beschäftigt sich mit der qualitativen Analyse (welche Stoffe sind enthalten?) und der quantitativen Analyse (wie viel von der Substanz ist enthalten?) von Stoffen. Während die klassische analytische Chemie noch stark auf aufwendige Trennungsgänge um verschiedene Substanzen zu isolieren und Nachweisreaktionen im Reagenzglas aufbaute, so werden heutzutage diese Fragestellungen in der instrumentellen Analytik mit hohem apparativen Aufwand bearbeitet.

Man unterteilt auch hier in Anorganische analytische Chemie und Organische analytische Chemie. Hier haben sich zahlreiche Spezialgebiete herausgestellt: zum Beispiel die Klinische Chemie in Überschneidung mit der Medizin (vergleiche Labormedizin) und Toxikologie oder die Lebensmittelchemie. Für manche Verfahren in der Mikrochemie und Spurenanalytik werden nur noch kleinste Substanzmengen benötigt.

Technische Chemie

Fritz Haber, 1918


Die Technische Chemie beschäftigt sich mit der Umsetzung von chemischen Reaktionen im Labormaßstab auf großmaßstäbliche Industrieproduktion.

Chemische Reaktionen aus dem Labor lassen sich nicht ohne weiteres auf die großindustrielle Produktion übertragen. Die technische Chemie beschäftigt sich daher mit der Frage, wie aus einigen Gramm Produkt im Labor viele Tonnen desselben Produktes in einer Fabrik entstehen.

Etwas abstrakter ausgedrückt: Die technische Chemie sucht nach den optimalen Bedingungen für die Durchführung technisch relevanter Reaktionen; dies geschieht empirisch oder mehr und mehr durch eine mathematische Optimierung auf der Grundlage einer modellhaften Beschreibung des Reaktionsablaufs und des Reaktors.

Vorbereitung → Reaktion → Aufbereitung

Nahezu jede Produktion in der chemischen Industrie lässt sich in diese drei Schritte gliedern. Zunächst müssen dabei die Edukte vorbereitet werden. Sie werden eventuell erhitzt, zerkleinert oder komprimiert. Im zweiten Schritt findet die eigentliche Reaktion statt. Im letzten Schritt wird schließlich das Reaktionsgemisch aufbereitet. Mit der Vorbereitung und der Aufbereitung beschäftigt sich die chemische Verfahrenstechnik. Mit der Reaktion im technischen Maßstab beschäftigt sich die Chemische Reaktionstechnik.

Quellen und weiterführende Informationen

Einzelnachweise

  1. Hans Schimank: „Der Chemiker im Wandel der Zeiten“, Verlag Chemie, Weinheim 1972, S. 214
  2. Kluge Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache, 24. Auflage, ISBN 3-11-017473-1
  3. Benedikt Gries: Nachhaltigkeit an Hochschulen- Beitrag für eine Konzeption einer nachhaltigen Hochschule Fulda. GRIN Verlag, 2008, ISBN 9783640154890, S. 36.
  4. 4,0 4,1 Guido Kickelbick: Chemie für Ingenieure. Pearson Deutschland 2008, ISBN 9783827372673, S. 19.
  5. Deutsche UNESCO-Kommission e.V.: Internationales Jahr der Chemie 2011.

Literatur

Sachbücher

  • Charles E. Mortimer: Chemie – Das Basiswissen der Chemie. Thieme, 2003, ISBN 3-13-484308-0.
  • Joachim Kranz, Manfred Kuballa: Chemie im Alltag. Berlin 2003, ISBN 3-589-21692-1.
  • Pedro Cintas: Der Weg zu chemischen Namen und Eponymen: Entdeckung, Priorität und Würdigung. In: Angewandte Chemie. 116(44) (2004), ISSN 0044-8249, S. 6012–6018.

Allgemeinverständliche Chemie-Zeitschriften

Chemische Fachzeitschriften (Auswahl)

Organisationen

  • American Chemical Society
  • Deutsche Bunsen-Gesellschaft für Physikalische Chemie
  • Gesellschaft Deutscher Chemiker
  • International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC)
  • Royal Society of Chemistry
  • Société Francaise de Chimie

Weblinks

 Portal:Chemie – Übersicht zu Wikipedia-Inhalten zum Thema Chemie

 Commons: Chemie – Album mit Bildern, Videos und Audiodateien
Wikibooks Wikibooks: Chemie – Lern- und Lehrmaterialien
 Wikiquote: Chemie – Zitate
 Wikisource: Chemie – Quellen und Volltexte
Wiktionary Wiktionary: Chemie – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

News mit dem Thema "Chemie"

11.11.2021
Zytologie | Biochemie
Wer die Fresszelle antreibt
Wenn die Chemie nicht stimmt, bleibt die Wunde unversorgt: Das Enzym CK1α beeinflusst die Wanderung von Riesenfresszellen, die an der Immunabwehr des Körpers beteiligt sind.
27.10.2021
Land-, Forst- und Viehwirtschaft
Mehr Vielfalt ohne Chemie
Studie analysiert erstmals langjährig konventionell und ökologisch bewirtschaftete Ackerflächen parallel zu solchen, auf denen nie Pflanzenschutzmittel eingesetzt wurden.
29.09.2021
Mikrobiologie | Genetik | Biochemie
Molekulare Lockenwickler fördern bakterielle Biofilme
Um die Entstehung gewebeartiger Strukturen zu steuern – sogenannter Biofilme –, bildet das Protein RemA einen Ring, um den sich die DNA wickelt.
06.08.2021
Mikrobiologie | Genetik | Biochemie
Vom Schalten und Walten in Bakterien
Wie halten sich Krankheiten auslösende Bakterien am Leben?
25.05.2021
Ökologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Schrumpfende Gletscher verändern die Nährstoffversorgung des Ozeans
Die Eisschilde der Erde schrumpfen aufgrund steigender Temperaturen.
02.10.2020
Biochemie
Fahndung nach der Chemie des Lebens
Auf der Suche nach dem Ursprung des Lebens hat ein Forschungsteam mit der Röntgenlichtquelle PETRA III einen alternativen Pfad aufgezeigt, wie das typische Muster des Erbgutmoleküls DNS entstanden sein könnte.
17.08.2020
Anthropologie | Botanik | Biochemie
Wirkung von Obst und Gemüse aus Sicht der Lebensmittelchemie
Warum sind Obst und Gemüse gesund?
10.08.2020
Klimawandel
Waldschutz ist besser für Klima als Holznutzung: Studie vom Februar mehrfach widerlegt
Das Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena verbreitete im Februar 2020 eine Studie, die zeigen sollte, dass nachhaltig bewirtschaftete Wälder das Klima besser schützen als unbewirtschaftete Wälder.
04.08.2020
Botanik | Ökologie
Verrotten von Pflanzenresten unter dem Einfluss von Chemie
Das schlechtere Verrotten von Pflanzenresten unter dem Einfluss von Chemikalien ist auf die Beeinträchtigung der Biodiversität zurückzuführen.
17.06.2020
Evolution | Biochemie
Die Verwandtschaft der Proteine
Proteine steuern als eines der wichtigsten Biomoleküle das Leben - als Enzyme, Rezeptoren, Signal- oder Strukturmoleküle.
18.05.2020
Biochemie
Chemieforschung: Tiefe Einblicke in die intermolekulare Energieübertragung im Wasser
Wasser ist eine für das Leben essentielle Substanz.
12.05.2020
Botanik | Immunologie | Parasitologie
Große Artenvielfalt – viele Heilpflanzen
Heilpflanzen mit ihrem reichen Repertoire an anti-infektiven Substanzen waren seit jeher wichtige Helfer des Menschen im Überlebenskampf gegen Krankheitserreger und Parasiten.
05.05.2020
Botanik | Biochemie
Wie Pflanzen sehen
Pflanzen leben von Licht, doch die Photosynthese ist dabei nur ein Teil des Ganzen. So besitzen alle Pflanzen Phytochrome – spezielle Moleküle, die den Pflanzen eine Art von Sehvermögen vermitteln und damit die Biochemie der Zelle und die Entwicklung der Pflanze steuern können. Inzwischen weiß man, dass Phytochrome fast ein Viertel des Pflanzengenoms regulieren. Unklar war bislang jedoch, wie Phytochrome genau funktionieren: Wie wird das Licht aufgenommen?
28.04.2020
Virologie | Biochemie | Video
Wie das Coronavirus sein Erbgut vermehrt
Wenn sich ein Mensch mit dem neuartigen Coronavirus SARS-CoV-2 infiziert, vermehrt sich der Erreger in dessen Zellen rasend schnell.
24.04.2020
Biochemie
Ein “Korsett” für die Enzymstruktur
Die Struktur von Enzymen entscheidet darüber, wie sie lebenswichtige Vorgänge wie etwa die Verdauung oder die Immunabwehr steuern.
03.03.2020
Mykologie | Biochemie
Spinnenbiss führt zu neuen Wirkstoffen
Der Biss einer Spinne verursachte eine schwere Entzündung und kostete einer Australierin den Unterarm.
17.02.2020
Anthropologie | Anatomie | Paläontologie
Die Ernährungsweise fossiler Wirbeltiere rekonstruieren
Aus prähistorischer Zeit liegen bisher nur wenig gesicherte Erkenntnisse über die Ernährung der damaligen Tiere und Menschen vor.
04.02.2020
Zytologie | Genetik
Dem Geheimnis der Zellregulation auf der Spur
Ribonukleinsäuren (RNA) sorgen dafür, dass die Blaupause im Zellkern in lebenswichtige Proteine übersetzt und die Zellfunktionen reguliert werden.
28.01.2020
Zytologie | Biochemie
Forschung liefert neue Erkenntnisse zur Funktionsweise von Enzymen
Proteine gelten als „Bausteine des Lebens“, da viele chemische Reaktionen mit ihrer Hilfe erfolgen und Zellkommunikation und -bewegung von ihnen abhängig sind.
02.01.2020
Ökologie | Meeresbiologie
Empfindliches Gleichgewicht: Windverhältnisse beeinflussen Wasserzirkulation und CO2-Bilanz im Südpolarmeer
Das Meer rund um die Antarktis ist eine gewaltige Mischbatterie für Wasser aus allen Ozeanbecken – und bindet durch diese Umwälzung Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre.
04.11.2019
Toxikologie | Biochemie
Mit Gift der Kegelschnecken zur Schmerzlinderung
Unter den Naturstoffen mit großem Potenzial für neue Wirkstoffe nehmen Conotoxine eine zentrale Rolle ein.
17.10.2019
Biochemie
Das Rezept für eine Fruchtfliege
Mittlerweile kennt man viele der Proteine, die für den Aufbau eines multizellulären Organismus erforderlich sind.
21.08.2019
Botanik | Immunologie
Pflanzenschutz: Forscher entwickeln neuartigen Impfbaukasten
Einfach, schnell und flexibel: Künftig könnten Pflanzen deutlich leichter gegen Viren geimpft werden.
16.08.2019
Physiologie | Immunologie | Biochemie
Dem Geheimnis kranker Pflanzen auf der Spur
Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie forschen seit 20 Jahren an Phytophthora infestans, dem Erreger der Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln.
08.08.2019
Anthropologie | Biochemie
Katalysatoren fürs Klima
Wie kann Deutschland seine Klimaziele noch erreichen?
17.07.2019
Mykologie | Biochemie
Forscher entdeckten hohe Konzentrationen von Spurenelementen in heimischen Pilzen
Die Pilzsaison ist eröffnet.
12.07.2019
Zytologie | Biochemie
Das Kernkörperchen – bekanntes Organell mit neuen Aufgaben
Der Nukleolus, das Kernkörperchen, ist eine altbekannte Zellstruktur, die unter dem Lichtmikroskop gut sichtbar ist.
22.05.2019
Ökologie | Paläontologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Fossiles Zooplankton zeigt, dass marine Ökosysteme im Anthropozän angekommen sind
Der von Menschen verursachte Klimawandel wirkt sich auf die Artenvielfalt und Ökosysteme aus, und marine Ökosysteme sind keine Ausnahme.
12.03.2019
Mikrobiologie | Zytologie | Biochemie
Bayreuther Mikrobiologen entdecken Schlüsselprotein für die Zellteilung magnetischer Bakterien
Magnetotaktische Bakterien haben die faszinierende Fähigkeit, sich bei ihren Bewegungen am Erdmagnetfeld zu orientieren.
04.03.2019
Paläontologie | Evolution
Auftreten der ersten Tiere wahrscheinlich später als bisher vermutet
Wann genau die ersten Tiere die Erde besiedelten, war lange unsicher.
18.02.2019
Biochemie | Parasitologie | Insektenkunde
Verlockung der etwas anderen Art
Die Chemie muss stimmen, heißt es.
30.01.2019
Genetik
Universität Konstanz entwickelt ersten Genschalter für C. elegans
WissenschaftlerInnen aus den Fachbereichen Biologie und Chemie der Universität Konstanz schließen Lücke bei der Erforschung und Nutzung von Genschaltern – Erschaffung des ersten induzierbaren Systems für C.
23.01.2019
Botanik | Biochemie
Zusatzantrieb für die Photosynthese
Die Photosynthese ist ein grundlegender biologischer Prozess, der es Pflanzen ermöglicht, Lichtenergie für ihr Wachstum zu nutzen.
16.01.2019
Physiologie
Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle
Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle.
21.12.2018
Biochemie
Struktur und Funktion von Fotosyntheseprotein im Detail aufgeklärt
Ein internationales Forscherteam hat die Struktur und Funktionsweise des fotosynthetischen Komplex I aufgeklärt.
25.09.2018
Zytologie | Neurobiologie
Weichenstellung für Axonverzweigungen
Unser Gehirn ist ein komplexes Netzwerk aus unzähligen verknüpften Nervenzellen.
20.09.2018
Paläontologie | Biochemie
558 Mio. Jahre alte Fossilien anhand der Lipidmoleküle als älteste bekannte Tiere identifiziert
Ein internationales Wissenschaftlerteam untersuchte Lipidmoleküle in 558 Millionen Jahre alten Fossilienfunden der Gattung Dickinsonia.
10.08.2018
Zytologie | Biochemie
Der „TRiC” bei der Aktinfaltung
Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein.
18.07.2018
Genetik | Biochemie
Neue Erkenntnisse zur Replikation
Die Fähigkeit zur Weitergabe von genetischer Information ist eine Grundvoraussetzung für das Leben.
11.06.2018
Biochemie
TU Graz-Forschende setzen Meilenstein in der Biokatalyse-Forschung
TU Graz-Forschenden gelang es erstmals ein Enzym so „umzuschulen“, dass es statt seiner natürlichen Aufgabe Doppelbindungen zu reduzieren, nun ringförmige Molekülgerüste aufbaut.
06.06.2018
Mikrobiologie
Lebende Cyanobakterien-Elektrode stellt effizient Strom her
Eine mit lebenden Cyanobakterien beschichtete Elektrode eignet sich, um lichtgetrieben und effizient Strom zu produzieren.
29.05.2018
Immunologie
Malaria-Wirkstoff: Wenn die Kopie besser als das Original ist
ChemikerInnen der Universität Wien synthetisieren Chinin und Chinin-Derivate, die wirksamer sind als der Naturstoff.
07.05.2018
Mikrobiologie | Klimawandel | Meeresbiologie
Ein Mantel für den Ozean - Mikrobenmatten beeinflussen Wärme- und Wasserhaushalt der Meere
Matten aus fadenartigen Mikroorganismen halten den Oberflächenfilm des Meeres warm und verlangsamen Verdunstung.
15.10.2015
Biochemie
Das Baukastenprinzip von Sexuallockstoffen
Wissenschaftler untersuchten die Pheromonchemie von Motten und entdeckten einen neuen evolutionären Mechanismus.

Diese Artikel könnten dir auch gefallen

Die News der letzten 7 Tage (3 Meldungen)