Chemie

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Ein Foto von einer weißen Flamme, aus der Rauch aufsteigt und leicht bläuliche, ansonsten ebenfalls weiße Funken fliegen. Die Flamme steigt aus einem flachen Kegel aus Erde auf, ist etwa 30 Zentimeter hoch und beleuchtet das Gras rund um den Kegel.
Thermitreaktion

Chemie(bundesdeutsches Hochdeutsch:[çeˈmiː];süddeutsch,Schweizerdeutsch,österreichisches Hochdeutsch:[keˈmiː]) ist diejenigeNaturwissenschaft,die sich mit dem Aufbau, denEigenschaftenund der Umwandlung vonchemischen Stoffen(Substanzen) beschäftigt. Ein Stoff besteht ausAtomen,Molekülenund/oderIonen.

In einem mit Fliesen verkleideten Gasabzug steht eine Glasapparatur. Von rechts nach links:Ein von unten elektrisch beheizter Rundkolben, in dem eine klare Flüssigkeit siedet. Der Dampf der Flüssigkeit wird in einen kleineren Kolben mit einer roten Flüssigkeit geleitet. Von dort führt ein Glasrohr zuerst senkrecht hochsteigend und dann schräg abfallend in einen weiteren Kolben und taucht dort in eine blaue Flüssigkeit ein, die von den aufsteigenden Blasen aufgewühlt ist. Das Rohr ist mit einem zweiten Rohr ummantelt, das das entstehende Gas oben in einen senkrecht stehenden Kugelkühler leitet. Der Kühler ist an die Wasseranschlüsse im Gasabzug angeschlossen. Kondensierte Flüssigkeit tropft aus dem Kühler in ein offenes Becherglas. Eine Plastikpipette ist in das Becherglas gestellt. Im Vordergrund ist eine unbeschriftete Glasflasche mit einer klaren Flüssigkeit und ein Gummiball als Pipettierhilfe.
Versuchsapparatur im Gasabzug eines Chemielabors

Zentrale Begriffe der Chemie sindchemische Reaktionenundchemische Bindungen.Durch chemische Reaktionen werden chemische Bindungen gebildet oder gespalten. Dabei verändert sich die Elektronenaufenthaltswahrscheinlichkeit in den Elektronenhüllen der beteiligten Stoffe und damit deren Eigenschaften. Die Herstellung von Stoffen (Synthese) mit von der Menschheit benötigten Eigenschaften ist heute das zentrale Anliegen der Chemie.

Traditionell wird die Chemie in Teilgebiete unterteilt. Die wichtigsten davon sind dieorganische Chemie,diekohlenstoffhaltigeVerbindungen untersucht, dieanorganische Chemie,die alle Elemente desPeriodensystemsund deren Verbindungen behandelt, sowie diephysikalische Chemie,die sich mit den grundlegenden Phänomenen, die der Chemie zu Grunde liegen, beschäftigt.

Die Chemie in ihrer heutigen Form als exakte Naturwissenschaft entstand im 17. und 18. Jahrhundert allmählich aus der Anwendung rationalen Schlussfolgerns, basierend auf Beobachtungen undExperimentenderAlchemie.Einige der ersten bedeutendenChemikerwarenRobert Boyle,Humphry Davy,Jöns Jakob Berzelius,Joseph Louis Gay-Lussac,Joseph Louis Proust,MarieundAntoine Lavoisierund im 19. JahrhundertJustus von Liebig.

Diechemische Industriezählt zu den wichtigsten Industriezweigen. Sie stellt Stoffe her, die zur Herstellung von Alltagsgegenständen (z. B.Grundchemikalien,Kunststoffe,Lacke), Lebensmitteln (auch als Hilfsmittel dazu wieDüngemittelundPestizide) oder zur Verbesserung der Gesundheit (z. B.Pharmazeutika) benötigt werden.

Wortherkunft

Gravur vonPieter Brueghel dem Älteren:Der Alchemist

Die BezeichnungChemieentstand aus dem von χέω, „gießen “,[1]abgeleiteten altgriechischenχύμείαchymeíabzw.χημείαchēmeía[2]„[Kunst der Metall-]Gießerei “im Sinne von „Umwandlung “. Die heutige SchreibweiseChemiewurde vermutlich erstmals vonJohann Joachim Langeim Jahre 1750–1753[3]eingeführt und ersetzte zu Beginn des 19. Jahrhunderts das seit dem 17. Jahrhundert bestehende WortChymie,das wahrscheinlich eine Vereinfachung und Umdeutung des seit dem 13. Jahrhundert belegten AusdrucksAlchemie„Kunst des Goldherstellens “war, welches wiederum selbst eine mehrdeutigeEtymologieaufweist (zu denKonnotationenvergleiche die Etymologie des WortesAlchemie:[4][5]Das Wort wurzelt wohl inarabischal-kīmiyá,welches unter anderem „Stein der Weisen“bedeuten kann, eventuell aus altgriechischχυμείαchymeía„Gießung “oder auskoptisch/altägyptischkemi„schwarz[e Erden] “, vergleiche hierzu auchKemet).

Bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts galten die Begriffe „Scheidekunde “und „Scheidekunst “als Alternativen für das Wort Chemie.[6][7][8]

Geschichte

Die „alchemistischen Figuren “desNikolaus Flamel

DieChemie in der Antikebestand im angesammelten praktischen Wissen über Stoffumwandlungsprozesse und den naturphilosophischen Anschauungen der Antike. DieChemie im Mittelalterentwickelte sich aus derAlchemie,die in China, Europa und Indien schon seit Jahrtausenden praktiziert wurde.

Die Alchemisten beschäftigten sich sowohl mit der erhofften Veredlung der Metalle (Herstellung vonGoldaus unedlen Metallen, siehe auchTransmutation) als auch mit der Suche nach Arzneimitteln. Insbesondere für die Herstellung von Gold suchten die Alchemisten nach einemElixier(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, einem Heilmittel für alle Krankheiten, das schließlich auch Unsterblichkeit verleihen sollte. Kein Alchemist 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 gleichenSymbole,wie sie auch in derAstrologieüblich waren. Die mysteriöse Art ihrer Tätigkeit und die dabei oftmals entstehenden farbigenFlammen,RauchoderExplosionenführten dazu, dass sie alsMagierundHexerbekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten mancheApparaturen,die auch heute noch in derchemischen Verfahrenstechnikverwendet werden.

Albertus Magnus; Fresko (1352), Treviso, Italien

Ein bekannter Alchemist warAlbertus Magnus.Er befasste sich alsKlerikermit diesem Themenkomplex und fand bei seinen Experimenten ein neueschemisches Element,dasArsen.Erst mit den Arbeiten vonParacelsusundRobert Boyle(The Sceptical Chymist,1661) wandelte sich die Alchemie von einer reinaristotelischgeprägten zu einer mehr empirischen und experimentellen Wissenschaft, die zur Basis der modernen Chemie wurde.

Chemielabor des 18. Jahrhunderts

DieChemie in der Neuzeiterhielt alsWissenschaftentscheidende Impulse im 18. und 19. Jahrhundert: Sie wurde auf die Basis von Messvorgängen undExperimentengestellt, v. a. durch Gebrauch derWaage,sowie auf die Beweisbarkeit vonHypothesenund Theorien über Stoffe und Stoffumwandlungen.

Die Arbeiten vonJustus von Liebigüber die Wirkungsweise vonDüngerbegründeten dieAgrarchemieund lieferten wichtige Erkenntnisse über dieanorganische Chemie.Die Suche nach einem synthetischen Ersatz für denFarbstoffIndigozum Färben vonTextilienwaren der Auslöser für die bahnbrechenden Entwicklungen derorganischen Chemieund derPharmazie.In beiden Gebieten hatte Deutschland bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts eine absolute Vorrangstellung. Dieser Wissensvorsprung ermöglichte es beispielsweise, den zur Führung desErsten WeltkriegesnotwendigenSprengstoffstatt aus importiertenNitratenmithilfe derKatalyseaus demStickstoffderLuftzu gewinnen (sieheHaber-Bosch-Verfahren).

DieAutarkie­bestrebungen der Nationalsozialisten gaben der Chemie als Wissenschaft weitere Impulse. Um von den Importen vonErdölunabhängig zu werden, wurden Verfahren zur Verflüssigung vonSteinkohleweiterentwickelt (Fischer-Tropsch-Synthese). Ein weiteres Beispiel war die Entwicklung von synthetischemKautschukfür die Herstellung von Fahrzeugreifen.

In der heutigen Zeit ist die Chemie ein wichtiger Bestandteil der Lebenskulturgeworden. Chemische Produkte umgeben uns überall, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Allerdings habenUnfälleder chemischen Großindustriewie beispielsweise die vonSevesoundBhopalder Chemie ein sehr negativesImageverschafft, so dassSloganswie „Weg von der Chemie! “sehr populär werden konnten.

DieForschungentwickelte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert so weit, dass vertiefende Studien des Atombaus nicht mehr zum Bereich der Chemie gehörten, sondern zurAtomphysikbzw.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 derQuantenphysikaus (Elektronen-Orbitalmodell).

Allgemeines

Brommit Dampf
links:Teilweise karamellisierterWürfelzucker,rechts:Verbrennung eines Zuckerwürfels mitAscheals Katalysator

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 bekanntenElementeaufgebaut 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 Kunststoff aufbauen. Die Art der Zusammensetzung bestimmt schließlich die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe und macht damit die Chemie zu einer umfangreichen Wissenschaft. Neben den Schulkenntnissen können besonders Interessierte und Studenten der Chemie ihre Kenntnisse durch diechemische Literaturvertiefen.

Fortschritte in den verschiedenen Teilgebieten der Chemie sind oftmals die unabdingbare Voraussetzung für neue Erkenntnisse in anderen Disziplinen, besonders in den BereichenBiologieundMedizin,aber auch im Bereich derPhysikund derIngenieurwissenschaften.Außerdem erlauben sie es häufig, die Produktionskosten für viele Industrieprodukte zu senken. Beispielsweise führen verbesserteKatalysatorenzu 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 vonArzneimittelnunentbehrlich.
  • Die Ingenieurwissenschaften suchen häufig, je nach Anwendung, nach maßgeschneiderten Materialien (leichte Materialien für den Flugzeugbau, beständige und belastbare Baustoffe, hochreineHalbleiter…). 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 ChemiekonzernsBASF

Diechemische Industrieist – gerade auch in Deutschland – ein sehr bedeutenderWirtschaftszweig:In Deutschland lag derUmsatzder 20 umsatzstärksten deutschen Chemieunternehmen 2017 bei über 250 Milliarden Euro,[9]die Zahl der Beschäftigten lag nach der Wiedervereinigung Deutschlands bei über 700.000 und ist Stand 2017 auf über 900.000 angewachsen.[9]Sie stellt einerseitsGrundchemikalienwie beispielsweiseSchwefelsäureoderAmmoniakher, oft in Mengen von Millionen von Tonnen jährlich, die sie dann zum Beispiel zur Produktion vonDüngemittelnundKunststoffenverwendet. Andererseits produziert die chemische Industrie viele komplexe Stoffe, unter anderem pharmazeutische Wirkstoffe (Arzneistoffe) undPflanzenschutzmittel(Pestizide), maßgeschneidert für spezielle Anwendungen. Auch die Herstellung vonComputern,Kraft-undSchmierstoffenfür dieAutomobil­industrie und vielen anderen technischen Produkten ist ohne industriell hergestellte Chemikalien unmöglich.

Ausbildung

Schulunterricht

Schwarz-Weiß-Foto von fünf Personen in Labormänteln, die um zwei Tische stehen, auf denen gefüllte Reagenzglas-Halter und Bunsen-Brenner stehen. Sie halten mit Haltezangen die Reagenzgläser und Schmelztiegel in die Flammen. Im Hintergrund ist eine Tafel mit Ergebnissen zu sehen.
Chemieunterricht an derWirtschaftlichen Frauenschulein Maidhof 1926

Es ist Aufgabe des Chemieunterrichts, einen Einblick in stoffliche Zusammensetzung,Stoffgruppenund 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 VermittlungnaturwissenschaftlicherErkenntnisse 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, alsChemielaborantin Betrieb und Berufsschule im so genannten Dualen System ausgebildet zu werden. Ein weiterer Ausbildungsberuf für die Arbeit im Chemielabor ist derChemisch Technische Assistent(CTA). DerChemikant(auch Chemie- und Pharmatechnologe oder früher Chemiefacharbeiter) ist ein Ausbildungsberuf für Mitarbeiter in der chemischen Industrie.

Viele Universitäten bieten einenStudiengang Chemiean. Ein Großteil derChemikerschließt im Anschluss an das Studium einePromotionan.

Ansehen

Die öffentliche Wahrnehmung der Chemie hat sich im Laufe der Zeit gewandelt. Herrschte in den Industriestaaten des 19. Jahrhunderts noch Begeisterung für die technologischen Möglichkeiten, die die moderne Chemie eröffnete, trübte sich dieses Bild unter dem Eindruck des Ersten Weltkriegs mit seinem umfangreichen Einsatz an Explosivstoffen undchemischen Waffen.Im weiteren Verlauf des 20. Jahrhunderts fügten derContergan-Skandal,dieKatastrophe von BhopalundUmweltproblemedem öffentlichen Bild von der Chemie weiteren Schaden zu. Teilweise ging die chemische Industrie mitSchmutzkampagnengegen kritische Wissenschaftler vor, etwa gegenRachel Carsonnach Veröffentlichung ihres BuchesSilent Spring1962 oder gegenFrank Sherwood RowlandundMario J. Molinanach Veröffentlichung ihrer Studie zumOzonloch1974.[10]

Die öffentliche Wahrnehmung der Chemie ist im deutschsprachigen Raum tendenziell negativ geprägt. Die auf Laien abgehoben wirkende, teils unverständliche Formelsprache fürchemische VerbindungensowieReaktionsgleichungenund die Berichterstattung mit Fokus aufChemiekatastrophenundUmweltskandalenhat womöglich zu einer negativen Konnotation geführt. Insbesondere in Europa ist heute unter anderem aufgrund der strikten Gesetzgebung (Chemikaliengesetz,Gefahrstoffverordnung) eine weitgehend sichere Handhabung vonChemikaliengewährleistet.[11]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 derUNESCOund derIUPAC) zum „Internationalen Jahr der Chemie “erklärt.[12]

Irrationale Ablehnung von Chemie wird in jüngerer Vergangenheit unter dem SchlagwortChemophobiediskutiert. Diese richtet sich allerdings in erster Linie gegen chemische Stoffe, weniger gegen die Chemie als Wissenschaft oder die forschenden Chemiker selbst. Für das Vereinigte Königreich war eine Untersuchung derRoyal Society of Chemistry2015 zu dem überraschenden Ergebnis gekommen, dass die Chemie in der Öffentlichkeit einen weitaus weniger schlechten Ruf genießt, als dies von Chemikern selbst gemeinhin angenommen wird.[13]Wesentlich hierfür ist eineassoziativeTrennung zwischen Chemikern und der Chemie einerseits und chemischen Stoffen andererseits. Schädliche Auswirkungen der chemischen Industrie werden nicht den Chemikern zugeschrieben, sondern den Entscheidungsträgern in den Unternehmen. Während den Forschern eher noble Motive zugestanden und sie nur wenig mit den Endprodukten ihrer Arbeit in Verbindung gebracht werden, wird dieProfitorientierungder Unternehmen, die potentiell schädlichen Entscheidungen zugrunde liegt, kritisch gesehen.[14]Der Chemie als Wissenschaft standen die meisten Befragten neutral bis positiv, wenn auch distanziert gegenüber. 59 % gingen davon aus, dass der Nutzen der Chemie größer ist als mögliche schädliche Effekte, und 72 % erkannten die Bedeutung chemischerForschung und EntwicklungzumWirtschaftswachstuman.[13]

Berühmte Chemiker

Marie Curieist eine von acht Frauen, die den Nobelpreis für Chemie erhalten haben

Fachrichtungen

Traditionell wird die Chemie in dieorganischeundanorganischeChemie unterteilt, etwa um 1890 kam diephysikalischeChemie hinzu.

Seit derHarnstoffsynthese1828 vonFriedrich Wöhler,bei der die organische SubstanzHarnstoffaus der anorganischen VerbindungAmmoniumcyanathergestellt 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 vomMolekülbestimmt wird, die anorganische Chemie jedoch oft vonIonen,Kristallen,KomplexverbindungenundKolloiden.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 noch weitere Fachgebiete (etwa dieForensische Chemieals Teilgebiet der angewandten Chemie[15]).

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 desAtoms,dasPeriodensystem der Elemente(PSE), dieChemische Bindung,die Grundlagen derStöchiometrie,Säuren,BasenundSalzeundchemische 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

Eine Computergrafik aus grauen und roten Kugeln. Die Kugeln sind teilweise ineinander geschoben und bauen so eine räumliche Struktur auf. Graue Kugeln sind paarweise durch jeweils eine rote Kugel verbunden. In der Struktur sind fünf zylindrische Hohlräume, um die herum sich das Netzwerk der Kugeln legt. Die Hohlräume sind untereinander symmetrisch angeordnet und ihr Durchmesser ist in etwa genau so breit wie der Abstand zwischen zwei Hohlräumen.
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 denMineralsäuren,Metallen,und anderen kohlenstofffreien Verbindungen, aber auch mitKohlendioxid,den SäurenCyanwasserstoff(Blausäure) undKohlensäuresowie mit deren Salzen. Verbindungen, die sich nicht genau einteilen lassen fallen in den Bereich derOrganometallchemie.DieBioanorganische Chemieüberschneidet 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 derKomplexchemie,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 beispielsweiseSilane). 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 organischemLeben(mithilfe der hypothetischenLebenskraft) erzeugt werden.

Organische Chemie

Kalottenmodelle einiger Kohlenwasserstoffe

Die organische Chemie (auch Organik) ist die Chemie des ElementesKohlenstoffund nur wenigen anderen Elementen, besitzt dennoch die größte Vielfalt an chemischen Verbindungen. Durch die Vielzahl an Strukturelementen enthält schon alleine die Chemie derKohlenwasserstoffeeine 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 dieIUPAC-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 infunktionelle Gruppenmit ähnlichen chemischen Eigenschaften ein und wird anhand von vergleichbarenReaktionsmechanismengelehrt.

Historische Definition:Früher wurde gedacht, dass organische Substanzen, wie schon das Wort „organisch “sagt, nur von Lebewesen hergestellt werden können. Dies wurde einer so genannten „vis vitalis “, also einer „Lebenskraft “zugeschrieben, die in diesen Substanzen verborgen sei. Diese Theorie war lange Zeit unangefochten, bis esFriedrich Wöhler1828 gelang, erstmals eine anorganische Substanz im Labor in eine organische umzuwandeln. Wöhlers berühmteHarnstoffsyntheseausAmmoniumcyanatdurch Erhitzen auf 60 °C.

Die Strukturaufklärung und Synthese von natürlichen Stoffen ist Bestandteil derNaturstoffchemie.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 zwischenPhysikund 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,MagnetochemieundNanochemie). In Überschneidung mit der Meteorologie auchAtmosphärenchemie.

Die an Bedeutung gewinnende theoretische Chemie, Quantenchemie oder Molekularphysik versucht, Eigenschaften von Stoffen, chemischer Reaktionen undReaktionsmechanismenanhand von physikalischen Modellen, wie zum Beispiel derQuantenmechanikoderQuantenelektrodynamikund numerischen Berechnungen zu ergründen.

Die Physikalische Chemie wurde um 1890 vor allem vonSvante Arrhenius,Jacobus Henricus van ’t HoffundWilhelm Ostwaldbegründet. Letzterer war auch erster Herausgeber der 1887 gemeinsam mit van ’t Hoff gegründetenZeitschrift für physikalische Chemieund hatte inLeipzigden ersten deutschen Lehrstuhl für Physikalische Chemie inne.

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

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

Biochemie

Die Biochemie ist die Grenzdisziplin zurBiologieund befasst sich mit der Aufklärung vonStoffwechsel-Vorgängen, Vererbungslehre auf molekularer Ebene (Genetik) und der Strukturaufklärung und der Synthese (Molekulardesign) von großen Biomolekülen. Die Anwendung der Biochemie im technischen Bereich wird alsBiotechnologiebezeichnet. Sie überschneidet sich mit den angrenzenden DisziplinenPharmazeutische ChemieundMedizinische Chemie.

Theoretische Chemie

Linus Pauling

Theoretische Chemie ist die Anwendung nichtexperimenteller (üblicherweise mathematischer oder computersimulationstechnischer) Methoden zur Erklärung oder Vorhersage chemischerPhänomene.Die Theoretische Chemie kann grob in zwei Richtungen unterteilt werden: Einige Methoden basieren auf Quantenmechanik (Quantenchemie), andere auf der statistischen Thermodynamik (Statistische Mechanik). Wichtige Beiträge zur theoretischen Chemie bzw.physikalischen ChemieleistetenLinus Carl Pauling,John Anthony Pople,Walter KohnundJohn C. Slater.

Präparative Chemie

Dieses Teilgebiet der Chemie ist gewissermaßen das Gegenteil deranalytischen Chemieund befasst sich mitSynthesenvonchemischen 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 dertechnischen Chemie,zu synthetisieren. Insofern ist die präparative Chemie ein wesentlicher Bestandteil der Chemikerausbildung. Sie spielt ebenfalls eine bedeutende Rolle in sich mit der Chemie überschneidenden Gebieten, wie derpharmazeutischen Chemiebzw.pharmazeutischen Technologie.

Analytische Chemie

Die Analytische Chemie beschäftigt sich mit derqualitativen Analyse(welcheStoffe sind enthalten?) und derquantitativen Analyse(wie vielvon der Substanz ist enthalten?) von Stoffen. Während die klassische analytische Chemie noch stark auf aufwendigeTrennungsgänge,um verschiedene Substanzen zu isolieren undNachweisreaktionenim Reagenzglas aufbaute, so werden heutzutage diese Fragestellungen in derinstrumentellen Analytikmit hohem apparativen Aufwand bearbeitet.

Auch hier wird inAnorganische analytische ChemieundOrganische analytische Chemieunterteilt. Hier haben sich zahlreiche Spezialgebiete herausgestellt, beispielsweise dieklinische Chemiein Überschneidung mit der Medizin (vergleicheLabormedizin) undToxikologie(alstoxikologische Chemie)[16]) oder dieLebensmittelchemie.Für manche Verfahren in derMikrochemieundSpurenanalytikwerden 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 dieEduktevorbereitet 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 dieChemische Reaktionstechnik.

Kosmochemie

Die Kosmochemie befasst sich mit chemischen Vorgängen imWeltraum.Ihr Gegenstand sind chemische Substanzen und Reaktionen, die im interstellaren Raum, auf interstellaren Staubkörnern und aufHimmelskörpernwie z. B.Planeten,Kometen,PlanetoidenundMondenablaufen können.

Quellen und weiterführende Informationen

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

Literatur

Lexika

Sachbücher

  • Gerhard Quinkert:Spuren der Chemie im Weltbild unserer Zeit.In: J. Mittelstraß, G. Stock (Hrsg.):Chemie und Geisteswissenschaften: Versuch einer Annäherung.Akademie Verlag, Berlin 1992.
  • Charles E. Mortimer:Chemie – Das Basiswissen der Chemie.Thieme, Stuttgart 2003,ISBN 3-13-484308-0.
  • Joachim Kranz, Manfred Kuballa:Chemie im Alltag.Cornelsen Scriptor, Berlin 2003,ISBN 3-589-21692-1.
  • Michael Wächter:Kleine Entdeckungsgeschichte(n) der Chemie im Kontext von Zeitgeschichte und Naturwissenschaften,Verlag Königshausen und Neumann, Würzburg 2018,ISBN 978-3-8260-6510-1

Datensammlungen

  • Karl-Heinz Lautenschläger, Wolfgang Weber:Taschenbuch der Chemie,Verlag Europa-Lehrmittel Nourney, Vollmer GmbH & Co., Ausgabe 22., vollständig überarbeitete Auflage, 2018,ISBN 978-3-8085-5763-1
  • Wächter, Michael:Tabellenbuch der Chemie. Daten zur Analytik, Laborpraxis und Theorie,Wiley-VCH, Weinheim 2012, 1. Aufl.,ISBN 978-3-527-32960-1
  • Aylward, Gordon H., Findlay Tristan J. V.:Datensammlung Chemie in SI-Einheiten,3. erw. und neu bearb. Aufl., Verlag Chemie, Weinheim 1999,ISBN 978-3-527-29468-8

Allgemeinverständliche Chemie-Zeitschriften

Chemische Fachzeitschriften (Auswahl)

Organisationen

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

Einzelnachweise

  1. ↑Franz Dornseiff:Die griechischen Wörter im Deutschen.Berlin 1950, S. 40.
  2. ↑Nach Liddell-Scott's griechischem Wörterbuch ist Chymeia die primäre Schreibweise und mit Chemeia synonym.Online
  3. ↑Hans Schimank:Der Chemiker im Wandel der Zeiten.Verlag Chemie, Weinheim 1972, S. 214.
  4. ↑Kluge Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache, 24. Auflage,ISBN 3-11-017473-1
  5. ↑Laut Kluge gehört „Chemie “zu griechisch χύμα „Guss “, woraus griechisch-lateinischchymiaentstand und daraus deutsch „Chymie “. Die Form χημεία, woher „Chemie “stammt, beruht auf der gleichen Aussprache von η und ī im späteren Griechisch. SieheFriedrich Kluge,Alfred Götze:Etymologisches Wörterbuch der deutschen Sprache.20. Auflage. Hrsg. vonWalther Mitzka.De Gruyter, Berlin / New York 1967; Neudruck („21. unveränderte Auflage “) ebenda 1975,ISBN 3-11-005709-3,S. 117 (Chemie) und 257 f. (gießen,zur Wurzel *chy-inchéein„gießen “und incheũma,wofür späterchýama„Guss “stand, sowie inchylós„Saft “).
  6. ↑Scheidekunde.Duden,abgerufen am 3. Februar 2014.
  7. ↑Scheidekunst.Duden,abgerufen am 3. Februar 2014.
  8. ↑Crusius (1788): Einleitung zur allgemeinen Scheidekunst, S. 313.
  9. ↑abDie umsatzstärksten deutschen Chemieunternehmen - Verband der Chemischen Industrie e. V. (VCI).Abgerufen am 8. November 2018.
  10. ↑Matthew R. Hartings, Declan Fahy:Communicating chemistry for public engagement.In:Nature Chemistry,2011, Band 3, S. 674–677.doi:10.1038/nchem.1094
  11. ↑Guido Kickelbick:Chemie für Ingenieure.Pearson Deutschland 2008,ISBN 978-3-8273-7267-3,S. 19.
  12. ↑Deutsche UNESCO-Kommission e. V.:Internationales Jahr der Chemie 2011.
  13. ↑abRoyal Society of Chemistry:Public attitudes to chemistry.Research report TNS BMBR, 2015. Online auf derWebsite der RSC,abgerufen am 26. Juni 2021, S. 19–24.
  14. ↑Royal Society of Chemistry:Public attitudes to chemistry.Research report TNS BMBR, 2015. Online auf derWebsite der RSC,abgerufen am 26. Juni 2021, S. 54.
  15. ↑Hochschule Fresenius:Angewandte Chemie (B.Sc.) – Schwerpunkt Forensik(Mementovom 6. Mai 2018 imInternet Archive).
  16. ↑Vgl. E. Mannheim:Toxikologische Chemie.3., verbesserte Auflage, hrsg. von Fr. X. Bernhard. Berlin (=Sammlung Göschen.Band 465.
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