Chemie als Naturwissenschaft: Zusammenfassung

Kursinhalt:Atombau
und PSE, Bindungen, Reaktionskinetik, Protolysen, Redoxreaktionen,
organische Chemie
Wichtige
Moleküle in
3d3
0Chemie
als Naturwissenschaft
1.Atombau
und PSE

1.1

1.2
1.3
1.4

Energie
und Materie
: Definitionen,
Wärme
, elektromagn. Strahlung, Atomspektren,
Photoeffekt, Kathodenstrahlen
, Radioaktivität,
Kernspaltung
, Laser, Atom-
Molekülmassen, Mol,
Thermodynamik
Atommodell nach Bohr
Orbitalmodell, Energieniveauschema, s u. p-Orbitale,
Elektronenkonfiguration
,
Periodensystem; Eigenschaften der Elemente im PSE, Radius, Ionisierungsenergie,und
andere Eigenschaften
, Vorkommen und Verbreitung
der Elemente; PSE und Technik
2.Bindungen

2.1

Ionenbindung, Kochsalz,
Röntgenstrukturanalyse, Kristallstrukturen,
Bindungsenergie, Lewis-Formeln,Eigenschaften von Ionenverbindungen, Nomenklatur,
Bildung von Ionen als Redoxreaktion
2.2
Elektronenpaarbindung,
Molekülorbitalmodell , Hybridisierung
, Dipole, polare
Bindung
, Elektronegativität
2.3
2.3.1
Elektronenpaarabstoßungsmodell
, 2.3.2 Mesomerie,
koordinative Bindung,
Metallbindung
2.4
Radikale,
2.4.2 Zwischenmolekulare Kräfte:
H-Brücken,
Van-der-Waals-Kräfte, 2.4.3
funktionelle Gruppen,

2.4.4 Wasser als Lösungsmittel, Lösungsvorgänge,
Oberflächenspannung
3.
Reaktionskinetik

3.1
3.2
3.3

Enthalpie, Katalyse, Reaktionsgeschwindigkeit
Chemisches Gleichgewicht, MWG
Verschiebung des Gleichgewichts, Konzentrationsänderung,
Temperaturänderung,
LeChatelier

4.Protolysen

4.1
4.2
4.3

Säure-Basetheorie nach Brönsted,
Gleichgewichtsreaktionen

Autoprotolyse des Wassers, pH-Wert, Säure
und Basenstärke, pK-Wert
,
Titration, Puffer, Indikatoren
, pH und Umwelt

5.Redoxreaktionen

5.1
5.2

Redoxreaktionen, Spannungsreihe,
Oxidationsmittel, Reduktionsmittel,
Oxidationszahl, Lösen
von Redoxgleichungen, bekannte Redoxreaktionen

6.Einführung
in die organ. Chemie
6.1
6.2
Kohlenstoff,
Hybridisierung , Verbindungen, räumliche Struktur, Darstellung

Alkane, Nomenklatur Isomerie,
physikalische
und chemische Eigenschaften,
FCKW
7Glossare
8Gesetze
und Konstanten
9Moleküle
in
3d3

 

0.
Chemie als Naturwissenschaft

 

Die moderne menschliche
Zivilisation zeichnet sich unter anderem vor allem durch die Nutzung von
Techniken aus, deren naturwissenschaftliche Grundlagen hauptsächlich
in den letzten 2 Jahrhunderten gelegt wurden.
space Die Entwicklung dazu fand vornehmlich
in den sogenannten “westlichen Ländern”, Europa, Nordamerika
statt und begann mit Kopernikus im 16. Jahrhundert, dem Begründer des
heliozentrischen Weltbildes. Auf der Basis der Erkenntnisse der Chinesen,
Inder, Ägypter, Griechen und Römer, die in den letzten Jahrtausenden
grundlegende Gesetzmäßigkeiten der Natur beobachteten und beschrieben
haben begann nach dem Mittelalter in den nördlichen Kontinenten die
Entwicklung der individuellen Freiheit. Diese führte dazu, daß
die in Religionen gefangenen Gesellschaften sich so veränderten, daß
ein Trennung von Staat und Kirche möglich wurde und damit der Einzelne
die naturwissenschaftlichen Erkenntnisse verstehen
konnte. Dadurch
verloren sie den Hauch der Mystik und Zauberei. Aus der Alchemie
wurde die Chemie. Deshalb ist der Weg zur modernen Technik fast ausschließlich
mit den Namen mitteleuropäischer bzw. amerikanischer Wissenschaftler
gepflastert. Hier nur einige wenige, die mit dieser Entwicklung untrennbar
verbunden sind:

Abb. 1
N. Kopernikus
1543  


copern

 


Isaac Newton
ca. 1680

G. W. v. Leibniz
um 1700
Avogadro
um 1811
Gustav Kirchhoff
um 1850

Robert Bunsen
um 1850
newton
Gesetze der Mechanik und Gravitation

 

 


Leibniz
Differential- und Integralrechnung
. für Multiplikation
: für Division

avoga

Avogadrozahl

kirchhof

Spektralanalyse,
Kirchhoffsche Gesetze


bunsen2Gasanalyse, Photometrie,
Bunsenbrenner, Wasserstrahlpumpe

 


Justus v. Liebig
um 1860

J. C. Maxwell
um 1870
Max Planck
um 1900

Nils Bohr
um 1910


H. Staudinger
um 1930
liebig2
Dünger, Backpulver,
Fleischextrakt, Säuglingsnahrung

 

maxwell
Kinetische Gastheorie
elektrodynamische
Theorie

 

planck

Quantentheorie,
Strahlungsformel,

bohr

Bohrsches Atommodell

staud
Kunststoffe
Makromolekulare
Chemie

 

Um einen Eindruck zu geben, in welcher Zeit
die oben erwähnten Wissenschaftler gelebt und geforscht haben hier
ein kurzer Überblick über die letzten 5 Jahrhunderte in Form eines
Zeitstrahls. Klicken Sie auf die Jahreszahlen:

 

jh16jh17jhbjh18jhbjh19jh20
Unser heutige Welt ist
wesentlich durch Technik geprägt. Dieser liegen die Naturwissenschaften
zugrunde. Wir wollen an 3 Beispielen versuchen herauszufinden, wie es sich
mit der Chemie im Vergleich zu anderen Naturwissenschaften verhält.
ApaceAbb. 2 zeigt eine Lasershow
bei einem Musikkonzert. Bei einer solchen Veranstaltung wimmelt es nur so
von Elektronik: Laserkanonen, Spots (=Scheinwerfer), Verstärker,
Mischpulte, Lautsprecherboxen
um nur einige zu nennen. Alle genannten
Geräte basieren jedoch ausschließlich auf physikalische Prinzipien.
Bei einem Laser werden alle Atome oder Moleküle eines Kristalls, Gases
oder einer Flüssigkeit so angeregt, daß sie kohärentes Licht
ausstrahlen. (Licht, das in eine Richtung weist.) Das Material bleibt erhalten.
Es ändert sich nur der Zustand der Energie. Elektrische Energie
wird in Lichtenergie umgewandelt.
laser1

Abb. 2

Lasershow bei einem Musikkonzert

 

Bei Mixern und Verstärkern findet eigentlich
keine Energietransformation statt (sieht man mal von der entstehenden
Wärme ab.) Es wird nur der Zustand der elektronischen Signale geändert.

Lautsprecherboxen enthalten als elektroakustische
Wandler
die Lautsprecher, die elektrische Energie in Schallenergie
umwandeln.

 


Erkenntnis:
Physik ist die Lehre von
den Zuständen und Zustandsänderungen.

 

Der Ironman auf Hawaii gilt als die härteste
Triathlonveranstaltung der Welt. Ausgiebiges Training und eine spezielle
Ernährung ist für die Teilnahme erforderlich. Man hat gemessen,
daß ein Läufer über 200 Liter O2/Std einatmet.

Dies führt z. B. in den Muskeln zur Verbrennung
von Glucose zu CO2 und Wasser. Daneben entsteht Wärmeenergie.

Es handelt sich hierbei offensichtlich um einen chemischer
Vorgang, da Stoffe (O2 und Glucose) in andere (CO2
und H2O) umgewandelt werden.

Da dieser Vorgang jedoch in Zellen stattfindet ist es
ein biochemischer Vorgang und damit ein Teil des Stoffwechsels
der Organismen, also Thema der Biologie.


 


Abb. 3

Läufer beim IRONMAN
auf Hawaii

ironm1

 

 


Erkenntnis:
Biologie ist die Lehre von Lebewesen und
ihrer Umwelt

 

Das 20. Jahrhundert war das Jahrhundert des Automobils.
Dieses Fortbewegungsmittel stellt einen gewaltigen Fortschritt in der
Fortbewegung dar und die Ablösung eines mehrere tausend Jahre alten
Gefährten des Menschen, des Pferdes.

Herzstück ist der Verbrennungsmotor, in dem
z. B. beim Ottomotor Benzin mit dem Luftsauerstoff zu gasförmigen
Produkten verbrannt werden.

Die dabei entstehende Volumenvergrößerung
und Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Diese Technik basiert
klar auf einem rein chemischen Vorgang!

 

5-bigAbb. 4

moderner
Geländewagen


Erkenntnis:
Chemie ist die Lehre von Stoffen und Stoffumwandlungen

Wissenschaft

Definition
1.
Physik
 Lehre
von den Zuständen und Zustandsänderungen
2.
Chemie
 Lehre
von Stoffen und Stoffumwandlungen
3.
Biologie
 Lehre
von Lebewesen und ihrer Umwelt
Bemerkenswert ist, daß chemische Reaktionen
immer von Energieänderungen begleitet sind. Entweder entsteht z. B.
Wärme oder Licht oder diese werden benötigt die Reaktion überhaupt
in Gang zu setzen.
Weiterführende
Quellen:
Geschichte der Chemie: http://www.chemlin.de/cl/clgeschi.htm

Avogadro: http://www.woodrow.org/teachers/chemistry/institutes/1992/Avogadro.html

Robert Bunsen: http://www.pas-berlin.de/chemie/ch-1/2_Atomistik/214_bunsen.html
Justus von Liebig: http://www.uni-giessen.de/~gi04/justus.html
Maxwell: http://comp.uark.edu/~jgeabana/mol_dyn/
und http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/~history/Mathematicians/Maxwell.html

Planck:
http://www.geschichte.2me.net/bio/cethegus/p/planck.html
und
Bohr: http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/~history/Mathematicians/Bohr_Niels.html

Einstein: http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/~history/Mathematicians/Einstein.html
Staudinger: http://www.nobel.se/chemistry/laureates/1953/staudinger-bio.html
Wiss. Biographien: http://www-groups.dcs.st-andrews.ac.uk/~history/BiogIndex.html
und

http://www.aip.org/history/exhibit.htm
und http://www.weburbia.com/pg/hist1.htm
Moderne Geschichte: http://www.fordham.edu/halsall/mod/modsbook.html
Geschichte der Chemie: http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/week.html
und
http://www.woodrow.org/teachers/chemistry/institutes/1992/

Photogallerie der Chemiker: http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/Gallery/GalleryMenu.html
Laser: http://www.bell-labs.com/history/laser/laser_def.html

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