Alles ist Chemie

Hilfe, seit dem Auftakt ist schon wieder ein Monat vergangen. Leider hat mich das große Praktikum diesmal ziemlich beschäftigt und davon abgehalten, gehaltvolle und viel gelesene Beiträge zu schreiben. Nach neuesten Erkenntnissen dürfte sich das jedoch nun ändern. Das Praktikum ist (fast) vorbei, der Stresslevel auf ein erträgliches Maß gesunken und die Zeiteinteilung wieder möglich.

Das bereits in präpraktikablen Zeiten ersonne Thema dieses Artikels passt da ohnehin: “Warum tue ich mir das überhaupt an?” Für eine Antwort lenke ich die Frage um.

Was ist Chemie?

Der Titel dieses Beitrages scheint es schon zu verraten, ist aber in seiner reißerischen Art zu undifferenziert. Auf Japanisch heißt diese Wissenschaft “化学”, dabei steht das erste Zeichen für “Verwandlung”, das zweite für “Wissenschaft”, “Lehre” oder “Studium”. Und das trifft es auch ganz gut: Chemie beschäftigt sich mit Stoffen und deren Umwandlung inenander. Nun fehlt noch die Erklärung, was ein Stoff ist.

Bereits in der Antike gab es die Überlegung, dass Materie wohlmöglich aus Grundbausteinen zusammengesetzt sei, die sich nicht weiter teilen lassen. Das Wort Atom (“atomos”, gr. “unteilbar”) ist an diese Vorstellung angelehnt, auch wenn sich herausgestellt hat, dass Atome doch aus noch kleineren Teilchen bestehen und sich “teilen” lassen.

Ein Atom besteht aus dem Kern, der sich aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen zusammensetzt, und der Hülle, in der sich negativ geladene Elektronen aufhalten. Im neutralen Atom ist die Anzahl der Protonen und Elektronen identisch und je nachdem, wieviele es sind, handelt es sich bei dem jeweiligen Atom um ein bestimmtes Element. Atome mit genau einem Proton sind Wasserstoffatome, mit sechs Protonen Kohlenstoffatome, mit 79 Protonen Goldatome etc. Die Anzahl der Neutronen kann in kleinem Maße variieren, ändert aber nichts an der Zuordnung zu einem Element.

Insgesamt sind die Elemente von eins bis 112 bisher anerkannt und benannt (von Wasserstoff bis Copernicium), bei einigen weiteren dauert die Bestätigung des Fundes noch an. Viel mehr dürften jedoch nicht dazukommen, denn die höheren Elemente sind so instabil, dass sie nach ihrer künstlichen Erzeugung im Labor nur Bruchteile von Sekunden bestehen.

Seid reaktiv und verbindet euch!

Gäbe es nur Stoffe, die aus einem Haufen Atome des gleichen Elementes bestehen, wäre deren Anzahl ebenfalls auf wenig mehr beschränkt.1 Doch die Atome können miteinander auch Verbindungen bilden. So besteht das für Leben wichtige Wasser aus zwei Wasserstoffatomen, die an ein Sauerstoffatom gebunden sind. Oder Kochsalz, das aus regelmäßig, abwechselnd angeordneten Natrium- und Chloratomen besteht.2

Durch diese Kombinierbarkeit ergibt sich eine gewaltige Zahl an unterschiedlichen Verbindungen. Auch Gemische mehrerer Verbindungen können Stoffe sein, was eine unüberschaubare Zahl an Stoffen zur Folge hat, da jede kleine Variation prinzipiell als ein anderer Stoff angesehen werden kann. In der Praxis wird dies verständlicher Weise nicht gemacht. Kleine Variationen in der Zusammensetzung werden zweckmäßig zum selben Stoff gezählt. Selbst “Reinstoffe” sind nicht immer so sauber, wie ihr Name behauptet.

Der Clou ist schließlich, dass Stoffe nicht einfach nur “da sind” und nichts tun, sondern dass sie miteinander reagieren. Dabei wird üblicherweise zwischen physikalischen und chemischen Vorgängen unterschieden. Zu ersteren gehört etwa das Schmelzen und Verdampfen, bei dem sich Stoffe bereits grundlegend verändern. Wie etwa könnte man Eis, Wasser und Dampf für dieselben Stoffe halten, wenn man nie gesehen hat, wie eines zum anderen wird?

Die chemische Seite betrachet hingegen die Neubildung von Stoffen aus anderen. Wenn z. B. Holz verbrennt, dann werden die darin enthaltenen Verbindungen — die vor allem aus Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff bestehen — zu Wasser und Kohlenstoffdioxid (zwei Sauerstoffatome an einem Kohlenstoffatom). Das heißt, die ursprünglich verbundenen Atome haben ihre alten Bindungen untereinander gelöst und neue gebildet. Auch das Lösen von Kalk mit Zitronensaft ist eine chemische Reaktion, bei der Kalk (beinhaltet Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff) zu Kohlenstoffdioxid und Calciumcitrat reagiert.

Chemie ist letztlich jene Naturwissenschaft, die die Eigenschaften und Reaktionen der Stoffe untersucht und in eine Systematik einteilt. Auf bereits vorhandenem Wissen wird aufgebaut, um gezielt Stoffe herzustellen, die gewünschte Eigenschaften besitzen.

“Aber bitte mit Chemie”

Um den Bogen zum Titel zu spannen: Es gibt die absurde Floskel “ohne Chemie”, mit der vor allem Produkte beworben werden.3 Dabei wird indirekt unterstellt, dass “Chemie” ungesund sei und “Chemielosigkeit” eine erstrebenswerte Sache. Wer sich dafür entscheidet, den Begriff Chemie nicht nur für die Wissenschaft zu verwenden, dem sollte bewusst sein, dass letztlich alles Materielle aus Atomen aufgebaut ist und damit grundlegend den Naturgesetzen folgt, die die Chemie als Naturwissenschaft erforscht. Nicht nur Schwefelsäure und Cyankali, sondern auch Alkohol und Brot gehören dazu.  Kurz: Alles ist Chemie!

Und das ist auch der Grund, warum ich mir dieses zum Teil an die Substanz gehende Praktikum antue. Die uns umgebende Vielfalt an festen, flüssigen und gasförmigen Substanzen beruht einzig auf der Ent- und Verknüpfung einer Handvoll Puzzleteilen, die je nach Kombination ganz verschieden aussehen, sich anfühlen und aufeinander und auf uns wirken. Dieses gigantische Puzzle wird von Wissenschaftlern Stück für Stück zusammengesetzt und lässt immer wieder über die Wunder der Natur staunen.

Die Quintessenz dieses und vermutlich auch aller zukünftigen Beiträge zu diesem Thema ist: Chemie ist faszinierend und allgegenwärtig.

  1. Je nach Bedingungen kann derselbe Elementhaufen sich unterschiedlich anordnen und dadurch unterschiedliche Stoffe bilden. Zum Beispiel Graphit und Diamant, die beide aus Kohlenstoff bestehen.
  2. Genauer sind es geladene Natrium- und Chloridionen. Der Begriff Atom wird vor allem für die ungeladenen Varianten benutzt, ist aber nicht darauf beschränkt.
  3. Nach derselben Logik haben nicht-genmanipulierte Tomaten auch keine Gene …

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