Hier die grundlegenden Dinge die man über Chemie wissen sollte.
Was ist ein Atom?
Ein Atom ist definiert als die Grundeinheit eines chemischen Elements. Ein Grundbaustein der Materie. Ein einfaches und grundlegendes chemisches Konzept.
Offensichtlich wissen wir heute, dass Atome aus kleineren Teilchen bestehen, die subatomare Teilchen genannt werden: Protonen (konventionell positiv geladen), Elektronen (konventionell negativ geladen) und Neutronen (neutrale Teilchen).
In einfachen Worten: Protonen und Neutronen bilden den inneren Teil des Atoms oder Kerns und machen den größten Teil der Masse der Atome aus. Die Elektronen bilden eine Wolke (Orbitale oder Bereiche, in denen die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, hoch ist) um den Kern herum.
Protonen und Neutronen sind keine fundamentalen Teilchen; sie bestehen aus Quarks. Andererseits sind Elektronen, soweit wir wissen, fundamentale Teilchen, und sie bestehen nicht aus etwas Kleinerem.
Was ist ein Molekül?
Ein Molekül ist eine Gruppe von miteinander verbundenen Atomen. Es ist die nächste Stufe der chemischen Komplexität. Moleküle stellen die Grundeinheit einer chemischen Verbindung dar, und dies ist ein weiteres dieser wesentlichen Grundkonzepte der Chemie.
Das ist es im Grunde. Ein Beispiel ist ein Wassermolekül, das aus zwei Atomen Wasserstoff (H) und einem Atom Sauerstoff (O) besteht, die über kovalente Bindungen zusammengehalten werden.
Weitere Definitionen beinhalten, dass sie die einfachste Grundeinheit sind, die an einer chemischen Reaktion teilnehmen kann, und dass sie elektrisch neutral sind. Letzteres unterscheidet Moleküle von Ionen, einer anderen Art von chemischen Verbindungen.
Was ist das Periodensystem?
Das Periodensystem ist eine Liste oder Anordnung aller bekannten chemischen Elemente. Diese sind so organisiert, dass es die Gruppierung von Elementen mit ähnlicher atomarer Struktur und damit ähnlichen Eigenschaften ermöglicht. Das Hauptkriterium für diese Ordnung ist die Anordnung durch Erhöhung der Ordnungszahl, d.h. der Anzahl der Teilchen des Kerns dieses Elements (Protonen und Neutronen). Seine Erfindung wird dem russischen Chemiker Dimitri Mendelejew zugeschrieben, und 2019 feiern wir den 150. Jahrestag seines ursprünglichen Berichts von 1869.
Welche Arten von chemischen Verbindungen gibt es?
Es gibt drei grundlegende Arten von chemischen Verbindungen, die in diesem Beitrag über grundlegende chemische Konzepte kurz vorgestellt werden sollen. Sie alle sind das Ergebnis der Bindung von Atomen untereinander. Der Unterschied liegt in der Art der Kräfte, die diese Atome zusammenhalten.
- In Molekülen (wie Wasser oder H2O, siehe oben), die neutrale Verbindungen „individueller“ Natur sind, werden Atome durch kovalente Bindungen zusammengehalten. Kovalente Bindungen treten im Allgemeinen zwischen zwei Nichtmetallatomen auf, die sich Elektronenpaare oder Bindungspaare teilen.
- In ionischen Verbindungen (wie Natriumchlorid oder NaCl, allgemein als „Salze“ bekannt) liegen die Atome in ionischer Form (geladen) vor und werden durch ionische Kräfte zusammengehalten, wodurch große Netzwerke entgegengesetzt geladener Ionen entstehen. Ionische Bindungen treten zwischen Metallen und Nichtmetallen auf.
- Wenn ausgedehnte Netzwerke von Atomen zwischen einer oder mehreren Arten von Metallatomen gebildet werden, sprechen wir von Metallbindungen.
Warum reagieren zwei chemische Verbindungen?
Die Chemie untersucht Veränderungen in der Materie. Eine chemische Reaktion ist ein Prozess, bei dem eine Gruppe chemischer Verbindungen in eine andere umgewandelt wird. Eine Reaktion tritt auf, wenn es eine Wechselwirkung zwischen den Verbindungen gibt, bei der einige Anfangsbindungen gebrochen und einige neue Bindungen gebildet werden.
Warum geschieht dies? Einfach ausgedrückt, weil die Energie, die die neuen Bindungen zusammenhält, höher ist als die Energie, die die ursprünglichen Bindungen gehalten hat. Dies ist die Definition eines thermodynamisch begünstigten Prozesses. Günstige Thermodynamik ist der grundlegendste Schritt, der dazu führt, dass zwei Verbindungen miteinander reagieren. Ein weiterer drastisch wichtiger Faktor ist die Reaktionskinetik.
Was ist Stöchiometrie?
Die Stöchiometrie ist ein sehr grundlegendes chemisches Konzept. Sie ist lediglich eine Methode zur Messung oder Bestimmung der Menge jeder an einer Reaktion beteiligten Substanz (Reaktanten) und der Menge der entstehenden Produkte.
Bevor eine Reaktion im Labor tatsächlich abläuft, muss ein Chemiker herausfinden, wie viele Moleküle jedes Reagenz benötigt wird, damit die Reaktion ablaufen kann. Zu diesem Zweck verwenden wir eine Einheit namens „Mol“. Das Mol ist die Basiseinheit der „Menge der Substanz“. Ein Mol macht 6.022-1023 Moleküle aus. Es muss eine riesige Zahl sein, da sich in jedem Gramm jedes Reagenz einer Reaktion eine riesige Anzahl von Molekülen befindet.
Die Stöchiometrie einer Reaktion ist die Messung der relativen, in Mol gemessenen Mengen (oder Äquivalente) der an der Reaktion beteiligten Reaktanten.
Was ist Chiralität und woher kommt sie?
Die Chiralität ist eine geometrische Eigenschaft bestimmter Moleküle. Ein Molekül gilt als chiral, wenn sich sein Spiegelbild nicht mit dem Molekül selbst überlagern kann. Die klassische Quelle der Chiralität in einer (organischen) Verbindung ist das Vorhandensein eines Kohlenstoffatoms mit vier verschiedenen Substituenten. Das Konzept lässt sich anhand dieses Youtube-Videos zur Grundchemie viel besser erklären:
Der Ursprung der Chiralität ist zusammen mit dem Ursprung des Lebens eine der wichtigsten Fragen nicht nur in der Chemie, sondern in der Wissenschaft im Allgemeinen, so dass sie nicht auf einfache Weise beantwortet werden kann. Die Haupttheorie, die sie untermauert, basiert auf der Homochiralität, die in drei Schritten hätte entstehen können: Brechen der Spiegelsymmetrie, chirale Verstärkung und chirale Übertragung.
Was ist Oxidation und Reduktion in der Chemie?
Redox-Prozesse sind eine Art von chemischen Reaktionen, bei denen eine der reagierenden Verbindungen oxidiert und die andere reduziert wird. Bei einer Redoxreaktion findet ein Elektronentransfer statt. Wir sagen, dass eine Verbindung oder ein Atom innerhalb einer Verbindung oxidiert wird, wenn sie Elektronen verliert, und die andere Komponente wird reduziert, wenn sie Elektronen gewinnt.
Eines der typischsten Beispiele für einen Redox-Prozess ist das Rosten von Eisen. Eisenmetall, Fe0 (Oxidationszustand = 0) reagiert mit Luftsauerstoff, O2 (Oxidationszustand = 0), zu Rost oder Eisen(III)-oxid, Fe2O3.
Was ist Radioaktivität?
Radioaktiver Zerfall, oder Radioaktivität, ist im Grunde ein Prozess, bei dem ein instabiler Kern durch die Emission von Strahlung in Form eines Teilchens Energie verliert. Dieses Konzept wird in dem folgenden Video klar erläutert:
Dies ist eher ein physikalisches als ein grundlegendes chemisches Konzept, aber es ist für Chemiker sehr relevant.
Nicht alle Atome, die es gibt, sind stabil, einige sind das, was man „nicht sein soll“ nennen könnte. Der größte Teil der Materie, die wir sehen, besteht aus Kombinationen von Protonen und Neutronen, die stabil sind (stabile Atome, genauer gesagt, stabile Kerne). Aber andere Kombinationen von Neutronen und Protonen führen zu instabilen Kernen, die schließlich auseinander fallen. Dies ist die Grundlage der Radioaktivität in einfachen Worten.
Bei der Zersetzung dieser instabilen Atome wird Energie in Form von Teilchen freigesetzt. Diese Energiefreisetzung ist nachweisbar und wird als Strahlung bezeichnet. Wenn dieser Prozess stattfindet, bildet sich ein neuer Kern und damit ein neues Atom. Dieses neue Atom kann auch instabil sein und immer wieder Strahlung abgeben, bis es sich in ein stabiles Atom verwandelt, das keine Energie mehr als Strahlung abgibt.