Chemie. Hayley Birch. schlüssel ideen

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1 Chemie Hayley Birch schlüssel ideen

2 Hayley Birch 50 Schlüsselideen Chemie Aus dem Englischen übersetzt von Angela Simeon

3 Inhalt Einleitung 3 01 Atome 4 02 Elemente 8 03 Isotope Verbindungen Wie alles zusammenhält Wechsel von Zustandsformen Energie Chemische Reaktionen Gleichgewichte Thermodynamik Säuren Katalysatoren Redox Gärung Cracken Chemische Synthese Das Haber-Bosch-Verfahren Chiralität Grüne Chemie Trennung Spektren Kristallographie Elektrolyse Fertigung im Mikromaßstab Selbstorganisation Lab-on-a-chip Computergestützte Chemie Kohlenstoff Wasser Der Ursprung des Lebens Astrochemie Proteine Enzymaktivität Zucker DNA Biosynthese Photosynthese Chemische Boten Kraftstoffe Kunststoffe CFKWs Verbundwerkstoffe Solarzellen Arzneistoffe Nanotechnologie Graphen D-Druck Künstliche Muskeln Synthetische Biologie Brennstoffe der Zukunft 200 Periodensystem der Elemente 204 Index 206

4 Einleitung 3 Einleitung Chemie wird oft als der Underdog unter den Naturwissenschaften betrachtet. Erst kürzlich sprach ich mit einer Chemikerin, die sagte, sie habe genug davon, dass ihr Fach als ein Haufen von Leuten, die mit übelriechenden Dingen im Labor herumfummeln gelte. Irgendwie scheint Chemie nicht so bedeutend wie Biologie und nicht so interessant wie Physik zu sein. Als Autorin eines Buches über Chemie ist es deshalb meine Aufgabe, Ihnen einen Blick hinter dieses Bild zu ermöglichen und Sie für den Underdog einzunehmen. Denn Chemie ist viele wissen das nicht die beste Naturwissenschaft. Chemie steckt im Kern von fast allem. Aus ihren Bausteinen Atome, Moleküle, Verbindungen und Mischungen besteht jedes Staubkorn und jede Faser auf diesem Planeten. Ihre Reaktionen sind dafür verantwortlich, dass es Leben gibt, und schaffen alles, wovon Leben abhängt. Ihre Produkte kennzeichnen den Fortschritt unserer Existenz als Menschen, von Bier bis zu Feinstrumpfhosen. Der Grund, warum Chemie ein Imageproblem hat, beruht meiner Meinung nach darauf, dass wir uns nicht auf die relevanten und interessanten Themen konzentrieren, sondern uns damit verzetteln, eine Garnitur Regeln zu lernen: Wie Chemie funktioniert, Formeln von molekularen Strukturen, Rezepte für Reaktionen und so weiter. Auch wenn Chemiker anführen mögen, dass diese Regeln und Rezepte wichtig sind, so werden doch die meisten zustimmen, dass sie nicht besonders spannend sind. Deshalb werden wir uns in diesem Buch nicht allzu viel mit Regeln befassen. Wenn Sie möchten, können Sie Regeln und Rezepte anderswo nachschlagen. Ich habe versucht, mich auf das zu konzentrieren, was relevant und interessant ist an der Chemie. Und nebenbei habe ich versucht, den Geist meines Chemielehrers Mr. Smailes einfließen zu lassen, der mir zeigte, wie ich Seife oder Nylon herstellen kann, und der wirklich großartige Krawatten trug.

5 4 Atome 01 Atome Atome sind die Bausteine der Chemie und unseres Universums. Sie bilden die Elemente, die Planeten, die Sterne und uns. Atome zu verstehen wie sie aufgebaut sind und wie sie aufeinander einwirken kann fast alles erklären, was bei chemischen Reaktionen im Labor und in der Natur passiert. Bill Bryson, der Autor von Ein kurze Geschichte von fast allem, schrieb, dass jeder einzelne von uns bis zu einer Milliarde Atome in sich tragen könnte, die einmal zu William Shakespeare gehörten. Hoppla, könnten Sie jetzt denken, das sind eine Menge tote Shakespeare-Atome. Nun, das stimmt und auch wieder nicht. Einerseits ist eine Milliarde ( ) etwa die Anzahl an Sekunden, die jeder von uns bis zu seinem 33. Geburtstag gelebt hat. Andererseits ist eine Milliarde etwa die Anzahl an Salzkörnchen, die in eine gewöhnliche Badewanne passen, und weniger als ein Milliardstel eines Milliardstels der Atome in Ihrem ganzen Körper. Dies deutet an, wie klein ein Atom ist: Es gibt mehr als eine Milliarde mal eine Milliarde mal eine Milliarde Atome nur in uns und es bedeutet, dass wir nicht genug toten Shakespeare in uns haben, um auch nur eine Gehirnzelle daraus zu bauen. Das Leben ist ein Pfirsich Atome sind so winzig, dass es bis vor Kurzem unmöglich war, sie zu sehen. Das hat sich mit der Entwicklung superhochauflösender Mikroskope insofern geändert als australische Wissenschaftler 2013 eine Aufnahme von dem Schatten machen konnten, den ein einzelnes Atom warf. Aber Chemiker mussten Atome nicht immer sehen, um zu verstehen, dass sich mit Atomen grundsätzlich das Meiste von dem erklären lässt, was im Reagenzglas und auch im Leben vor sich geht. Viele chemische Vorgänge beruhen auf den Aktivitäten von noch kleineren, subatomaren Teilchen, den Elektronen, die die äußeren Bereiche der Atome ausmachen. Wenn wir ein Atom wie einen Pfirsich in der Hand halten könnten, wäre der Stein des Pfirsichs das, was Nukleus (Atomkern) genannt wird. Er enthält die H. Birch, 50 Schlüsselideen Chemie, DOI / _1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2016 Zeitleiste ca. 400 v. Chr. der griechische Philosoph Demokrit verwendet den Begriff Atom für kleinste, nicht weiter teilbare Bausteine 1803 John Dalton schlägt eine Atomtheorie vor 1904 Joseph John Thomsons Plum-Pudding-Modell des Atomaufbaus 1911 Ernest Rutherford beschreibt den Atomkern