GRUNDLAGEN:
1 x 1 DER CHEMIE

Um zu verstehen, worum es in der Chemie geht, sollte man wissen, dass es sich dabei um eine Naturwissenschaft handelt. Das Wort »Chemie« kommt aus dem Altägyptischen und heißt so viel wie »schwarze Erde«. Denn schon damals haben sich die Menschen mit Chemie beschäftigt, indem sie geforscht haben, welche Stoffe es auf unserer Welt gibt und wie sie zusammengesetzt sind. In der Chemie geht es aber auch sehr oft um die Veränderung eines Zustands - sobald sich also ein Stoff verändert, ist das Chemie. Wenn neue Stoffe entstehen, nennt man das »Reaktionen«. Aber auch der Aufbau von Dingen hat mit Chemie zu tun. Denn alles, was auf der Erde existiert, besteht aus kleinsten Teilchen - den Molekülen.

Was machen Chemiker?

Schon zu Zeiten der alten Ägypter beschäftigten sich die Menschen mit Chemie, nur dass sie sich damals noch nicht als Chemiker, sondern als »Alchemisten« bezeichnet haben. Sie experimentierten mit verschiedenen Stoffen und versuchten zum Beispiel, auch Gold selbst herzustellen. Das hat zwar am Ende nicht funktioniert, dafür wurden dabei andere wichtige Dinge entdeckt, zum Beispiel die Herstellung von Porzellan.

Später kam eine Zeit, in der sich die Chemiker vor allem damit beschäftigt haben, was Atome und Moleküle sind und was sie damit zu tun haben, dass ein Stoff eine bestimmte Eigenschaft hat. Das waren die Grundlagen der Chemie, es wurde experimentiert und geforscht, um den Dingen im wahrsten Sinne des Wortes auf den Grund zu gehen. Danach begannen die Chemiker mit dem Wissen, das sie inzwischen hatten, selbst Stoffe herzustellen. Dabei sind Dinge entstanden, die wir heute alle ganz selbstverständlich und jeden Tag benutzen, wie zum Beispiel Plastik - ohne darüber nachzudenken, dass es sich dabei um reine Chemie handelt. Manchmal sind Stoffe entstanden, die uns zwar das Leben erleichtern, aber am Ende uns und der Umwelt schaden können. Aber auch das ist wieder ein Fall für die Chemiker, denn dann sind sie gefragt, wieder neue Stoffe zu erfinden, die das nicht tun.

In der Chemie wird also seit Jahrhunderten geforscht und es wird wohl auch immer so weitergehen. Aber Chemiker sind nicht nur dafür zuständig, ständig etwas Neues zu erfinden. Sie sind auch sehr wichtig, wenn es darum geht, Auskunft über den Zustand von etwas zu bekommen. Da wären zum Beispiel unsere Luft oder die Gewässer - wie können wir sie überprüfen? Denn es ist schließlich überlebenswichtig für uns, zu wissen, ob die Luft, die wir atmen, sauber ist oder ob unsere Gewässer noch nutzbar sind. Das alles können Chemiker mit ihren speziell dafür entwickelten Verfahren überprüfen und messen. Und in manchen Fällen können sie dann ein Gleichgewicht, das ins Wanken geraten ist, wiederherstellen.

Was sind denn eigentlich Atome?

Um zu erfahren, was ein Atom ist, muss man erst einmal wissen, dass alles, was sich auf unserer Erde befindet, in seinem kleinsten Teil aus unzähligen Atomen besteht - wir auch! Tiere, Pflanzen und sogar Wasser, Luft und Erde setzten sich aus diesen winzigen Teilchen zusammen. Sie sind so klein, dass wir sie nicht sehen können. Das geht nur mithilfe eines der modernsten und speziell dafür gebauten Mikroskope.

Bis jetzt hat man 118 verschiedene Arten von Atomen entdeckt, aber vielleicht gibt es noch mehr. Der Name »Atom« kommt aus dem Griechischen und bedeutet so viel wie »unteilbar«. Man hat es deshalb so genannt, weil man früher dachte, dass ein Atom das kleinste Teilchen von allem ist, was es gibt, und dass es eben deshalb nicht mehr geteilt werden kann. Inzwischen weiß man, dass man sogar Atome teilen kann. Denn jedes Atom hat einen Kern im Inneren, und um ihn herum schwirren winzige Teilchen, sodass es aussieht, als würden sie eine Wolke bilden. Es gibt zwei verschiedene Sorten von Teilchen, die dort herumsausen: die Protonen und die Neutronen. Beide sind elektrisch geladen, deshalb kann man mit Atomen auch Strom erzeugen. Man unterscheidet die Atome danach, wie groß ihr Kern ist. Das hängt damit zusammen, wie viele Protonen oder Neutronen um ihn herumflitzen. Auf der Hülle der Atome befinden sich die Elektronen. Normalerweise hat ein Atom genauso viele Protonen wie Elektronen. Die Protonen im Kern sind positiv geladen, die Elektronen negativ. Deshalb ist ein Atom elektrisch neutral - die beiden Ladungen heben sich gegenseitig auf. Die Elektronen auf der Außenhülle oder Schale von Atomen können abgegeben oder aufgenommen werden.

Atome sind immer die kleinsten Baustoffe eines Elements. Elemente sind Stoffe, die man nicht mehr teilen kann. Man kann auch sagen, es ist der reine Stoff, der nicht mehr in andere Stoffe zerlegt werden kann. Elemente bestehen aus nur einer Sorte von Atomen. Ein Beispiel für ein Element ist Sauerstoff O2. Die Sauerstoffatome haben die gleichen Eigenschaften.

Was bedeuten die Zahlen in chemischen Formeln?

Je nachdem, ob ein Atom Elektronen aufnimmt oder abgibt, ändert sich seine elektrische Ladung. Und das wird mit einem Plus oder einem Minus neben den Buchstaben (Abkürzungen der Namen) angezeigt. Ein paar Beispiele:

Natrium - die Abkürzung ist Na und daneben steht ein »+«. Warum? Weil Natrium positiv geladen ist, denn es hat ein Elektron abgegeben. Es gibt also mehr positive Ladung auf dem Atom als negative - also bekommt es ein Plus.

Kupfer - abgekürzt Cu, daneben steht ein »2+«. Das Kupferatom hat zwei Elektronen abgegeben und ist deshalb »zweifach positiv« geladen.

Umgekehrt können Atome auch Elektronen aufnehmen und bekommen dadurch eine negative Ladung. Sauerstoff (mit der Abkürzung O) hat deshalb eine 2 und ein Minus - es hat zwei Elektronen aufgenommen und ist dadurch zweifach negativ geladen.

Was bezeichnet man als Kationen und Anionen?

Wenn Atome ihre Ladung geändert haben, weil sie entweder Elektronen aufgenommen oder abgegeben haben, sind es geladene Atome. Diese geladenen Atome nennt man »Ionen«. Bei positiv geladenen Ionen spricht man auch von »Kationen«. Negativ geladene heißen »Anionen«. Damit man sich auch merken kann, welche die positiv geladenen und welche die negativen sind, gibt es eine kleine Eselsbrücke: In dem Wort Kationen kommt ein t vor. Wenn man es sich als ein etwas merkwürdiges Pluszeichen vorstellt, kann man sich leichter merken, dass die Kationen die mit dem Plus, also die positiv geladenen Atome sind.

Woraus setzt sich ein Molekül zusammen?

Jetzt weißt du schon, was Atome und Ionen sind. Ein Molekül ist die chemische Verbindung aus zwei oder mehreren Atomen. Es kann entweder aus lauter gleichen Atomen oder aus verschiedenen zusammengesetzt sein. Manche Moleküle haben eine Ladung, sie kann positiv oder negativ sein - in dem Fall sagt man: Das Molekül ist »ionisch geladen«. Es gibt aber auch Moleküle, die keine Ladung haben - sie sind »neutral«.

Nehmen wir als Beispiel Wasser: Die chemische Abkürzung ist H2O. Warum? Weil sich in diesem Fall zwei Wasserstoffatome mit der Abkürzung H und ein Sauerstoffatom O zusammentun. Heraus kommt dann ein Molekül Wasser. Ein Tropfen Wasser hat übrigens 1 Trilliarde (eine 1 mit 21 Nullen!) Moleküle!

Es gibt kleine Moleküle wie das Wassermolekül, aber auch viel größere. Sie bestehen dann aus Tausenden Atomen und man nennt sie »Makromoleküle«. Kunststoffe setzten sich zum Beispiel aus solchen...