Chemie begreifen, Schulbuch

Wie halten die Stoffteilchen zusammen? Welche Stoffteilchen gibt es noch? G Moleküle H Molekulare Kräfte E Gitter F Bindungen Welche Arten von Stoffteilchen gibt es? Was ist für die Chemie grundlegend? Wie entsteht naturwissenschaftliches Wissen? A Naturwissen- schaft Was ist das Besondere an den Molekülen? und vielfältige Strukturen sind die Folge von Bindungswinkeln und Teilladungen. Diese sind auf die unterschiedlichen Elektronegati- vitäten zurückzuführen. Die Bindungswinkel entstehen durch die maximale Abstoßung zwischen Bindungen und freien Elektronen- paaren. existieren in unbegrenzter Zahl, vor allem solche mit C-Atomen in der Biosphäre. Atmosphäre und Hydrosphäre bestehen aus sehr kleinen Molekülen. Kristallgroße Mole- küle - die Atomgitter - bilden zusammen mit Ionengittern die Lithosphäre. bzw. das Streben der Atome nach einem Elektronenoktett verknüpfen die Atome. Bei jeder Bindung wirken die negativ geladenen, sich überlagernden Elektronen als "Kitt" zwischen den positiv geladenen Atomkernen. sind die größten und einfachsten Stoffteilchen. Wie sich Reinstoffe gegenüber der Hitzeeinwirkung und dem elektrischen Strom verhalten, ist auf die verschiedenen Stoffteilchen zurückzuführen. erfolgt aus Stoffen. Stoffe bestehen aus Stoffteilchen, Stoffteilchen aus Atomen und Atome aus Elementarteilchen. gelangt durch Falsifikation von Abstraktionen zu bewährtem Wissen. B–D Der Aufbau der Materie Reagieren Stoffe immer mitein- ander, wenn man sie in Kontakt bringt? H Die chemische Reaktion Was kann man mithilfe der Chemie erreichen? Was ist die Grundlage der Chemie? Wie entsteht Wissen über die Natur? Wie zuverlässig sind solche Erkenntnisse? Naturwissen- schaft wandelt Stoffe um. Triebkraft kann durch Kopplung gemäß dem Prinzip von Le Châtelier auf nicht reagierende Stoffe über- tragen werden. Die Stoffteilchen streben nach energiearmen Bindungen (Abgabe von D H) und maximaler Un- ordnung (Zunahme der Entropie S). besagt, dass eine Gleichgewichtsverschie- bung immer der äußeren Störung entgegen- wirkt. Äuß re Störungen fördern einseitig die Hin- oder Rückreaktion, sodass sich ein neues Gleichgewicht einstellt. bzw. das MWG (die Gleichgewichtskonstante) legen fest, in welchem Ausmaß sich Stoffe umwandeln. Am Reak- tionsende kompensiert die Rückreaktion die Hinreaktion. In ungünstigen Fällen kommt dadu ch die Hinreaktion überhaupt nicht in Gang. führt zu Stoffen, die völlig neuartige Eigen- schaften aufweisen. Die Atome kombinieren sich andersartig zu Stoff- teilchen. Energie, Ladung und die Atome selbst bleiben erhalten. steht als Ursache hinter allen Eigenschaften der Stoffe. Das Mol – »Packung und Stück- zahl« zugleich – führt als »Brücke« von der Allta swelt in di Nanoworld. gelangt durch das Falsifikationsprinzip zu bewährten ( ==/ wahren) Abstraktionen, Modellen und Theorien. Liefert dieses V rmutungswissen falsche Prognosen, s erfordert di s neue Modelle und Theorien. A–G Die Nanoworld Wie können Reaktionen einen Kreislauf bilden? Kann man den Verlauf einer Reaktion beeinfluss n? 150 Ausblick und Rückschau K–L Der zweite Abschnitt des Lehrbuchs hat die wichtigsten Prinzipien behandelt, die für chemische Reaktionen gelten. Diese sind in 5 Denkfiguren zusammengefasst worden: Reaktion, dynamisches Gleichgewicht, Gleich- gewichtsverschiebung gemäß dem Prinzip von Le Châtelier, Triebkraft und Kreisläufe, Katalysator. Die Denkfiguren stehen untereinander in einem engen Zusammenhang: Am Anfang steht die Reaktion, die immer mit einem dynamischen Gleichgewicht endet. Durch Veränderung äußerer Bedingungen kommt es zu einer Verschiebung des Gleichgewichtes. Wird von außen andauernd Energie oder Triebkraft zugeführt, so können sich Reaktionen zu einem Kreislauf schließen. Katalysatoren, die auf Signale aus der Umwelt reagieren, können sogar Kreisläufe steuern, die anpassungs- und »lernfähig« sind. Die Denkfiguren vermitteln ein grobes Bild davon, wie der Ursprung des Lebens möglich war. Bevor dieser spannende Aspekt der Chemie erläutert wird, müssen im dritten Abschnitt die Grundtypen chemischer Reaktionen klar werden. Abschließend sind zur Entropie S, dieser fundamentalen physikalischen Größe zur Beschreibung der Unordnung, noch zwei Punkte anzumerken: 1. Alle bisher entdeckten Naturgesetze unterscheiden nicht zwischen Vergangenheit und Zukunft. Die einzige Ausnahme bildet die Entropie, die mit zunehmender Zeitdauer insgesamt immer größer wird. 2. Die Entwicklung des Lebens zu immer komplexeren Formen scheint mit dem Gesetz der Entropiezunahme in Widerspruch zu stehen. Leben ist – kosmisch gesehen – ein lokal sehr begrenztes Phänomen, das nur durch die andauernde Einstrahlung von Sonnenenergie möglich ist. Insgesamt nimmt die Unordnung im Universum laufend zu: Der heiße Zustand der Fixsterne mit energiereichen Atomen in einem kalten Weltraum endet mit einem völligen Temperaturausgleich und einer weitgehenden Zerstreuung der Materie. I Das dynamische Gleichgewicht Wie können Reaktionen und damit auch Kreisläufe gesteuert werden? setzt eine Reaktion mit Triebkraft in Gang, falls sie gehemmt ist. Ein zyklisch wieder verwendbares Stoffteilchen eröffnet einen Reaktionsweg mit vernachlässigbarer Aktivierungsenergie. Es gibt Katalysatoren, die durch Botenstoffe ein- und ausschaltbar sind. L Der Katalysator Zusammenfassung der bisher besprochenen Schritte: K Die Triebkraft von Reaktionen J Das Prinzip von Le Châtelier Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv