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 286 Schlusswort Das Lehrbuch zeichnet ein Bild von der Entstehung des Universums und der Entwicklung des Lebens. Vor ca. 5 Milliarden Jahren – etwa 8 Milliarden Jahre nach dem Urknall – erstarrte unsere Erde zu einer Silicatkugel mit Hydrosphäre und Atmosphäre. Die Atome stammen von längst vergangenen Sternen, die unter den günstigen irdischen Bedingungen zur Evolution der relativ robusten Biomoleküle führten. Die genaue Abfolge der weiteren Evolutionsschritte – Einhüllung, Energieversorgung, Informationsspeicherung und Nutzung der Protein- maschinerie – ist nicht geklärt; sie brachte jedenfalls bakterielle Lebensformen hervor. Erst ca. 2 Milliarden Jahre später entwickelten sich die ersten einzelligen Lebewesen mit Zellorganellen. Nach ungefähr einer weiteren Milliarde von Jahren tauchten die ersten Vielzeller auf, die nicht nur genetisch, sondern auch neuronal lernfähig waren. Der französische Philosoph und Theologe Teilhard de Chardin (1881–1955) hat die Vorstellung entwickelt, dass die zunehmend raffinierter angeordnete Materie immer mehr »Seele« besitzt – und am Endpunkt der Entwicklung steht der Mensch. Ganz anders hingegen folgert Jacques Monod, dass die Entwicklung des Lebens das absurde Ergebnis einer Reihe von Zufällen ist. Wie auch immer – es führt eine stetige Linie von den Bakterien, die l e b e n , zu Tieren, die ihre Umwelt e r - l e b e n , zum Menschen, der sein Erleben b e w u s s t e r l e b t . Materie und Bewusstsein sind untrennbar mit- einander verwoben: Die Psychoneuroimmunologie (PNI) zB zeigt, dass das Immunsystem mit dem seelischen Erleben verkoppelt ist. Auch das menschliche Erkenntnis- vermögen – von Immanuel Kant (1724 – 1804) noch als eine absolute Voraussetzung betrachtet – wird zu- nehmend als Anpassungsleistung des Gehirns aufgefasst. Niemand weiß, wohin die menschliche Kultur und das Überschreiten der Grenzen der biologischen Evolution führen. Zwar können die Naturwissenschaften angeben, was machbar ist oder wie etwas funktioniert; die Fragen Warum und Wozu jedoch bleiben unbeantwortbar. Sie können aber auf die Rätselhaftigkeit und die Schönheit des Universums und des Lebens, wovon die Menschheit seit der Antike fasziniert ist, hinweisen. Wer sich davon berühren lässt und erstaunt ist, wird mit der Natur und dem Leben respektvoll und achtsam umgehen. Welche Prinzipien leiten die Chemie? M–S Anorga- nische Reak- tionstypen A–L Die 7 Denk- figuren beschreiben weitgehend die Vorgänge in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre. Die organische Chemie befasst sich ebenfalls mit Fällungen, Komplexbildungen, Protolysen und Redoxreaktionen. verdeutlichen die Grundlagen der Chemie. Diese zen- tralen Ideen (Falsifikationsprinzip, Nanoworld, Reaktion, dynamisches Gleichgewicht, Prinz p von Le Châtelier, Triebkraft und Kreisl ufe sowie Katalysator) machen auch die Anfänge des Lebens verständlich. Welche Stoffumwandlungen sind besonders infach? Welche Stoffteilch stehen am Beginn des Lebens? Welche Makromoleküle können fast jede Aufgabe lösen? Y Proteine Z Die Molekular- biologie X Makro- moleküle Welcher Reaktionstyp spielt eine zentrale Rol- le in der Biochemie? T Organische Moleküle Welche Wissen- schaft beleuchtet das Grenzgebiet zwischen toter Materie und Leben? macht Lebensvorgänge mithilfe der Chemie verständlich. Sie erklärt auch, wie sich Wissen vermehrt: durch den 6. Evolutionsschritt, die Entwicklung des Lernens. sind trotz hoher Triebkraft relativ stabil. Ihre Anzahl ist unbegrenzt, weil sich beliebige Gerüste aus C-Atomen mit unterschiedlichen reaktiven Stellen bilden können. V Die Doppel- bindung U Die Klas- sifizierung organischer Moleküle Warum sind reaktive Stellen wichtig? Wodurch wird die organische Chemie übersichtlich? Welche Stoffteilchen si d besonders v els iti ? sind Makromoleküle, deren Primärstruktur oft zu regelmäßi- gen Sekundärstrukturen und zu einem unglaublichen Formen- reichtum von Tertiär- und Quartärstrukturen führt. Die Anpas- sung der Lebe svorgänge ist möglich gewor en durch den 5. Evolutionsschritt, die Nutzu g der Proteinmaschinerie. werden industriell und biologisch durch Zusammen- schließen vieler gleichartiger organischer Moleküle erzeugt. Besondere Makromoleküle (RNA, DNA, Proteine) sind Voraussetzung für den 4. Evolutionsschritt, die Speicherung von Information. zB bietet vielfältige Reaktionsmöglichkeiten und hat geometrische Auswirkungen. Sind Doppelbindungen nach bestimmten Gesetzmäßigkeiten angeordnet, so entstehen aromatische Ringe oder intensive Farben und die Beweglichkeit von Membranen wird beeinflusst. Membranen sind die Voraussetzung für den 2. Evolutionsschritt, die Einhüllung des Lebens. erfolgt nach d n reaktiven Stellen. Einfach , im Labor nachvollziehbare Reaktionen bewirken den 1. Evolutionsschritt, die Bildung von Biomolekülen. W Über- tragungs- reaktionen sorgen für den Auf- und Abbau von organischen Molekülen und nötigenfalls für die Bildung energiereicher Bindungen. Deshalb sind sie unentbehrlich für den 3. Evolutionsschritt, die Versorgung mit Energie. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum es Verlags öbv