Chemie

Niemand will heute mehr ernsthaft Quecksilber in Gold verwandeln und Textilien mit ausgequetschten Purpurschnecken färben oder Säure durch Erhitzen von Ameisen herstellen. ROBERT BOYLEs Buch „Der skeptische Chemiker“ (1661) wies den Weg von der Alchemie zur Naturwissenschaft: Genaues Beobachten und kritisches Auswerten von Experimenten ersetzten die Mystik der einstmals „schwarzen Kunst“ (arab. alchīmiā '). Zwischen 1800 und 1900 stieg die mittlere Lebenserwartung von 30 auf 60 Jahre. Glas, Seife, Porzellan und Textilien eroberten die zivilisierte Welt. Nachdem es gelungen war, der englischen Kohle die flüchtigen Bestandteile zu entziehen, verdrängte Koks die Holzkohle. Der erste Hochofen am schottischen Fluss Carron erzeugte 1760 hochwertiges Eisen für militärisches Gerät. Die Herstellung von drei Kilogramm Holzasche – mit der für Seifen und Glas wichtigen Pottasche – forderte damals eine Tonne Buchenholz! Leinen und Wolle, in Handarbeit gefertigt, wurden mit Pottasche (Kaliumcarbonat) gewaschen, in saurer Milch getränkt und monatelang der Rasenbleiche unterzogen – ehe sich Schwefelsäure (1741) als wirkungsvolle Säure herausstellte.

Der Elementbegriff löste sich im 18. Jahrhundert von philosophischen Ideen und definierte die moderne Chemie als die Lehre von den Elementen und ihren Verbindungen. LAVOISIER beschrieb 33 chemische Elemente:

In der kosmischen Strahlung und bei Kernreaktionen wurde ein „Zoo“ von Teilchen, stets kleiner und leichter als Atome, entdeckt. Ihre komplizierten Wechselwirkungen werfen mittlerweile die Frage nach einer einheitlichen Feldtheorie für Gravitation, Elektromagnetismus, radioaktiven Zerfall und die Kernkräfte auf.

Warum baut man Brücken aus Stahlbeton, Flugzeuge aus Titanlegierungen, Schneidwerkzeuge aus gehärtetem Stahl und chemikalienbeständige Dichtungen aus Fluorpolymeren? Die Struktur der Materie erklärt diese Fragen.

Jetzt geht es ums chemische Rechnen! Stöchiometrie ist die Lehre von der Zusammensetzung chemischer Verbindungen und den Massenverhältnissen bei chemischen Reaktionen. ¹ Die Einführung der Analysenwaage begründete die moderne Chemie. Befreit vom Zauber der Alchimie erkannte man Verbrennungen als Umsetzung mit Sauerstoff – und Hitze und Licht als physikalische Begleiterscheinungen (Energieänderungen).

Dass Ameisensäure auf der Haut brennt, weiß jedes Kind. Verätzungen mit Säuren und Basen (Laugen) sollen durch Arbeitsschutzmaßnahmen verhindert werden.

Funktionelle Gruppen bestimmen als „aktive Stellen“ im Molekül die chemischen Eigenschaften, während sich das Kohlenwasserstoffgerüst reaktionsträge verhält. Organische Verbindungen werden nach dem Stammkohlenwasserstoff benannt und die funktionellen Gruppen und Seitenketten alphabetisch voran gestellt. Die höchstwertige funktionelle Gruppe bestimmt die Stoffklasse.

Abfallvermeidung ist das grundsätzliche Ziel einer nachhaltigen Chemie. Bei atomökonomischen Reaktionen finden sich möglichst viele Atome der Edukte im Endprodukt wieder und münden nicht in ungenutzte Nebenprodukte. Der Atomnutzungsgrad (atom economy) ist das Verhältnis aus der molaren Masse des Zielprodukts und der molaren Masse aller Edukte.

Die Elemente des Periodensystems der Gruppen Ia bis IIIa, sowie die schweren Elemente IVa bis VIa sind Metalle und Halbmetalle. Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff, Schwefel, die Halogene und Edelgase sind Nichtmetalle.

Die Verordnungen der Europäischen Gemeinschaft gelten in den Mitgliedsstaaten unmittelbar. Auf der Richtlinie 67/548/EWG basiert das deutsche Chemikaliengesetz.