Naturwissenschaften im Fokus IV

Das 1. Kapitel widmet sich dem Aufbau der Atome. – Der Kern des Atoms ist von einer Elektronenwolke umgeben. Sie wird zweckmäßig in Form des klassischen Schalenmodells abgebildet. Hiermit lassen sich die meisten Erscheinungen auf atomarer Ebene, auch in der Chemie, ausreichend genau erklären, auch die Strahlung als Photonenstrom. Dadurch ist es möglich, sich von der Technik der Röntgenstrahlen, Halbleiter, Photovoltaik und des Lasers ein Bild zu machen. – Im Doppelspaltversuch wird die duale Natur des Lichts sichtbar, womit es gelingt, zum Konzept der Materiewelle vorzustoßen, also zum Kern der Quantentheorie, und damit zu Erscheinungen wie der Quantenverschränkung. – Dass sich die Teile des Atomkerns aus Quarks zusammensetzen, ist eine wohlbegründete Hypothese. Es gibt Teilchen, die die elementaren Kräfte vermitteln. Das Higgs-Teilchen vermittelt die Masse. Zur Erkundung der Teilchen bedarf es aufwändiger Geräte und Detektoren, ihr Prinzip wird am Ende des Kapitels vorgestellt.

Im Gegensatz zu ehemals wird die Chemie heute aus der Atomistik heraus entwickelt und dadurch verständlich. Das wird deutlich, wenn die verschiedenen Arten einer chemischen Verbindung erklärt werden. – Aus dem Bereich der anorganischen Chemie wird in dem Kapitel die Speicherung elektrischer Energie in Batterien und Akkus behandelt, anschließend die Stoffkunde mineralischer und metallischer Werkstoffe. – In der organischen Chemie spielen die Kohlenstoffverbindungen die zentrale Rolle, einschließlich jener mit eingebautem Wasserstoff und Sauerstoff. Sie bestimmen den Aufbau aller lebenden Substanz und demgemäß auch jener Produkte, die aus Erdöl und Erdgas gewonnenen werden, aus denen wiederum von der Chemischen Industrie fossile Brennstoffe, Kunststoffe und viele weitere Produkte, wie Kunstdünger, Pharmaartikel und Pestizide aller Art hergestellt werden.