Hintergrundwissen Chemie

In diesem Artikel erklären wir kurz die wichtigsten Begriffe aus dem Themengebiet und stellen konkrete Anwendungen / Produkte der chemischen Industrie vor.

Was ist Chemie?

Chemie ist eine Naturwissenschaft. Das Wort stammt aus der altägyptischen Sprache und bedeutet „schwarze Erden“. Chemie als Wissenschaft befasst sich mit der Charakterisierung, Zusammensetzung und Umwandlung von Stoffen und mit der Frage, welche Kräfte sie zusammenhalten.

Was sind Elemente?

Elemente sind Stoffe, die in keine einfacheren Stoffe mehr zerlegt werden können. Aus den Elementen besteht buchstäblich alles, was in der Natur vorkommt oder vom Menschen geschaffen wird. Wir kennen 103 Elemente, die im Periodensystem angeordnet sind. Mit diesen Elementen kann man Stoffe gezielt herstellen.

Chemische Reaktionen

Nachdem das Beschreiben der Stoffe so gut wie abgeschlossen ist, liegt das Hauptinteresse der ChemikerInnen darin, Stoffe ineinander umzuwandeln. Bei diesen Umwandlungsprozessen reagieren die Stoffe mit einander und verändern ihre Zustände (z.B. fest, flüssig, gasförmig). Beispiele: Beim Brennen einer Kerze wird das feste Kerzenwachs flüssig und es entstehen Gase wie Kohlendioxid und Wasserdampf. Eine chemische Reaktion gibt es auch beim Backen von Kuchen: Aus dem flüssigen Teig entstehen neue Stoffe und man hat dann den festen Kuchen. Auch eine Explosion ist eine chemische Reaktion. Die Chemie weiß heute, wie man erwünschte Reaktionen herbeiführt und unerwünschte vermeidet.

Organische Chemie

Organische Chemie beschäftigt sich im Wesentlichen mit Kohlenstoffverbindungen, die die Grundlage des Lebens bilden. Heute sind rund 20 Millionen Kohlenstoffverbindungen bekannt. Die organische Chemie beschäftigt sich einerseits mit organischen Naturstoffen wie z.B. Zucker, Peptide, Naturfarbstoffe, Alkaloide, Vitamine, …, andererseits mit synthetischen Stoffen, also Stoffen, die in der Natur nicht vorkommen und künstlich hergestellt werden. Beispiele: Kunststoffe, Ionenaustauscher, Arzneistoffe, Pflanzenschutzmittel, Kunstfasern für Kleidungsstücke.

Was machen Chemiker:innen?

Viele Jahre haben Chemiker:innen die Eigenschaften von Stoffen erforscht und sind der Frage nachgegangen, was die wissenschaftlichen Grundlagen dieser Eigenschaften sind. Damit wissen sie, wie ein Molekül aussehen muss, damit ein Stoff fest, weich oder gummiartig ist. Sie wissen auch, warum Stoffe durchsichtig oder undurchsichtig sind. Deshalb können sie genau solche Stoffe gezielt herstellen.

Alchemie

Bevor die Chemie zu einer eigenständigen Wissenschaft wurde, sind etliche tausend Jahre vergangen, in denen die Menschheit längst mit chemischen Prozessen arbeitete. So war schon die Herstellung von Bronze aus Kupfer und Zinn ein anorganischer chemischer Prozess. Auch die Philosophen der griechischen Antike fragten nach dem Aufbau der Materie und widmeten sich damit einer Kernfrage der Chemie. Der direkte Vorläufer der Chemie ist die Alchemie: Schon ab 300 v. Chr. beschäftigten sich die Araber und die Griechen mit der Beschreibung und Umwandlung von Stoffen. Im Mittelalter wanderte die Alchemie in die Klöster, wo sie als Geheimwissenschaft und verbunden mit allerlei Aberglauben betrieben wurde. Dabei wurde viel Nützliches erforscht und hergestellt, heute noch bekannt sind aber eher Versuche, Gold und Silber mithilfe des „Steins der Weisen“ herzustellen oder die Suche nach einem Allheilmittel für alle Krankheiten.

Anorganische Chemie

Die anorganische Chemie beschäftigt sich mit Stoffen, in denen kein Kohlenstoff vorhanden ist (Achtung, hier gibt es Ausnahmen). Im Mittelpunkt stehen damit Metalle, Salze und Mineralien, Säuren und Basen sowie Gase. Technische Anwendungen, die auf anorganischer Chemie beruhen, sind die Halbleiterchemie, die Mineralogie, die Metallurgie (etwa mit der Herstellung von Eisen und Stählen), die Herstellung von Baustoffen wie Zement, Mörtel oder Beton und die Herstellung von Keramiken.

Chemie und Umwelt

Wir greifen mit Mitteln der Chemie auf vielfältige Weise in unsere Umwelt ein: Die Aufbereitung und Reinigung von Wasser oder Hygiene und Desinfektion sind unverzichtbare Beispiele dafür. Es gibt aber auch negative Beispiele, etwa die Schäden, die wir der Natur mit achtlos weggeworfenem Plastik zufügen oder schädliche Abgase, die bei Verbrennungsprozessen entstehen. Tatsächlich muss man eingestehen, dass die Forschung und mit ihr die chemische Industrie über einige Jahrzehnte vieles umsetzte, ohne die genauen Folgen für Mensch und Natur abschätzen zu können. Heute sind wir längst um Vieles klüger: Es ist die moderne Chemie, die uns erklären kann, was die Ursache negativer Auswirkungen ist, wie wir sie vermeiden und welche Alternativen wir entwickeln können. Beispiel: Ersatz von erdölbasierten Kunststoffen durch biogene und damit verrottbare Kunststoffe in der organischen Chemie oder die Entwicklung von Abgasreinigungsanlagen in der anorganischen Chemie.

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