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Chemie

Universität, Naturwissenschaften

Zusammensetzung, Struktur und Umwandlung der Materie auf atomarer und molekularer Ebene. Quelle: Wikipedia (CC BY-SA 4.0).

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Definition, Geschichte und Zweige der Chemie

  • Definition: Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur, Eigenschaften und Veränderungen der Materie.
  • Definition von Linus Pauling: Untersuchung von Substanzen, Anordnung der Atome und Reaktionen im Zeitverlauf.
  • Supramolekulare Chemie: Untersuchung von Gasen, Molekülen, Kristallen und Metallen.
  • Zentralwissenschaft: verbindet mit Physik (Physikalische Chemie), Biologie (Biochemie), Astronomie (Astrochemie) und Geologie (Geochemie).
  • Studienmethoden: Labortechniken und computergestützte molekulare Modellierung.
  • Historischer Ursprung: Entwicklung von der Alchemie zur modernen Chemie.
  • Meilensteine der chemischen Revolution: Entdeckung von Gasen (Boyle) und die Gesetze der Erhaltung/Verbrennung (Lavoisier).
  • Systematisierung: Erstellung des Periodensystems und der Atomtheorie.
  • Anorganische Chemie: Untersuchung anorganischer Materie.
  • Organische Chemie: Untersuchung organischer Materie.
  • Biochemie: Untersuchung von Substanzen in biologischen Organismen.
  • Physikalische Chemie: strukturelle und energetische Untersuchung auf Makro-, Molekular- und Atomebene.
  • Analytische Chemie: Analyse der Zusammensetzung und Struktur von Proben.
  • Etymologie: Abgeleitet von „Alchemie“ (Arabisch al-kīmīā, Griechisch χημία/χημεία).
  • Hypothese 1: „die ägyptische Kunst“ (von Chemi/Kimi/Kham).
  • Hypothese 2: „verschmelzen“ (von χημεία).
  • Hypothese 3: „die Kunst des Saftextrahierens“ (von khumos).

Definition, Bedeutung und Teilgebiete der Chemie

  • Definition 1661 (Boyle): Prinzipien gemischter Körper
  • Definition 1663 (Glaser): Kunst des Lösens, Gewinnens und Verbindens von Substanzen
  • Definition 1745 (Stahl): Kunst des Verstehens und Neuzusammensetzens von Mischungen aus ihren Grundprinzipien
  • Definition 1857 (Dumas): Gesetze und Wirkungen molekularer Kräfte
  • Definition 1947 (Pauling): Struktur, Eigenschaften und Reaktionen von Substanzen
  • Definition 1988 (Chang): Untersuchung der Materie und ihrer Veränderungen
  • Chemie ist eine Basiswissenschaft, die in der Medizin, Biologie, im Ingenieurwesen und in vielen weiteren Bereichen angewendet wird
  • Exotherme Prozesse: geben Energie an die Umgebung ab
  • Endotherme Prozesse: absorbieren Energie aus der Umgebung
  • Analytische Chemie: unterteilt in quantitative und qualitative Chemie
  • Anorganische Chemie: Verbindungen ohne Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen
  • Organische Chemie: Untersuchung von Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff- oder Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen
  • Väter der organischen Chemie: Friedrich Wöhler und Archibald Scott Couper
  • Das Elektron ist das wichtigste Teilchen, um die chemische Reaktivität zu verstehen
  • Aktuelle Modelle: Atom- und Molekülorbitale basierend auf der Quantenmechanik

Historische Entwicklung und Grundlagen der Chemie

  • Robert Boyle: Vater der Chemie; Differenzierung zwischen Alchemie und empirischer Wissenschaft.
  • Boyle: Schlug eine mechanische Alternative der Atome vor und lehnte die „vier Elemente“ ab.
  • Lavoisier: Widerlegte die Phlogiston-Theorie, etablierte das Prinzip der Massenerhaltung und die chemische Nomenklatur.
  • 1754: Entdeckung von Kohlendioxid (festes Luft) durch Black und van Helmont.
  • Cavendish: Entdeckung des Wasserstoffs.
  • Priestley und Scheele: Isolierung von reinem Sauerstoff.
  • 1803: John Dalton postuliert die Atomtheorie (unteilbare Atome mit unterschiedlichen Gewichten).
  • Davy: Entdeckung von 9 neuen Elementen (einschließlich der Alkalimetalle) mittels Volta-Batterie.
  • 1860: Erstellung des modernen Periodensystems durch Meyer und Mendelejew.
  • Ramsay und Rayleigh: Entdeckung der Edelgase.
  • Wohler: Synthese von Harnstoff; Beginn der modernen organischen Chemie.
  • 1852: Edward Frankland versteht die Valenzbindungen.
  • 1870: Anwendung der Thermodynamik auf die Chemie durch Gibbs und Arrhenius.
  • 1897: J. J. Thomson entdeckt das Elektron.
  • Curie und Becquerel: Untersuchung der Radioaktivität.
  • Rutherford: Entdeckung des Protons und der internen Atomstruktur; erste Transmutation.
  • Bohr und Moseley: Verbesserung der Atomstruktur von Rutherford.
  • Pauling und Lewis: Elektronentheorie der chemischen Bindungen und Molekülorbitale.
  • 2011: Internationales Jahr der Chemie (UNO).

Grundprinzipien und Basiskonzepte der modernen Chemie

  • Aktuelles Modell: quantenmechanisches Modell
  • Chemische Reaktion: Umlagerung von Elektronen in den Bindungen
  • Chemische Gleichung: muss die Anzahl der Atome auf beiden Seiten gleich halten
  • Ungleichheit der Atome in einer Gleichung: deutet auf eine Kernreaktion oder einen radioaktiven Zerfall hin
  • Kritische Variablen: Energie und Entropie
  • Materie: erfordert Masse, Form, Gewicht und Volumen
  • Teilchen ohne Ruhemasse: Photon
  • Nukleonen: Protonen (+) und Neutronen (neutral)
  • Massenverhältnis: Nukleon ist 1836-mal schwerer als das Elektron
  • Radiusverhältnis: Atom ist 10.000-mal größer als sein Kern
  • Ordnungszahl (Z): Anzahl der Protonen
  • Massenzahl: Summe aus Protonen und Neutronen
  • Isotope: Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Massenzahl
  • Periodensystem: organisiert nach Ordnungszahl in Gruppen und Perioden
  • Nomenklatur: geregelt durch die IUPAC und die CAS-Nummer

Klassifizierung und Teildisziplinen der Chemie

  • Anorganische Chemie: kohlenstofffreie Verbindungen (Übergangsmetalle, Säuren, Basen).
  • Organische Chemie: Verbindungen auf Basis von Kohlenstoffketten.
  • Biochemie: Reaktionen und Substanzen in Lebewesen; verknüpft mit Molekularbiologie und Genetik.
  • Biologischer Unterschied: Die DNA hat eine Evolutionsgeschichte, das synthetische organische Molekül nicht.
  • Physikalische Chemie: Physikalische Grundlagen, Energie und Dynamik (Thermodynamik, Kinetik, Elektrochemie, statistische Mechanik, Spektroskopie).
  • Industriechemie: Massenproduktion, wirtschaftlich und mit geringer Umweltbelastung.
  • Analytische Chemie: Unterteilung in Qualitative (Identifizierung) und Quantitative (Bestimmung).
  • Astrochemie: Zusammensetzung von Himmelskörpern und interstellarem Material.
  • Elektrochemie: Umwandlung von elektrischer Energie leftrightarrow chemischer Energie.
  • Photochemie: Wechselwirkungen zwischen Materie und Licht/Strahlung.
  • Magnetochemie: Substanzen mit magnetischen Eigenschaften.
  • Nanochemie: im Zusammenhang mit der Nanotechnologie.
  • Petrochemie: Produkte aus Erdöl oder Erdgas.
  • Geochemie: Umwandlungen terrestrischer Mineralien.
  • Computerchemie: Verwendung von Software zur Berechnung von Strukturen und Vorhersage von Phänomenen.
  • Quantenchemie: Anwendung der Quantenmechanik und der Quantenfeldtheorie.
  • Makromolekulare Chemie: Untersuchung von Polymeren und Makromolekülen.
  • Umweltchemie: natürliche und anthropogene chemische Komponenten.
  • Kernchemie: Verhalten von Atomkernen.
  • Organometallchemie: Verbindungen mit Kohlenstoff-Metall-Bindungen.
  • Supramolekulare Chemie: Wechselwirkungen zwischen Molekülen.
  • Theoretische Chemie: Verwendung von Mathematik und Physik für Vorhersagen.
  • Toxikologische Chemie: Toxizität von Substanzen im Ökosystem und beim Menschen.
  • Dmitri Mendelejew: Vorhersage von Germanium (Atomnummer 32), Gallium und Scandium mittels des Periodensystems.

Geschichte und Grundlagen der Atomtheorie und grundlegende chemische Konzepte

  • Nobelpreis: Emil Fischer (Glukose), Maria Curie (Radioaktivität), Theodor Svedberg (Ultrazentrifuge)
  • Nobelpreis: Irene Curie (Kernreaktor), Otto Hahn (Kernspaltung), Linus Pauling (Proteine)
  • Nobelpreis: Crutzen, Molina und Rowlands (Ozonschicht), Kornberg (genetische Information)
  • Nobelpreis: Whittingham und Yoshino (Lithium-Ionen-Batterien)
  • Philosophischer Ursprung: Atomisten des antiken Griechenlands
  • Empirische Grundlagen: 19. Jahrhundert (Lavoisier, Proust, Richter, Dalton, Gay-Lussac, Berzelius, Avogadro)
  • Zusammensetzung des Atoms: Kern (Protonen und Neutronen) und Elektronenwolke
  • Ordnungszahl: Bestimmt durch die Anzahl der Protonen
  • Elektrische Neutralität: Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen
  • Isotope: Atome desselben Elements mit unterschiedlicher Anzahl an Neutronen
  • Mol: Entspricht 6,022045 · 10²³ Teilchen (Avogadro-Zahl)
  • Kationen: Ionen mit positiver Ladung
  • Anionen: Ionen mit negativer Ladung

Atomstruktur, Orbitale, Lösungen und Acidität

  • Bindungsenergie: Energiedifferenz zwischen Atomen und dem resultierenden Molekül
  • Stöchiometrie: feste Verhältnisse von Atomen in Molekülen
  • Isomere: Substanzen mit den gleichen Atomen, aber unterschiedlicher Kombination
  • Atomorbital: mathematische Funktion der Position von Elektronen in einem Atom
  • Molekülorbital: mathematische Funktion der Position von Elektronen in einem Molekül
  • Additive Kombination: erzeugt ein Orbital mit niedrigerer Energie und ovaler Form
  • Subtraktive Kombination: erzeugt ein Orbital mit höherer Energie und einem Knoten
  • Löslichkeit: die maximale Menge einer Substanz, die gelöst werden kann
  • Suspension: schwebende Partikel in einer Mischung, opak oder transluzent
  • Konzentration: Maß für den gelösten Stoff pro Einheit des Lösungsmittels
  • Molarität (M): Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösung
  • Molalität (m): Verhältnis von gelöstem Stoff zu Lösungsmittel
  • pH-Wert: logarithmische Skala, wobei pH < 7 sauer, pH > 7 basisch und pH = 7 neutral ist
  • H+-Konzentration in neutralem Wasser: 10⁻⁷ M

Chemische Formulierung und Nomenklatur

  • IUPAC: internationale Organisation mit universeller Autorität in der chemischen Nomenklatur und Terminologie
  • Ziel: Ermöglichung der Identifizierung von Verbindungen auf systematische und eindeutige Weise
  • Chemische Formeln: Werkzeug zur systematischen Darstellung von chemischen Reaktionen
  • Chemische Gleichungen: formale Darstellung von Reaktionen mittels Formeln

Vorschau der Karteikarten (6 von 40)

  1. 01

    Was untersucht die Chemie laut Linus Pauling neben den Substanzen und ihren Eigenschaften?

    Die Reaktionen, die sie im Zeitverlauf in andere Substanzen umwandeln.

  2. 02

    Die Chemie steht mit der Biologie in Verbindung durch die:

    Biochemie.

  3. 03

    Welcher Wissenschaftler postulierte das Gesetz der Massenerhaltung und die Theorie der Verbrennung durch Sauerstoff?

    Antoine Lavoisier.

  4. 04

    Die Chemie, die die in biologischen Organismen vorkommenden Substanzen untersucht, ist die:

    Biochemie.

  5. 05

    Was ist der arabische Ursprung des Wortes Chemie?

    al-kīmīā (الکیمیاء).

  6. 06

    Laut Robert Boyle (1661) war die Chemie der Bereich, der die Prinzipien der [____] untersuchte.

    gemischte Körper

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