Chemie - Chemistry

Ölgemälde einer Chemikerin ( Ana Kansky , gemalt von Henrika Šantel 1932)

Chemie ist die wissenschaftliche Erforschung der Eigenschaften und des Verhaltens von Materie . Es ist eine Naturwissenschaft , die sich mit den Elementen befasst , aus denen die Verbindungen aus Atomen , Molekülen und Ionen bestehen : ihre Zusammensetzung, Struktur, Eigenschaften, ihr Verhalten und die Veränderungen, die sie bei einer Reaktion mit anderen Stoffen erfahren .

Die Chemie nimmt in ihrem Fach eine Zwischenstellung zwischen Physik und Biologie ein . Sie wird manchmal als zentrale Wissenschaft bezeichnet, weil sie eine Grundlage für das grundlegende Verständnis sowohl grundlegender als auch angewandter wissenschaftlicher Disziplinen bietet . Die Chemie erklärt zum Beispiel Aspekte der Pflanzenchemie ( Botanik ), die Entstehung von Eruptivgesteinen ( Geologie ), wie atmosphärisches Ozon entsteht und wie Umweltschadstoffe abgebaut werden ( Ökologie ), die Eigenschaften des Bodens auf dem Mond ( Kosmochemie ), wie Medikamente wirken ( Pharmakologie ) und wie man DNA- Beweise am Tatort sammelt ( Forensik ).

Die Chemie befasst sich mit Themen wie der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen über chemische Bindungen , um neue chemische Verbindungen zu bilden . Es gibt zwei Arten von chemischen Bindungen: 1. chemische Primärbindungen, zB kovalente Bindungen, bei denen Atome ein oder mehrere Elektron(en) teilen; ionische Bindungen , bei denen ein Atom ein oder mehrere Elektronen an ein anderes Atom abgibt, um Ionen ( Kationen und Anionen ) zu erzeugen ; metallische Bindungen und 2. chemische Sekundärbindungen zB Wasserstoffbrückenbindungen ; Van-der-Waals- Kraftbindungen, Ion-Ion-Wechselwirkung, Ion-Dipol-Wechselwirkung usw.

Etymologie

Das Wort Chemie kommt von einer Modifikation des Wortes Alchemie , die sich auf eine frühere Reihe von Praktiken bezog, die Elemente der Chemie, Metallurgie , Philosophie , Astrologie , Astronomie , Mystik und Medizin umfassten . Alchemie wird oft mit dem Bestreben verbunden, Blei oder andere unedle Metalle in Gold zu verwandeln, obwohl Alchemisten auch an vielen Fragen der modernen Chemie interessiert waren.

Das moderne Wort Alchemie wiederum leitet sich vom arabischen Wort al-kīmīā ( الكیمیاء ) ab. Dies kann ägyptischen Ursprung haben, da al-kīmīā vom Altgriechischen χημία abgeleitet ist , das wiederum vom Wort Kemet abgeleitet ist , das der alte Name Ägyptens in der ägyptischen Sprache ist. Alternativ kann al-kīmīā von χημεία „zusammen gegossen“ abgeleitet werden.

Moderne Prinzipien

Labor , Institut für Biochemie, Universität zu Köln in Deutschland .

Das aktuelle Modell der Atomstruktur ist das quantenmechanische Modell . Die traditionelle Chemie beginnt mit der Untersuchung von Elementarteilchen , Atomen , Molekülen , Substanzen , Metallen , Kristallen und anderen Aggregaten von Materie . Materie kann in fester, flüssiger, Gas und Plasma untersucht werden Zustände , für sich allein oder in Kombination. Die Wechselwirkungen , Reaktionen und Umwandlungen, die in der Chemie untersucht werden, sind normalerweise das Ergebnis von Wechselwirkungen zwischen Atomen, die zu Neuordnungen der chemischen Bindungen führen, die Atome zusammenhalten. Solche Verhaltensweisen werden in einem Chemielabor untersucht .

Das Chemielabor verwendet stereotyp verschiedene Formen von Laborglas . Glaswaren sind jedoch nicht von zentraler Bedeutung für die Chemie, und ein Großteil der experimentellen (sowie der angewandten/industriellen) Chemie wird darauf verzichtet.

Lösungen von Substanzen in Reagenzflaschen, einschließlich Ammoniumhydroxid und Salpetersäure , in verschiedenen Farben beleuchtet

Eine chemische Reaktion ist die Umwandlung einiger Stoffe in einen oder mehrere verschiedene Stoffe. Grundlage einer solchen chemischen Umwandlung ist die Umlagerung von Elektronen in den chemischen Bindungen zwischen Atomen. Es kann symbolisch durch eine chemische Gleichung dargestellt werden , die normalerweise Atome als Subjekte beinhaltet. Die Anzahl der Atome links und rechts in der Gleichung für eine chemische Umwandlung ist gleich. (Wenn die Anzahl der Atome auf beiden Seiten ungleich ist, wird die Umwandlung als Kernreaktion oder radioaktiver Zerfall bezeichnet .) Die Art der chemischen Reaktionen, die ein Stoff durchlaufen kann, und die damit verbundenen Energieänderungen werden durch bestimmte Grundregeln eingeschränkt. als chemische Gesetze bekannt .

Energie- und Entropieüberlegungen sind bei fast allen chemischen Studien ausnahmslos wichtig. Chemische Stoffe werden hinsichtlich ihrer Struktur , Phase sowie ihrer chemischen Zusammensetzung klassifiziert . Sie können mit den Mitteln der chemischen Analyse , zB Spektroskopie und Chromatographie , analysiert werden . Wissenschaftler, die sich mit chemischer Forschung beschäftigen, werden als Chemiker bezeichnet . Die meisten Chemiker sind auf eine oder mehrere Teildisziplinen spezialisiert. Für das Studium der Chemie sind mehrere Konzepte unabdingbar; einige von ihnen sind:

Gegenstand

In der Chemie wird Materie als alles definiert, was Ruhemasse und Ruhevolumen hat (es nimmt Platz ein) und besteht aus Teilchen . Die Teilchen, aus denen die Materie besteht, haben auch Ruhemasse – nicht alle Teilchen haben Ruhemasse, wie das Photon . Materie kann ein rein chemischer Stoff oder ein Stoffgemisch sein .

Atom

Ein Diagramm eines Atoms basierend auf dem Bohr-Modell

Das Atom ist die Grundeinheit der Chemie. Es besteht aus einem dichten Kern, dem Atomkern, der von einem Raum umgeben ist, der von einer Elektronenwolke eingenommen wird . Der Kern besteht aus positiv geladenen Protonen und ungeladenen Neutronen (zusammen Nukleonen genannt ), während die Elektronenwolke aus negativ geladenen Elektronen besteht, die den Kern umkreisen. In einem neutralen Atom gleichen die negativ geladenen Elektronen die positive Ladung der Protonen aus. Der Kern ist dicht; die Masse eines Nukleons ist ungefähr 1.836-mal so groß wie die eines Elektrons, doch der Radius eines Atoms ist ungefähr 10.000-mal so groß wie der seines Kerns.

Das Atom ist auch die kleinste Einheit, die man sich vorstellen kann, um die chemischen Eigenschaften des Elements beizubehalten , wie Elektronegativität , Ionisationspotential , bevorzugte Oxidationsstufe (n), Koordinationszahl und bevorzugte Bindungsarten (z. B. metallisch , ionisch) , kovalent ).

Element

Standardform des Periodensystems der chemischen Elemente. Die Farben repräsentieren verschiedene Kategorien von Elementen

Ein chemisches Element ist ein reiner Stoff, der aus einem einzigen Atomtyp besteht, der durch seine besondere Anzahl von Protonen in den Kernen seiner Atome gekennzeichnet ist, die als Ordnungszahl bekannt ist und durch das Symbol Z dargestellt wird . Die Massenzahl ist die Summe der Protonen und Neutronen in einem Kern. Obwohl alle Kerne aller Atome, die zu einem Element gehören, dieselbe Ordnungszahl haben, müssen sie nicht unbedingt dieselbe Massenzahl haben; Atome eines Elements mit unterschiedlichen Massenzahlen werden als Isotope bezeichnet . Zum Beispiel sind alle Atome mit 6 Protonen in ihren Kernen Atome des chemischen Elements Kohlenstoff , aber Kohlenstoffatome können Massenzahlen von 12 oder 13 haben.

Die Standarddarstellung der chemischen Elemente ist im Periodensystem , das Elemente nach Ordnungszahl ordnet. Das Periodensystem ist in Gruppen oder Spalten und Perioden oder Zeilen angeordnet. Das Periodensystem ist nützlich, um periodische Trends zu identifizieren .

Verbindung

Kohlendioxid (CO 2 ), ein Beispiel für eine chemische Verbindung

Eine Verbindung ist eine reine chemische Substanz, die aus mehr als einem Element besteht. Die Eigenschaften einer Verbindung haben wenig Ähnlichkeit mit denen ihrer Elemente. Die Standardnomenklatur von Verbindungen wird von der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) festgelegt. Organische Verbindungen werden nach dem organischen Nomenklatursystem benannt . Die Namen für anorganische Verbindungen werden nach dem anorganischen Nomenklatursystem erstellt. Wenn eine Verbindung mehr als eine Komponente enthält, werden sie in zwei Klassen eingeteilt, die elektropositive und die elektronegative Komponente. Darüber hinaus hat der Chemical Abstracts Service eine Methode zur Indexierung chemischer Stoffe entwickelt. In diesem Schema ist jeder chemische Stoff durch eine Nummer identifizierbar, die als CAS-Registrierungsnummer bekannt ist .

Molekül

Eine Kugel-und-Stab-Darstellung des Koffeinmoleküls (C 8 H 10 N 4 O 2 ).

Ein Molekül ist der kleinste unteilbare Teil einer reinen chemischen Substanz , der seine einzigartigen chemischen Eigenschaften hat, d. h. sein Potenzial, eine bestimmte Reihe chemischer Reaktionen mit anderen Substanzen einzugehen. Diese Definition funktioniert jedoch nur gut für Substanzen, die aus Molekülen bestehen, was für viele Substanzen nicht gilt (siehe unten). Moleküle sind typischerweise eine Gruppe von Atomen, die durch kovalente Bindungen miteinander verbunden sind , so dass die Struktur elektrisch neutral ist und alle Valenzelektronen mit anderen Elektronen entweder in Bindungen oder in freien Paaren gepaart sind .

Moleküle existieren also im Gegensatz zu Ionen als elektrisch neutrale Einheiten. Wenn diese Regel gebrochen wird und dem "Molekül" eine Ladung verliehen wird, wird das Ergebnis manchmal als molekulares Ion oder mehratomiges Ion bezeichnet. Die diskrete und getrennte Natur des molekularen Konzepts erfordert jedoch normalerweise, dass molekulare Ionen nur in gut getrennter Form vorhanden sind, wie beispielsweise ein gerichteter Strahl im Vakuum in einem Massenspektrometer . Geladene mehratomige Sammlungen, die sich in Feststoffen befinden (z. B. gewöhnliche Sulfat- oder Nitrationen) werden in der Chemie im Allgemeinen nicht als "Moleküle" betrachtet. Einige Moleküle enthalten ein oder mehrere ungepaarte Elektronen, wodurch Radikale entstehen . Die meisten Radikale sind vergleichsweise reaktiv, aber einige, wie Stickstoffmonoxid (NO), können stabil sein.

Eine 2D- Strukturformel eines Benzolmoleküls (C 6 H 6 )

Die "inerten" oder Edelgaselemente ( Helium , Neon , Argon , Krypton , Xenon und Radon ) bestehen aus einzelnen Atomen als kleinste diskrete Einheit, aber die anderen isolierten chemischen Elemente bestehen entweder aus Molekülen oder Netzwerken von Atomen, die miteinander verbunden sind irgendwie. Identifizierbare Moleküle bilden bekannte Substanzen wie Wasser, Luft und viele organische Verbindungen wie Alkohol, Zucker, Benzin und die verschiedenen Pharmazeutika .

Allerdings bestehen nicht alle Substanzen oder chemischen Verbindungen aus diskreten Molekülen, und tatsächlich sind die meisten festen Substanzen, aus denen die feste Kruste, der Mantel und der Kern der Erde bestehen, chemische Verbindungen ohne Moleküle. Diese anderen Arten von Substanzen, wie ionische Verbindungen und Netzwerk - Feststoffe , sind in einer solchen Art und Weise organisiert , wie die Existenz von identifizierbaren Moleküle fehlt per se . Stattdessen werden diese Substanzen in Form von Formeleinheiten oder Elementarzellen als kleinste sich wiederholende Struktur innerhalb der Substanz diskutiert . Beispiele für solche Stoffe sind Mineralsalze (wie Kochsalz ), Feststoffe wie Kohlenstoff und Diamant, Metalle und bekannte Kieselsäure- und Silikatmineralien wie Quarz und Granit.

Eines der Hauptmerkmale eines Moleküls ist seine Geometrie, die oft als Struktur bezeichnet wird . Während die Struktur zweiatomiger, dreiatomiger oder vieratomiger Moleküle trivial sein kann (linear, eckig pyramidal usw.), kann die Struktur mehratomiger Moleküle, die aus mehr als sechs Atomen (mehreren Elementen) bestehen, entscheidend für ihre chemische Natur sein .

Stoff und Mischung

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Diamants maclés 2(République d'Afrique du Sud).jpg Zucker 2xmacro.jpg
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Beispiele für reine chemische Substanzen. Von links nach rechts: die Elemente Zinn (Sn) und Schwefel (S), Diamant (ein Allotrop aus Kohlenstoff ), Saccharose (reiner Zucker) sowie Natriumchlorid (Salz) und Natriumbicarbonat (Backpulver), beides ionische Verbindungen .

Eine chemische Substanz ist eine Art von Materie mit einer bestimmten Zusammensetzung und einer Reihe von Eigenschaften . Eine Ansammlung von Stoffen wird als Gemisch bezeichnet. Beispiele für Mischungen sind Luft und Legierungen .

Mol und Menge der Substanz

Der Mol ist eine Maßeinheit, die eine Stoffmenge (auch chemische Menge genannt) angibt. Ein Mol ist so definiert, dass es genau enthält6.022 140 76 × 10 23 Partikel ( Atome , Moleküle , Ionen oder Elektronen ), wobei die Anzahl der Partikel pro Mol als Avogadro-Konstante bekannt ist . Die molare Konzentration ist die Menge einer bestimmten Substanz pro Lösungsvolumen und wird üblicherweise in mol/ dm 3 angegeben .

Phase

Diagramm, das die Beziehungen zwischen den Phasen und die zur Beschreibung von Phasenänderungen verwendeten Begriffe zeigt.

Neben den spezifischen chemischen Eigenschaften, die verschiedene chemische Klassifizierungen unterscheiden, können Chemikalien in mehreren Phasen existieren. Die chemischen Klassifikationen sind größtenteils unabhängig von diesen Bulk-Phasen-Klassifizierungen; einige exotischere Phasen sind jedoch mit bestimmten chemischen Eigenschaften nicht kompatibel. Eine Phase ist eine Reihe von Zuständen eines chemischen Systems, die über eine Reihe von Bedingungen wie Druck oder Temperatur ähnliche Volumenstruktureigenschaften aufweisen .

Physikalische Eigenschaften wie Dichte und Brechungsindex neigen dazu, innerhalb der für die Phase charakteristischen Werte zu liegen. Die Phase der Materie wird durch den Phasenübergang definiert, bei dem Energie, die in das System eingebracht oder entnommen wird, in die Neuordnung der Struktur des Systems fließt, anstatt die Volumenbedingungen zu ändern.

Manchmal kann die Unterscheidung zwischen Phasen kontinuierlich sein, anstatt eine diskrete Grenze zu haben. In diesem Fall wird die Materie als in einem überkritischen Zustand betrachtet. Treffen drei Zustände aufgrund der Bedingungen zusammen, wird dies als Tripelpunkt bezeichnet. Da dies invariant ist, ist dies eine bequeme Möglichkeit, eine Reihe von Bedingungen zu definieren.

Die bekanntesten Beispiele für Phasen sind Feststoffe , Flüssigkeiten und Gase . Viele Stoffe weisen mehrere Festphasen auf. Zum Beispiel gibt es drei Phasen von festem Eisen (Alpha, Gamma und Delta), die je nach Temperatur und Druck variieren. Ein Hauptunterschied zwischen Festphasen ist die Kristallstruktur oder Anordnung der Atome. Eine andere Phase, die im Studium der Chemie häufig anzutreffen ist, ist die wässrige Phase, dh der Zustand von Substanzen, die in wässriger Lösung (dh in Wasser) gelöst sind.

Weniger bekannte Phasen sind Plasmen , Bose-Einstein-Kondensate und fermionische Kondensate sowie die paramagnetischen und ferromagnetischen Phasen magnetischer Materialien. Während sich die meisten bekannten Phasen mit dreidimensionalen Systemen befassen, ist es auch möglich, Analoga in zweidimensionalen Systemen zu definieren, was wegen seiner Relevanz für Systeme in der Biologie Aufmerksamkeit erregt hat .

Verbindung

Eine Animation des Prozesses der ionischen Bindung zwischen Natrium (Na) und Chlor (Cl), um Natriumchlorid oder Kochsalz zu bilden. Bei der ionischen Bindung nimmt ein Atom Valenzelektronen von einem anderen auf (im Gegensatz zum Teilen, das bei kovalenten Bindungen auftritt).

Atome, die in Molekülen oder Kristallen zusammenkleben, werden als miteinander verbunden bezeichnet. Eine chemische Bindung kann man sich als Multipol- Gleichgewicht zwischen den positiven Ladungen in den Kernen und den um sie herum schwingenden negativen Ladungen vorstellen. Mehr als einfache Anziehung und Abstoßung charakterisieren die Energien und Verteilungen die Verfügbarkeit eines Elektrons, sich an ein anderes Atom zu binden.

Eine chemische Bindung kann eine kovalente Bindung , eine ionische Bindung , eine Wasserstoffbindung oder einfach eine Van-der-Waals-Kraft sein . Jeder dieser Arten von Anleihen wird ein gewisses Potenzial zugeschrieben. Diese Potentiale erzeugen die Wechselwirkungen, die Atome in Molekülen oder Kristallen zusammenhalten . In vielen einfachen Verbindungen können die Valenzbindungstheorie , das Valence Shell Electron Pair Repulsion Model ( VSEPR ) und das Konzept der Oxidationszahl verwendet werden, um die molekulare Struktur und Zusammensetzung zu erklären.

Eine ionische Bindung entsteht, wenn ein Metall ein oder mehrere seiner Elektronen verliert und ein positiv geladenes Kation wird, und die Elektronen werden dann vom Nichtmetallatom gewonnen und werden zu einem negativ geladenen Anion. Die beiden entgegengesetzt geladenen Ionen ziehen sich an, und die Ionenbindung ist die elektrostatische Anziehungskraft zwischen ihnen. So verliert beispielsweise Natrium (Na), ein Metall, ein Elektron, um ein Na + -Kation zu werden, während Chlor (Cl), ein Nichtmetall, dieses Elektron aufnimmt, um Cl – zu werden . Die Ionen werden durch elektrostatische Anziehung zusammengehalten und es entsteht die Verbindung Natriumchlorid (NaCl) oder Kochsalz.

Im Methanmolekül (CH 4 ) teilt sich das Kohlenstoffatom mit jedem der vier Wasserstoffatome ein Paar Valenzelektronen. Somit ist die Oktettregel für das C-Atom erfüllt (es hat acht Elektronen in seiner Valenzschale) und die Duettregel ist für die H-Atome erfüllt (sie haben zwei Elektronen in der Valenzschale).

Bei einer kovalenten Bindung werden ein oder mehrere Valenzelektronenpaare von zwei Atomen geteilt: Die resultierende elektrisch neutrale Gruppe gebundener Atome wird als Molekül bezeichnet . Atome teilen sich Valenzelektronen so, dass für jedes Atom eine Edelgaselektronenkonfiguration (acht Elektronen in ihrer äußersten Schale) entsteht. Atome, die dazu neigen, sich so zu verbinden, dass sie jeweils acht Elektronen in ihrer Valenzschale haben, sollen der Oktettregel folgen . Einige Elemente wie Wasserstoff und Lithium benötigen jedoch nur zwei Elektronen in ihrer äußersten Schale, um diese stabile Konfiguration zu erreichen; sollen diese Atome die folgen Duett Regel , und sie auf diese Weise erreichen die Elektronenkonfiguration des Edelgases Helium , das in seiner äußeren Schale zwei Elektronen hat.

In ähnlicher Weise können Theorien aus der klassischen Physik verwendet werden, um viele ionische Strukturen vorherzusagen. Bei komplizierteren Verbindungen wie Metallkomplexen ist die Valenzbindungstheorie weniger anwendbar und alternative Ansätze wie die Molekülorbitaltheorie werden im Allgemeinen verwendet. Siehe Diagramm zu elektronischen Orbitalen.

Energie

Im Kontext der Chemie ist Energie eine Eigenschaft eines Stoffes als Folge seiner atomaren , molekularen oder aggregierten Struktur . Da eine chemische Umwandlung durch eine Änderung in einer oder mehrer diese Arten von Strukturen begleitet wird, wird unweigerlich von einer begleitet Zunahme oder Abnahme der Energie der Substanzen beteiligt. Ein Teil der Energie wird zwischen der Umgebung und den Reaktionspartnern in Form von Wärme oder Licht übertragen ; daher können die Reaktionsprodukte mehr oder weniger Energie haben als die Reaktanten.

Eine Reaktion wird als exergonisch bezeichnet, wenn der Endzustand auf der Energieskala niedriger ist als der Anfangszustand; bei endergonen Reaktionen ist die Situation umgekehrt. Eine Reaktion wird als exotherm bezeichnet, wenn die Reaktion Wärme an die Umgebung abgibt; Bei endothermen Reaktionen nimmt die Reaktion Wärme aus der Umgebung auf.

Chemische Reaktionen sind ausnahmslos nicht möglich, es sei denn, die Reaktanten überwinden eine Energiebarriere, die als Aktivierungsenergie bekannt ist . Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion (bei einer gegebenen Temperatur T) ist mit der Aktivierungsenergie E durch den Boltzmann-Populationsfaktor verbunden – das ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein Molekül bei der gegebenen Temperatur T eine Energie größer oder gleich E hat. Diese Exponentialfunktion Die Abhängigkeit einer Reaktionsgeschwindigkeit von der Temperatur ist als Arrhenius-Gleichung bekannt . Die für eine chemische Reaktion notwendige Aktivierungsenergie kann in Form von Wärme, Licht, Elektrizität oder mechanischer Kraft in Form von Ultraschall vorliegen .

Ein verwandtes Konzept der freien Energie , das auch Entropiebetrachtungen beinhaltet, ist in der chemischen Thermodynamik ein sehr nützliches Mittel, um die Durchführbarkeit einer Reaktion vorherzusagen und den Gleichgewichtszustand einer chemischen Reaktion zu bestimmen . Eine Reaktion ist nur möglich, wenn die Gesamtänderung der freien Gibbs-Energie negativ ist, ; ist sie gleich Null, so spricht man von einer chemischen Reaktion im Gleichgewicht .

Für Elektronen, Atome und Moleküle existieren nur begrenzt mögliche Energiezustände. Diese werden durch die Regeln der Quantenmechanik bestimmt , die eine Quantisierung der Energie eines gebundenen Systems erfordern . Die Atome/Moleküle in einem höheren Energiezustand werden als angeregt bezeichnet. Die Moleküle/Atome einer Substanz in einem angeregten Energiezustand sind oft viel reaktiver; das heißt, für chemische Reaktionen zugänglicher.

Die Phase eines Stoffes wird immer von seiner Energie und der Energie seiner Umgebung bestimmt. Wenn die intermolekularen Kräfte einer Substanz so groß sind, dass die Energie der Umgebung nicht ausreicht, um sie zu überwinden, tritt sie in einer geordneteren Phase wie Flüssigkeit oder Festkörper auf, wie es bei Wasser (H 2 O) der Fall ist ; eine Flüssigkeit bei Raumtemperatur, weil ihre Moleküle durch Wasserstoffbrücken gebunden sind . Während Schwefelwasserstoff (H 2 S) bei Raumtemperatur und Normaldruck ein Gas ist, da seine Moleküle durch schwächere Dipol-Dipol-Wechselwirkungen gebunden sind .

Die Übertragung von Energie von einer chemischen Substanz zu einem anderen hängt von der Größe der Energiequanten von einer Substanz emittiert wird . Wärmeenergie wird jedoch oft leichter von fast jeder Substanz auf eine andere übertragen, da die Phononen, die für die Schwingungs- und Rotationsenergieniveaus in einer Substanz verantwortlich sind, viel weniger Energie haben als Photonen, die für die elektronische Energieübertragung herangezogen werden. Da die Schwingungs- und Rotationsenergieniveaus enger beieinander liegen als die elektronischen Energieniveaus, wird Wärme relativ zu Licht oder anderen Formen elektronischer Energie leichter zwischen Substanzen übertragen. Beispielsweise wird ultraviolette elektromagnetische Strahlung nicht so wirksam von einer Substanz auf eine andere übertragen wie thermische oder elektrische Energie.

Die Existenz charakteristischer Energieniveaus für verschiedene chemische Substanzen ist für deren Identifizierung durch die Analyse von Spektrallinien nützlich . In der chemischen Spektroskopie werden häufig verschiedene Arten von Spektren verwendet , z. B. IR , Mikrowelle , NMR , ESR usw. Die Spektroskopie wird auch verwendet, um die Zusammensetzung entfernter Objekte – wie Sterne und ferne Galaxien – durch Analyse ihrer Strahlungsspektren zu identifizieren.

Emissionsspektrum von Eisen

Der Begriff chemische Energie wird häufig verwendet, um das Potenzial einer chemischen Substanz anzugeben, durch eine chemische Reaktion eine Umwandlung zu durchlaufen oder andere chemische Substanzen umzuwandeln.

Reaktion

Bei chemischen Reaktionen brechen und bilden sich Bindungen zwischen Atomen, wodurch unterschiedliche Stoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften entstehen. In einem Hochofen reagiert Eisenoxid, eine Verbindung , mit Kohlenmonoxid zu Eisen, einem der chemischen Elemente , und Kohlendioxid.

Wenn ein chemischer Stoff durch Wechselwirkung mit einem anderen Stoff oder mit Energie umgewandelt wird, spricht man von einer chemischen Reaktion. Eine chemische Reaktion ist daher ein Konzept, das sich auf die "Reaktion" eines Stoffes bezieht, wenn dieser in engen Kontakt mit einem anderen kommt, sei es als Gemisch oder als Lösung ; Exposition gegenüber irgendeiner Form von Energie oder beidem. Es führt zu einem gewissen Energieaustausch zwischen den Bestandteilen der Reaktion sowie mit der Systemumgebung, die aus Gefäßen – oft Laborglaswaren – bestehen kann .

Chemische Reaktionen können zur Bildung oder Dissoziation von Molekülen führen, d. h. zu Molekülen, die auseinanderbrechen, um zwei oder mehr Moleküle zu bilden, oder zur Neuordnung von Atomen innerhalb oder zwischen Molekülen. Chemische Reaktionen beinhalten normalerweise das Knüpfen oder Brechen von chemischen Bindungen. Oxidation, Reduktion , Dissoziation , Säure-Base- Neutralisation und molekulare Umlagerung sind einige der gebräuchlichsten Arten chemischer Reaktionen.

Eine chemische Reaktion kann durch eine chemische Gleichung symbolisch dargestellt werden . Während bei einer nichtnuklearen chemischen Reaktion Anzahl und Art der Atome auf beiden Seiten der Gleichung gleich sind, gilt dies bei einer Kernreaktion nur für die Kernteilchen, nämlich. Protonen und Neutronen.

Die Abfolge von Schritten, in denen die Reorganisation chemischer Bindungen im Verlauf einer chemischen Reaktion ablaufen kann, wird als Mechanismus bezeichnet . Man kann sich vorstellen, dass eine chemische Reaktion in mehreren Schritten abläuft, von denen jeder eine unterschiedliche Geschwindigkeit haben kann. Im Verlauf einer Reaktion sind daher viele Reaktionszwischenprodukte mit variabler Stabilität vorstellbar. Reaktionsmechanismen werden vorgeschlagen, um die Kinetik und den relativen Produktmix einer Reaktion zu erklären . Viele physikalische Chemiker sind darauf spezialisiert, die Mechanismen verschiedener chemischer Reaktionen zu erforschen und vorzuschlagen. Mehrere empirische Regeln, wie die Woodward-Hoffmann-Regeln, sind oft nützlich, wenn man einen Mechanismus für eine chemische Reaktion vorschlägt.

Laut dem Goldbuch der IUPAC ist eine chemische Reaktion „ein Prozess, der zur Umwandlung chemischer Spezies führt“. Dementsprechend kann eine chemische Reaktion eine Elementarreaktion oder eine schrittweise Reaktion sein . Ein zusätzlicher Vorbehalt wird gemacht, da diese Definition Fälle einschließt, in denen die Umwandlung von Konformeren ineinander experimentell beobachtbar ist. Solche nachweisbaren chemischen Reaktionen beinhalten normalerweise Sätze von molekularen Einheiten, wie in dieser Definition angegeben, aber es ist konzeptionell oft zweckdienlich, den Begriff auch für Veränderungen zu verwenden, die einzelne molekulare Einheiten beinhalten (dh "mikroskopische chemische Ereignisse").

Ionen und Salze

Die Kristallgitterstruktur von Kaliumchlorid (KCl), einem Salz, das durch die Anziehung von K + -Kationen und Cl - -Anionen gebildet wird. Beachten Sie, dass die Gesamtladung der ionischen Verbindung null ist.

Ein Ion ist eine geladene Spezies, ein Atom oder ein Molekül, das ein oder mehrere Elektronen verloren oder gewonnen hat. Wenn ein Atom ein Elektron verliert und somit mehr Protonen als Elektronen hat, ist das Atom ein positiv geladenes Ion oder Kation . Wenn ein Atom ein Elektron aufnimmt und somit mehr Elektronen als Protonen hat, ist das Atom ein negativ geladenes Ion oder Anion . Kationen und Anionen können ein kristallines Gitter aus neutralen Salzen bilden , wie die Na + und Cl -Ionen, die Natriumchlorid oder NaCl bilden. Beispiele für mehratomige Ionen , die sich bei Säure-Base-Reaktionen nicht aufspalten, sind Hydroxid (OH ) und Phosphat (PO 4 3− ).

Plasma besteht aus gasförmigem Material, das vollständig ionisiert wurde, normalerweise durch hohe Temperaturen.

Säure und Basizität

Bromwasserstoff existiert in der Gasphase als zweiatomiges Molekül

Ein Stoff kann oft als Säure oder Base klassifiziert werden . Es gibt verschiedene Theorien, die das Säure-Base-Verhalten erklären. Die einfachste ist die Arrhenius-Theorie , die besagt, dass Säure eine Substanz ist, die beim Auflösen in Wasser Hydroniumionen produziert , und eine Base eine Substanz ist, die beim Auflösen in Wasser Hydroxidionen produziert . Nach Brønsted-Lowry - Säure-Base - Theorie , Säuren sind Substanzen , die ein positives spenden Wasserstoff - Ionen auf einem andere Substanz in einer chemischen Reaktion; im weiteren Sinne ist eine Base die Substanz, die dieses Wasserstoffion aufnimmt.

Eine dritte gängige Theorie ist die Lewis-Säure-Base-Theorie , die auf der Bildung neuer chemischer Bindungen beruht. Die Lewis-Theorie erklärt, dass eine Säure eine Substanz ist, die während des Prozesses der Bindungsbildung ein Elektronenpaar von einer anderen Substanz aufnehmen kann, während eine Base eine Substanz ist, die ein Elektronenpaar zur Bildung einer neuen Bindung bereitstellen kann. Nach dieser Theorie sind die wichtigsten Dinge, die ausgetauscht werden, Gebühren. Es gibt mehrere andere Möglichkeiten, wie ein Stoff als Säure oder Base klassifiziert werden kann, wie die Geschichte dieses Konzepts zeigt.

Die Säurestärke wird üblicherweise nach zwei Methoden gemessen. Eine Messung, die auf der Arrhenius-Definition von Acidität basiert, ist der pH-Wert , der ein Maß für die Hydroniumionenkonzentration in einer Lösung ist, ausgedrückt auf einer negativen logarithmischen Skala. Somit weisen Lösungen mit niedrigem pH-Wert eine hohe Hydroniumionenkonzentration auf und können als saurer bezeichnet werden. Die andere Messung, die auf der Brønsted-Lowry-Definition basiert, ist die Säuredissoziationskonstante (K a ), die die relative Fähigkeit einer Substanz misst, gemäß der Brønsted-Lowry-Definition einer Säure als Säure zu wirken. Das heißt, Substanzen mit einem höheren K a geben bei chemischen Reaktionen eher Wasserstoffionen ab als solche mit niedrigeren K a -Werten.

Redox

Redox ( rot uction- ox dierung) Reaktionen umfassen alle chemischen Reaktionen , bei denen Atome ihres haben Oxidationszustand von entweder gewinnen Elektronen (Reduktion) oder den Verlust von Elektronen (Oxidation) geändert. Stoffe, die die Fähigkeit besitzen, andere Stoffe zu oxidieren, werden als oxidativ bezeichnet und werden als Oxidationsmittel , Oxidationsmittel oder Oxidationsmittel bezeichnet. Ein Oxidationsmittel entzieht einem anderen Stoff Elektronen. In ähnlicher Weise werden Substanzen, die die Fähigkeit haben, andere Substanzen zu reduzieren, als reduzierend bezeichnet und als Reduktionsmittel , Reduktionsmittel oder Reduktionsmittel bezeichnet.

Ein Reduktionsmittel überträgt Elektronen auf einen anderen Stoff und wird dadurch selbst oxidiert. Und weil es Elektronen "spendet", wird es auch Elektronendonator genannt. Oxidation und Reduktion beziehen sich richtigerweise auf eine Änderung der Oxidationszahl – die tatsächliche Übertragung von Elektronen findet möglicherweise nie statt. Somit ist Oxidation besser als eine Erhöhung der Oxidationszahl und Reduktion als eine Verringerung der Oxidationszahl definiert.

Gleichgewicht

Obwohl der Begriff des Gleichgewichts in allen Wissenschaften weit verbreitet ist, tritt er im Kontext der Chemie immer dann auf, wenn mehrere verschiedene Zustände der chemischen Zusammensetzung möglich sind, wie zum Beispiel in einem Gemisch mehrerer chemischer Verbindungen, die miteinander reagieren können, oder wenn eine Substanz in mehr als einer Art von Phase vorhanden sein kann.

Ein System chemischer Stoffe im Gleichgewicht ist, obwohl es eine unveränderliche Zusammensetzung hat, meistens nicht statisch ; Moleküle der Stoffe reagieren weiter miteinander, wodurch ein dynamisches Gleichgewicht entsteht . Somit beschreibt das Konzept den Zustand, in dem die Parameter wie die chemische Zusammensetzung über die Zeit unverändert bleiben.

Chemikaliengesetze

Chemische Reaktionen unterliegen bestimmten Gesetzen, die zu grundlegenden Konzepten der Chemie geworden sind. Einige von ihnen sind:

Geschichte

Die Geschichte der Chemie reicht von der Antike bis in die Gegenwart. Seit mehreren Jahrtausenden v. Chr. nutzten Zivilisationen Technologien, die schließlich die Grundlage für die verschiedenen Zweige der Chemie bilden sollten. Beispiele sind die Gewinnung von Metallen aus Erzen , die Herstellung von Töpferwaren und Glasuren, die Fermentation von Bier und Wein, die Extraktion von Chemikalien aus Pflanzen für Medizin und Parfüm, die Umwandlung von Fett in Seife , die Herstellung von Glas und die Herstellung von Legierungen wie Bronze . Der Chemie ging ihre Protowissenschaft, die Alchemie , voraus , die ein intuitiver, aber nicht-wissenschaftlicher Ansatz zum Verständnis der Bestandteile der Materie und ihrer Wechselwirkungen ist. Es war nicht erfolgreich, die Natur der Materie und ihre Umwandlungen zu erklären, aber durch die Durchführung von Experimenten und die Aufzeichnung der Ergebnisse bereiteten Alchemisten den Weg für die moderne Chemie. Die Chemie als ein von der Alchemie unterschiedenes Wissensgebiet begann sich zu entwickeln, als Robert Boyle in seinem Werk The Skeptical Chymist (1661) eine klare Unterscheidung zwischen ihnen machte . Während sich sowohl die Alchemie als auch die Chemie mit Materie und ihren Umwandlungen befassen, lag der entscheidende Unterschied in der wissenschaftlichen Methode , die Chemiker bei ihrer Arbeit verwendeten. Die Chemie gilt als etablierte Wissenschaft mit der Arbeit von Antoine Lavoisier , der ein Massenerhaltungsgesetz entwickelte , das sorgfältige Messungen und quantitative Beobachtungen chemischer Phänomene erforderte. Die Geschichte der Chemie ist eng mit der Geschichte der Thermodynamik verbunden , insbesondere durch die Arbeiten von Willard Gibbs .

Definition

Die Definition der Chemie hat sich im Laufe der Zeit geändert, da neue Entdeckungen und Theorien die Funktionalität der Wissenschaft erweitern. Der Begriff "Chymistry" bedeutete nach Ansicht des bekannten Wissenschaftlers Robert Boyle 1661 das Thema der materiellen Prinzipien gemischter Körper. 1663 beschrieb der Chemiker Christopher Glaser "Chymistry" als eine wissenschaftliche Kunst, bei der man lernt, Körper aufzulösen und aus ihnen die verschiedenen Stoffe nach ihrer Zusammensetzung zu ziehen, sie wieder zu vereinen und zu einer höheren Vollkommenheit zu erheben.

Die 1730-Definition des Wortes "Chemie", wie sie von Georg Ernst Stahl verwendet wurde , bedeutete die Kunst, gemischte, zusammengesetzte oder aggregierte Körper in ihre Prinzipien aufzulösen; und solche Gremien nach diesen Grundsätzen zusammenzusetzen. Im Jahr 1837 betrachtete Jean-Baptiste Dumas das Wort "Chemie" als Bezeichnung für die Wissenschaft, die sich mit den Gesetzen und Wirkungen molekularer Kräfte befasst. Diese Definition entwickelte sich weiter, bis sie 1947 die Wissenschaft der Substanzen bedeutete: ihre Struktur, ihre Eigenschaften und die Reaktionen, die sie in andere Substanzen verwandeln – eine Charakterisierung, die von Linus Pauling akzeptiert wurde . In jüngerer Zeit, im Jahr 1998, erweiterte Professor Raymond Chang die Definition von "Chemie" auf das Studium der Materie und ihrer Veränderungen.

Disziplin

Demokrits atomistische Philosophie wurde später von Epikur (341–270 v. Chr.) übernommen.

Frühe Zivilisationen, wie die Ägypter, Babylonier und Inder, sammelten praktisches Wissen über die Kunst der Metallurgie, Töpferei und Färberei, entwickelten jedoch keine systematische Theorie.

Eine grundlegende chemische Hypothese entstand erstmals im klassischen Griechenland mit der Theorie der vier Elemente, wie sie von Aristoteles endgültig aufgestellt wurde und besagt, dass Feuer , Luft , Erde und Wasser die grundlegenden Elemente sind, aus denen alles als Kombination gebildet wird. Der griechische Atomismus stammt aus dem Jahr 440 v. Chr. und entstand in Werken von Philosophen wie Demokrit und Epikur . 50 v. Chr. erweiterte der römische Philosoph Lucretius die Theorie in seinem Buch De rerum natura (Über die Natur der Dinge). Im Gegensatz zu modernen Wissenschaftskonzepten war der griechische Atomismus rein philosophischer Natur, mit wenig Interesse an empirischen Beobachtungen und nicht an chemischen Experimenten.

Eine frühe Form des Massenerhaltungsgedankens ist die Vorstellung, dass „ von nichts nichts kommt “ in der altgriechischen Philosophie , die sich bei Empedokles (ca. 4. Jahrhundert v. Chr.) von dem, was nicht ist, und es kann nicht herbeigeführt oder davon gehört werden, dass das, was ist, vollständig zerstört werden sollte." und Epikur (3. Jahrhundert v. Chr.), der die Natur des Universums beschrieb, schrieb, dass "die Gesamtheit der Dinge immer so war, wie sie jetzt ist und immer sein wird".

Künstlerischer Eindruck aus dem 15. Jahrhundert von Jābir ibn Hayyān (Geber), einem perso-arabischen Alchemisten und Pionier der organischen Chemie .

In der hellenistischen Welt verbreitete sich zuerst die Kunst der Alchemie, die Magie und Okkultismus mit dem Studium natürlicher Substanzen vermischte, mit dem ultimativen Ziel, Elemente in Gold zu verwandeln und das Elixier des ewigen Lebens zu entdecken. Die Arbeit, insbesondere die Entwicklung der Destillation , wurde in der frühen byzantinischen Zeit fortgesetzt, wobei der berühmteste Praktiker der griechisch-ägyptische Zosimos von Panopolis aus dem 4. Jahrhundert war . Die Alchemie wurde nach den muslimischen Eroberungen in der gesamten arabischen Welt weiter entwickelt und praktiziert und von dort und von den byzantinischen Überresten durch lateinische Übersetzungen in das Europa des Mittelalters und der Renaissance verbreitet.

Die Entwicklung der modernen wissenschaftlichen Methode war langsam und mühsam, aber unter den frühen muslimischen Chemikern begann eine frühe wissenschaftliche Methode für die Chemie aufzutauchen, beginnend mit dem perso-arabischen Chemiker Jābir ibn Hayyān aus dem 9 . Die ihm zugeschriebenen arabischen Werke führten eine systematische Klassifikation chemischer Stoffe ein und gaben Anweisungen, wie man aus organischen Stoffen (wie Pflanzen, Blut und Haaren) auf chemischem Wege eine anorganische Verbindung ( Salmmoniak oder Ammoniumchlorid ) ableiten kann. Einige arabische Jabirian Werke ( zum Beispiel das „Book of Mercy“, und das „Buch der Siebziger“) wurden später in Latein unter dem übersetzten latinisierten Namen „Geber“ und im 13. Jahrhundert in Europa ein anonymer Autor, in der Regel bezeichnet als Pseudo -Geber , begann unter diesem Namen alchemistische und metallurgische Schriften zu produzieren. Spätere einflussreiche muslimische Philosophen wie Abū al-Rayhān al-Bīrūnī und Avicenna bestritten die Theorien der Alchemie, insbesondere die Theorie der Umwandlung von Metallen .

Unter dem Einfluss der neuen empirischen Methoden von Sir Francis Bacon und anderen begann eine Gruppe von Chemikern in Oxford , Robert Boyle , Robert Hooke und John Mayow , die alten alchemistischen Traditionen in eine wissenschaftliche Disziplin umzuformen. Insbesondere Boyle gilt aufgrund seines wichtigsten Werkes, dem klassischen Chemietext The Skeptical Chymist, in dem zwischen den Ansprüchen der Alchemie und den empirisch-wissenschaftlichen Erkenntnissen der Neuen Chemie unterschieden wird, als Begründer der Chemie. Er formulierte das Gesetz von Boyle , lehnte die klassischen "vier Elemente" ab und schlug eine mechanistische Alternative von Atomen und chemischen Reaktionen vor , die strengen Experimenten unterzogen werden könnten.

Antoine-Laurent de Lavoisier gilt als „Vater der modernen Chemie“.

Die Theorie des Phlogiston (eine Substanz , an der Wurzel aller Verbrennung) wurde von dem deutschen propounded Georg Ernst Stahl im frühen 18. Jahrhundert und wurde erst Ende des Jahrhunderts von dem Französisch Chemiker umgeworfen Antoine Lavoisier , der chemische Analogon von Newton in Physik; der mehr als jeder andere dazu beigetragen hat, die neue Wissenschaft auf die richtige theoretische Grundlage zu stellen, indem er das Prinzip der Massenerhaltung erläuterte und ein neues System der chemischen Nomenklatur entwickelte, das bis heute verwendet wird.

Vor seiner Arbeit wurden jedoch viele wichtige Entdeckungen gemacht, insbesondere in Bezug auf die Natur der „Luft“, die aus vielen verschiedenen Gasen besteht. Der schottische Chemiker Joseph Black (der erste experimentelle Chemiker) und der Flämische Jan Baptist van Helmont entdeckten 1754 Kohlendioxid oder das, was Black „fixierte Luft“ nannte; Henry Cavendish entdeckte Wasserstoff und klärte seine Eigenschaften auf, und Joseph Priestley und unabhängig davon Carl Wilhelm Scheele isolierten reinen Sauerstoff .

Der englische Wissenschaftler John Dalton schlug die moderne Atomtheorie vor ; dass alle Stoffe aus unteilbaren „Atomen“ der Materie bestehen und dass verschiedene Atome unterschiedliche Atomgewichte haben.

Die Entwicklung der elektrochemischen Theorie der chemischen Verbindungen im frühen 19. Jahrhundert als das Ergebnis der Arbeit der beiden Wissenschaftler insbesondere aufgetreten, Jöns Jacob Berzelius und Humphry Davy , möglich gemacht durch die frühere Erfindung der Voltaschen Säule von Alessandro Volta . Davy entdeckte neun neue Elemente, darunter die Alkalimetalle, indem er sie mit elektrischem Strom aus ihren Oxiden extrahierte .

In seinem Periodensystem sagte Dmitri Mendelejew die Existenz von 7 neuen Elementen voraus und ordnete alle 60 damals bekannten Elemente an ihren richtigen Stellen ein.

Der Brite William Prout schlug zuerst vor, alle Elemente nach ihrem Atomgewicht zu ordnen, da alle Atome ein Gewicht hatten, das ein genaues Vielfaches des Atomgewichts von Wasserstoff war. JAR Newlands entwickelte ein frühes Elementarsystem, das dann in den 1860er Jahren von Dmitri Mendeleev und unabhängig von mehreren anderen Wissenschaftlern, darunter Julius Lothar Meyer, zum modernen Periodensystem der Elemente weiterentwickelt wurde . Die Edelgase, später Edelgase genannt, wurden Ende des Jahrhunderts von William Ramsay in Zusammenarbeit mit Lord Rayleigh entdeckt und füllten damit die Grundstruktur des Tisches aus.

Oben: Erwartete Ergebnisse: Alphateilchen passieren das Plumpudding-Modell des Atoms ungestört.
Unten: Beobachtete Ergebnisse: Ein kleiner Teil der Partikel wurde abgelenkt, was auf eine kleine, konzentrierte Ladung hindeutet .

An der Wende des 20. Jahrhunderts wurden die theoretischen Grundlagen der Chemie schließlich durch eine Reihe bemerkenswerter Entdeckungen verstanden, mit denen die eigentliche Natur der inneren Struktur von Atomen untersucht und entdeckt wurde. 1897 entdeckte JJ Thomson von der Universität Cambridge das Elektron und bald darauf erforschten der französische Wissenschaftler Becquerel sowie das Ehepaar Pierre und Marie Curie das Phänomen der Radioaktivität . In einer Reihe bahnbrechender Streuexperimente entdeckte Ernest Rutherford von der University of Manchester die innere Struktur des Atoms und die Existenz des Protons, klassifizierte und erklärte die verschiedenen Arten von Radioaktivität und wandelte erfolgreich das erste Element durch Beschuss von Stickstoff mit Alphateilchen um .

Seine Arbeiten zur Atomstruktur wurden von seinen Studenten, den dänischen Physikern Niels Bohr und Henry Moseley, verbessert . Die elektronische Theorie chemischer Bindungen und Molekülorbitale wurde von den amerikanischen Wissenschaftlern Linus Pauling und Gilbert N. Lewis entwickelt .

Das Jahr 2011 wurde von den Vereinten Nationen zum Internationalen Jahr der Chemie erklärt. Es war eine Initiative der International Union of Pure and Applied Chemistry und der Organisation der Vereinten Nationen für Bildung, Wissenschaft und Kultur und umfasst chemische Gesellschaften, Akademiker und Institutionen weltweit und stützte sich auf einzelne Initiativen, um lokale und regionale Aktivitäten zu organisieren.

Organische Chemie wurde entwickelt von Justus von Liebig und anderen, nach Friedrich Wöhler ist die Synthese von Harnstoff , die bewiesen , dass lebende Organismen waren in der Theorie, reduzierbar auf Chemie. Andere entscheidende Fortschritte des 19. Jahrhunderts waren; ein Verständnis der Valenzbindung ( Edward Frankland 1852) und die Anwendung der Thermodynamik auf die Chemie ( JW Gibbs und Svante Arrhenius in den 1870er Jahren).

Üben

Teildisziplinen

Chemie ist in der Regel in mehrere große Teildisziplinen unterteilt. Es gibt auch mehrere wichtige fächerübergreifende und spezialisiertere Gebiete der Chemie.

Andere Disziplinen innerhalb der Chemie werden traditionell nach der Art der untersuchten Materie oder der Art des Studiums gruppiert. Dazu gehören anorganische Chemie , das Studium der anorganischen Materie; organische Chemie , das Studium organischer (auf Kohlenstoff basierender) Materie; Biochemie , das Studium von Substanzen, die in biologischen Organismen vorkommen ; physikalische Chemie , das Studium chemischer Prozesse unter Verwendung physikalischer Konzepte wie Thermodynamik und Quantenmechanik ; und analytische Chemie , die Analyse von Materialproben zum Verständnis ihrer chemischen Zusammensetzung und Struktur . Viele weitere spezialisierte Disziplinen sind in den letzten Jahren entstanden, zB die Neurochemie die chemische Untersuchung des Nervensystems (siehe Unterdisziplinen ).

Andere Gebiete sind Agrochemie , Astrochemie (und Kosmochemie ), Atmosphärenchemie , Chemieingenieurwesen , Chemische Biologie , Chemo-Informatik , Elektrochemie , Umweltchemie , Femtochemie , Aromachemie , Durchflusschemie , Geochemie , Grüne Chemie , Histochemie , Geschichte der Chemie , Hydrierungschemie , Immunochemie , Meereschemie , den Materialwissenschaften , mathematische Chemie , Mechanochemie , medizinischen Chemie , Molekularbiologie , Molekularmechanik , die Nanotechnologie , Naturstoffchemie , Önologie , organometallischen Chemie , der Petrochemie , der Pharmakologie , der Photochemie , Physical Organic Chemistry , Phytochemistry , Polymerchemie , Radiochemie , Festkörperchemie , Sonochemie , supramolekulare Chemie , Oberflächenchemie , Synthesechemie , Thermochemie und viele andere.

Industrie

Die chemische Industrie ist weltweit ein wichtiger Wirtschaftszweig. Die 50 größten Chemieproduzenten der Welt erzielten 2013 einen Umsatz von 980,5 Milliarden US-Dollar mit einer Gewinnmarge von 10,3 %.

Professionelle Gesellschaften

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

Weiterlesen

Beliebte Lektüre
Einführende Lehrbücher für das Bachelorstudium
Fortgeschrittene Lehrbücher für Bachelor- oder Masterstudiengänge
  • Atkins, PW Physikalische Chemie (Oxford University Press) ISBN  0-19-879285-9
  • Atkins, PW et al. Molekulare Quantenmechanik (Oxford University Press)
  • McWeeny, R. Coulsons Valence (Oxford Science Publications) ISBN  0-19-855144-4
  • Pauling, L. Die Natur der chemischen Bindung (Cornell University Press) ISBN  0-8014-0333-2
  • Pauling, L. und Wilson, EB Einführung in die Quantenmechanik mit Anwendungen in der Chemie (Dover Publications) ISBN  0-486-64871-0
  • Festkörperchemie von Smart und Moore : Eine Einführung (Chapman und Hall) ISBN  0-412-40040-5
  • Stephenson, G. Mathematische Methoden für Studenten der Naturwissenschaften (Longman) ISBN  0-582-44416-0

Externe Links