1. Einführung
Chemie ist eine Naturwissenschaft,
welche sich mit der Zusammensetzung, den Eigenschaften und der
Umwandlung der Materie
oder der Stoffe befasst.
Chemie ist eine noch relativ junge Wissenschaft, erst seit Ende
des 17. Jahrhunderts begann die systematische Forschung in der
Chemie.
Chemie wurde jedoch als Technik schon seit Urzeiten von den
Menschen genutzt. Die Evolution des Menschen von der Steinzeit
bis in unsere Zeit wurde maßgeblich auch durch den chemischen
Fortschritt beeinflusst. Man kann die Geschichte der Chemie in
verschiedene Epochen einteilen:
Die Steinzeit
Die wohl erste chemische Reaktion, die den Steinzeitmenschen
entscheidende Vorteile gegenüber den anderen Lebewesen gab, war
die Nutzung des Feuers. Hierbei handelt es sich um eine chemische
Reaktion, weil man aus einem bestimmten Stoff, zum Beispiel Holz,
durch Verbrennung ganz verschiedene neue Stoffe erhält: Dämpfe,
Gase und einen Rückstand, die Asche.
Die Nutzung des Feuers erlaubte den Menschen ein viel
angenehmeres Leben: die wilden Tiere wurden durch das Feuer
abgehalten, die Wohntemperatur war nicht mehr so sehr abhängig
von der Witterung, die Urmenschen mussten nicht mehr nur rohes
Fleisch essen...
Die Bronzezeit
Während der Bronzezeit (ungefähr 2000-900 vor Christus)
erwarben die Menschen die Fähigkeit Bronze - eine Legierung aus den
Metallen Kupfer und Zinn - herzustellen. Diese Legierung, die
härter ist als die Metalle Kupfer und Zinn, konnte zum Bau von
Werkzeugen wie Speerspitzen, Nadeln und Schneidegeräten benutzt
werden und löste die Steinzeitwerkzeuge, welche aus Stein, Holz
und Knochen gewonnen wurden, schnell ab.
Die Eisenzeit
Während der Eisenzeit (Anfang: ungefähr 1500 vor Christus)
erlaubte ein weiterer technischer Fortschritt die Gewinnung von
Eisen aus Eisenerzen.
Bei dieser chemischen Reaktion spielt die Kohle eine sehr
wichtige Rolle. Wenn man Eisenerz in einem Kohlefeuer auf
genügend hohe Temperaturen bringt, dann ermöglicht man eine
chemische Reaktion zwischen der Kohle und dem Eisenerz, und als
Reaktionsprodukt erhält man das Metall Eisen.
Die
Zeit der alten griechischen Philosophen
Zur Zeit der alten Griechen (ungefähr 300 vor Christus)
machten die griechischen Philosophen sich Gedanken über den
Aufbau der Materie. Die griechischen Philosophen erdachten
Modelle, mit denen sie den Aufbau der Natur erklären wollten.
Diese Philosophen waren aber keine Wissenschaftler im heutigen
Sinn, sie stellten vielmehr Behauptungen auf, die theoretisch
möglich und logisch waren, sie versuchten aber nicht durch
Versuche herauszufinden, ob ihre Behauptungen auch in
Wirklichkeit Bestand hätten.
Trotzdem stellten die Griechen eine Anzahl von interessanten
Vermutungen an. Unter anderem behauptete Demokrit, dass die
Materie aus unsichtbaren winzigen Teilchen, den Atomen, aufgebaut
sei.
Zwei weitere sehr bedeutende griechische Philosophen, Platon und Aristoteles
schlugen vor, dass alle Materie aus vier Grundbausteinen
aufgebaut sei: Wasser, Feuer, Luft und Erde. Diese Grundbausteine
wurden durch verschiedenartig aufgebaute winzige Grundformen
dargestellt, Würfel, Tetraeder, Octaeder und Polyeder.
Die Zeit der Griechen war die Zeit der Hypothesen, die
griechischen Philosophen stellten eine ganze Reihe von
Vermutungen an, unternahmen aber nichts, um diese Vermutungen
durch Versuche und experimentelle Daten zu erhärten. Nach der
Zeit der Griechen musste man mehr als tausend Jahre warten, bis
wieder neue Erkenntnisse den Grundstein legten, um die Chemie als
eigenständige Wissenschaft entstehen zu lassen.
Die Zeit der
Alchemisten
Bis zum frühen Mittelalter änderte sich nicht viel auf dem
Gebiet der Chemie. Menschen, die sich in dieser Zeitspanne mit
Chemie befassten, nennt man Alchemisten. Um das neunte
Jahrhundert waren dies vor allem Araber und Perser. In Europa,
welches technologisch weit im Hintertreffen lag, waren die
Alchemisten vom 12. bis zum 16. Jahrhundert tätig. Genau wie die
alten Griechen waren die Alchemisten keine echten
Wissenschaftler, sondern eine Art Magier, welche Wissenschaft mit
Spekulation und Wunschdenken vermischten. Die Alchemisten
glaubten zum Beispiel folgende Ziele für erreichbar:
- ein universelles Lösungsmittel zu finden
- Krankheiten mithilfe des 'Stein der Weisen' zu heilen und das
Leben zu verlängern
- Gold aus einfachen Stoffen herzustellen.
Heutzutage wissen wir, dass diese Ziele nicht erreicht werden
können. Um zu verstehen, warum sich die Alchemisten diese heute
gänzlich unrealistischen Ziele setzten, muss man sich in die
Zeit der Alchemisten zurückversetzen und einmal ihre
Arbeitsbedingungen unter die Lupe nehmen.
- Die Alchemisten kannten eine ganze Reihe heute allgemein
bekannter Stoffe nicht, zum Beispiel war Sauerstoff den
Alchemisten unbekannt.
- Die Alchemisten waren sich noch nicht bewusst, dass bei einer
Reaktion die Masse erhalten bleibt, sie besaßen keine geeichten Waagen und
konnten deshalb nur ungenaue Angaben über ihre Reaktionsgemische
geben.
- Die Alchemisten benutzten keine einheitlichen Namen und Symbole
für die neuen Stoffe welche sie herstellten.
Die Berichte, welche die Alchemisten über ihre Arbeit
verfassten, kann man eigentlich als eine Art Kochbuch auffassen.
Die Alchemisten machten zwar einige interessante Entdeckungen,
sie verstanden aber nicht, aus ihren Versuchen allgemein gültige
Gesetzte abzuleiten. Als die Menschen dies zustande brachten,
entwickelte sich die Chemie zu einer Wissenschaft.
Die Übergangszeit von den Alchemisten zu
den Chemikern
Als sich die Zeit der Alchemisten ihrem Ende zuneigte,
begannen einige Naturforscher sich wissenschaftlicher Methodik zu
bedienen, um die Gesetze der Natur zu ergründen.
Schon im sechzehnten Jahrhundert versuchte Paracelsus, durch
Experimente und Beobachtungen neue Wege in der Heilkunst zu
gehen. Paracelsus war sehr erfolgreich und führte unter anderem
chemische Heilmittel ein.
Agricola
beschäftigte sich intensiv mit der Metallurgie und der
Mineralogie. Anders als die Alchemisten ging er dabei sehr
systematisch vor.
Durch Experimente versuchten diese Forscher, die Gesetze der
Natur zu erforschen und zu verstehen.
Chemie als eigenständige
Wissenschaft
Die Wissenschaftler versuchten systematisch aus einer großen
Anzahl von Versuchen und Beobachtungen, Naturgesetze
aufzustellen.
Einige Beispiele:
- Boyle schlägt im
17. Jahrhundert vor, dass man das Verhalten der Gase besser
verstehen und erklären kann, wenn man annimmt, dass Gase aus
kleinen Teilchen bestehen, die eine Eigenbewegung besitzen.
- Mariotte stellt
im 17. Jahrhundert das nach ihm und Boyle benannte Gasgesetz auf.
- Lavoisier
führt im 18. Jahrhundert die Waage ins Laboratorium ein. Jetzt
wurde es möglich quantitative Beziehungen bei chemischen
Reaktionen zu erforschen (Gesetz von der Erhaltung der Masse).
- Dalton stellt
Anfang des 19. Jahrhunderts seine Atomhypothese auf, die sich im
Nachhinein zur Atomtheorie steigert.
- Wöhler synthetisiert
1828 ein organisches
Molekül aus anorganischen
Ausgangsstoffen.
Die oben genannten Forscher stellen nur einige der Meilensteine
dar, welche die Chemie als eigenständige Wissenschaft
etablierten.
Chemie heute
Seit dem 20. Jahrhundert hat die Chemie sich fast
explosionsartig ausgeweitet, man unterscheidet heute zwischen
allgemeiner Chemie (Kinetik,
Thermodynamik, Photochemie, Elektrochemie) anorganischer
Chemie, organischer
Chemie, angewandter Chemie und einigen Spezialgebieten wie Biochemie, Radiochemie...
- Einige der chemischen Errungenschaften der letzten Jahrzehnte
sind die Synthese von komplexen organischen Molekülen wie
Vitamine (Vitamin B12), Antibiotika (Penicillin), die
Entschlüsselung des DNS-Moleküls, die industrielle Nutzung von
Enzymen...
- Ohne moderne Düngemittel und Insektenvertilgungsmittel
(Insektizide) wäre die heutige Landwirtschaft undenkbar.
- Die Kontrolle über eine vernünftige Nutzung dieser
Chemikalien ist nur möglich durch genaue chemische
Analysemethoden.
- Kunststoffe sind aus dem modernen Leben nicht mehr wegzudenken.
Auch in der Zukunft wird die Chemie sicherlich eine große Rolle
spielen.
Trotz dieser Erfolge hat die Chemie in den letzten Jahren einen
schlechten Namen bekommen. Umweltverschmutzung, Betriebsunfälle
in chemischen Fabriken haben die Chemie in einem schlechten Licht
erscheinen lassen.
Man sollte sich jedoch bewusst sein, dass die Chemie nur ein
Werkzeug in den Händen der Menschen ist. Somit liegt auch die
vernünftige Anwendung und Nutzung der Chemie in den Händen der
Menschen und damit auch die volle Verantwortung über eine
korrekte Nutzung der Chemie.
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