Mario Sedlak
Wissenschaft
Hauptthemen
Neue und erweiterte Seiten
Foto

Verbrennungen gehören zu den technisch wichtigsten chemischen Reaktionen.

Foto

Das Rosten von Eisen ist eine unerwünschte chemische Reaktion.

Foto

Was genau bei der Explosion von Feuerwerk passiert, ist nicht bekannt.

Chemie

Die Chemie erforscht und beschreibt die Eigenschaften der verschiedenen Stoffe und deren Umwandlungen. Sie baut auf der Physik auf und ist wie diese eine Naturwissenschaft, die universell gültige Gesetzmäßigkeiten entdeckt.

Schwierigkeiten

Eigentlich gibt es nur eine Kraft, die das chemische Verhalten aller Stoffe beschreibt: die elektromagnetische Kraft. Positive und negative Ladungen ziehen sich an; gleichnamige stoßen sich ab. Doch in Atomen wirkt auch die Quantentheorie. Und obwohl die Physik auch für diese alle wesentlichen Gleichungen kennt, kann sie nicht einfach alle chemischen Eigenschaften der Stoffe berechnen, da diese Gleichungen sehr kompliziert werden, wenn mehrere Teilchen beteiligt sind.[1] Selbst näherungsweise und mit Supercomputern gelingt da (noch) keine verlässliche Lösung.

Der Chemiker steht vor der Herausforderung, die Eigenschaften von rund 100 Elementen und über 100 Millionen Verbindungen zu erklären bzw. vorauszusagen. Hierfür verwendet er Gesetzmäßigkeiten, die typischerweise nicht so unumstößlich wie Naturgesetze, die die Physik gefunden hat, sind. Wie und warum eine chemische Reaktion abläuft, ist in vielen Fällen nicht bis ins Detail bekannt. Chemie ist daher schwieriger und nicht so exakt wie die Physik.

Beispiele

Die Hauptschwierigkeit bei der quantitativen Beschreibung von Verbrennungsprozessen ist, einen Reaktionsmechanismus bereitzustellen, der den Ablauf der chemischen Reaktion beschreibt. Schon die Behandlung des einfachsten technischen Brennstoffs H2 (Wasserstoff) führt zu einem Mechanismus, der 38 Reaktionen von acht chemischen Spezies einschließt.

Für Feuerwerkskörper:

Alle Mischungsverhältnisse, die heute zur Verfügung stehen, sind empirisch entdeckt worden. Angesichts der Vielzahl der Komponenten, die involviert sind, und der bekannten und unbekannten Reaktionsketten, die ausgelöst werden, ist es nicht möglich, eine ausführliche Zusammenstellung der Verbrennungsreaktionen zu geben.[2]

Mein Fazit

"Eigentlich" ist die Chemie nur Physik. In der Tat beschreiben Physiker ihre Theorien immer wieder anhand bestimmter chemischer Elemente oder Verbindungen. Die Physik soll ja das Verhalten aller Materie im Kosmos beschreiben. Dennoch verstehe ich, dass die Chemie eine eigene Wissenschaft ist, denn ihr Forschungsgebiet ist einfach zu groß. Das kann ein Physiker nicht "nebenbei" mit abdecken bzw. würde er sich in Details "verzetteln", obwohl er sich gerade für die allgemeinen, aller Materie gemeinsamen Gesetzmäßigkeiten interessiert.

Es gibt jedenfalls keine scharfe Grenze zwischen Chemie und Physik. Lehrer und Lehrbücher sollten nicht viel Zeit darauf verwenden, den Unterschied von physikalischen und chemischen Vorgängen zu erklären. In vielen Fällen ist die Unterscheidung weder einfach noch wichtig.

Mein Bezug zur Chemie

In der HTL hatte ich 2 Jahre Chemie. Da wurden die wichtigsten Elemente und Verbindungen vorgestellt. Mit dem Begriff der Wertigkeit, den man im Unterricht lernte und auf dem das Periodensystem der Elemente basiert, kann man viele chemische Vorgänge verstehen. Es blieb aber unklar,

Ein tiefergehendes Verständnis habe ich erst im Selbststudium erhalten, wobei gute Schulbücher[3] bereits viele brauchbare Einsichten vermitteln – schlechtere nennen einfach die Eigenschaften vieler verschiedener Stoffe.

Chemie finde ich interessant, aber auch relativ schwer zu lernen, weil sie sich nicht auf einige wenige Grundgesetze zurückführen lässt (wie die Physik und Mathematik). Deswegen habe ich mich bisher eher nur punktuell mit Chemie beschäftigt, z. B. bei Schadstoffen.

Schön finde ich die systematische Benennung von Verbindungen, insb. die Namensendungen. Da könnten sich andere Wissenschaften was abschauen.

Weiter

Unterschied von physikalischen und chemischen Vorgängen

Weblinks

Quellen

[1] Hermann Haken, Hans Christoph Wolf: Atom- und Quantenphysik. Einführung in die experimentellen und theoretischen Grundlagen. Berlin: Springer, 8. Aufl. 2004, S. 451 – Von einer vollständigen Erklärung der chemischen Bindung ist man "noch weit entfernt", da "hier stets die Wechselwirkung mehrerer Teilchen zu berücksichtigen ist."
[2] Emissionen von Feuerwerken (PDF), S. 7 (im PDF S. 17)
[3] z. B. von Rudolf Kohlhauser: Lehrbuch der Chemie, Einführung in die allgemeine und anorganische Chemie und Einführung in die organische Chemie