ein Atom …eine Bindung …ein Molekül?

Liebe Blogleser,
Chemie umgibt uns jeden Tag. Kein Leben ohne die Chemie, denn der Stoffwechsel in unserem Körper funktioniert nur mit einer Vielzahl chemischer Reaktionen. Ganz sicher haben Sie schon mal Salz in die Suppe gegeben. Chemisch gesehen haben Sie just in dem Moment ein Lösung hergestellt….ups, da ist sie schon wieder die allgegenwärtige Chemie!
Viele Schülerinnen und Schüler (v.a. diejenigen, die das Abiturfach Biologie gewählt haben) tun sich schwer mit Begriffen wie

  • Atom
  • Molekül
  • Lösung
  • Säure
  • Base
  • pH-Wert
  • Avogadro-Zahl
  • Mol
  • ….

Auch Schüler im Chemie-LK sind nicht immer klar in der Anwendung dieser Begriffe. Dieser Blogartikel soll Ihnen zum einen die „Chemie-Angst“ nehmen und kurz und präzise einige dieser Begriffe erläutern und Ihnen die Chemie auf „leichte Art“ näher bringen. In den nächsten Wochen folgen weitere Blogartikel die Themen der Chemie bearbeiten…

Was war denn nochmal…?

Chemie als auch Biologie sind Abiturfächer, die ein breites (und auch tiefes) Fachwissen voraussetzen. Oftmals liegen die Schulstunden der einführenden Erklärungen weit zurück und das Grundlagenwissen aus der Mittelstufe ist längst verblasst. Aber genau dieses Grundlagenwissen und das darauf aufbauende korrekte Einsetzen von Fachbegriffen macht die guten Noten in der Oberstufe oder im Abitur erst möglich.

Definitionen in der Chemie

Wenn wir uns umschauen, dann können wir mit unseren Sinnen die uns umgebende Materie wahrnehmen. Materie ist aus unterschiedlichen Bausteinen aufgebaut. Würde man einen Stift immer weiter zerkleinern, dann würde man irgendwann beim Atom ankommen dem Grundbestandteil aller Materie…*
Ein Atom ist für Biologen die kleinste Einheit des Lebens.
Aufgebaut ist das Atom aus einem Kern und einer Atomhülle. Der Kern beinhaltet das ungeladene Neutron (neutral, daher der Name) und das positiv geladene Proton. In der Atomhülle befinden sich ein Elektron (negative Ladung).
Ebenfalls können Protonen, Neutronen und Elektronen als Elementarteilchen bezeichnet werden.
Kern + Hülle = Atom
GiederungATOMaufbau
 
 
 
 
 
 
Ein Element besteht nur aus Atomen eines Typs. Das chemische Element ist sozusagen rein, nur ein Atomtyp ist für die Bildung des Elements verantwortlich.
Im Periodensystem sind alle Elemente geordnet. Momentan zeigt das PSE (Periodensystem der Elemente) 118 Elemente. Für die Biologie sind wiederum nur wenige relevant:

  • Wasserstoff
  • Kohlenstoff
  • Stickstoff
  • Sauerstoff
  • Phosphor

Wie werden diese verschiedenen Elemente beschrieben?

Ordnungszahl und Massenzahl sind Charakteristika, die ein Element beschreiben.
So ist die Anzahl der Protonen im Kern unterschiedlich. Helium besitzt zwei Protonen, Sauerstoff 8. Die Ordnungszahl (= Anzahl der Kern-Protonen) lautet für Helium 2, für Sauerstoff 8. Sie wird in der Regel unten links am Elementkürzel geschrieben. Also 2He und 8O.
Die Massenzahl eines Atoms wird aus der Gesamtzahl der Protonen und Neutronen ermittelt. Elektronen nehmen auf die Masse eines Elements keinen Einfluss. Helium besitzt 2 Protonen und 2 Neutronen. Die Massenzahl ist daher 4. Sauerstoff hat 8 Protonen und 8 Neutronen. Dies ergibt eine Massenzahl von 16. Die Massenzahl wird immer oben links neben dem chemischen Symbol des Elements geschrieben.
4He und 16O.
*Kleiner geht immer: Quarks, Higgs-Boson….die wollen wir für unsere eher biologischen Betrachtungen aber außen vor lassen, genauso wie das Orbitalmodell

Allein ist mir langweilig….Moleküle bilden sich!

Ein Element besitzt nur Atome eines einzigen Typs…so z.B. das Helium. Nur He-Atome bilden dieses Element.
Schaut man sich in der Natur um so finden sich in der Regel zusammengesetzt Moleküle wie z.B. NaCl (Natriumchlorid oder Kochsalz), H2O (Wasserstoffoxid oder Wasser), NH3 (Ammoniak),…
Ein Molekül besteht per Definition aus gleichen oder verschiedenen Atomen. Diese sind durch chemische Bindungen miteinander verknüpft.
Je nach Anzahl der Außenelektronen ergeben sich unterschiedliche Bindungsmöglichkeiten. So kann Kohlenstoff z.B. 4 Bindungen eingehen (Beispiel CH4, Methan; Kohlenstoff + 4 Wasserstoffatome), Sauerstoff stehen zwei Außenelektronen zur Verfügung Bindungen einzugehen.
Anbei eine kleine Tabelle, die dies im Überblick für die biologisch wichtigen Elemente zeigt…

ElementBeispielmoleküleübliche Anzahl der kovalenten Bindungen
H: WasserstoffH2O1
O: SauerstoffH2O2
N: StickstoffNH33
C: KohlenstoffCH44
P: PhosphorH2PO35

Die Art und Weise, wie nun Moleküle gebildet werden ist abhängig von den Möglichkeiten, wie die Außenelektronen in dieser Molekül-Partnerschaft eingesetzt werden. So besteht die Möglichkeit Elektronen zu übergeben. Es bleiben geladenen Ionen zurück. Die passiert bei der Bildung von NaCl, Kochsalz. Das Natrium übergibt sein Außenelektron an das Chlor. Natrium wird positiv geladen, Chlor negativ. Es handelt sich bei dieser chemischen Bindung um eine Ionenbindung.
Wir das Elektron „freundschaftlich“ geteilt, dann spricht man von einer Atombindung. Sowohl Kohlenstoff als auch Wasserstoff können das Elektron jeweils geteilte Elektron im Molekül Methan nutzen.
Neben diesen „richtigen“ chemischen Bindungen gibt es auch noch sogenannte Interaktionen. Hier kommt es nicht zur Übergabe oder gemeinsamen Nutzung von Außenelektronen sondern Partialladungen (Teilladungen) werden genutzt um Moleküle zusammen zu halten. Beispiele für diese Interaktionen sind Wasserstoffbrücken“bindungen“ und hydrophobe Wechselwirkungen.
Anbei die chemischen Bindungen und Wechselwirkungen im Überblick

BindungstypWie funktioniert die Wechselwirkung/Bindung?Wo finden wir diesen Bindungstyp? (Beispiel)
Atombindunggemeinsame Nutzung der Elektronen (à Elektronenpaar)z.B. in Methan CH4, in allen Kohlen-wasserstoffen oder Naturstoffen…. 
 
kovalente
Bindung
IonenbindungAnziehung gegensätzlicher Ladungenz.B. Kochsalz (Na+Cl)
WasserstoffbrückePartialladungen der Wasserstoff- bzw. Sauerstoffatome ziehen sich an….z.B. Wasser! Oberflächenspannung des Wassers beruht auf dieser Interaktion… 
 
 
 
 
Interaktion
hydrophobe Interaktionunpolare Substanzen lagern sich in Gegenwart polarer Substanzen (z.B. Wasser) zusammenz.B. Interaktion unpolarer Aminosäuren in Proteinen
Van-der-Waals-WechselwirkungElektronen unpolarer Substanzen wirken zusammenz.B. Interaktion langkettiger Kohlenwasserstoffe

 
Genug Chemie für heute….
Euch alles Gute und beste Grüße
Martina Henn-Sax

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