Was ist Chemie

Die Chemie befasst sich mit den Wechselwirkungen, chemisch ausgedrückt, den Reaktionen von Atomen. Chemische Reaktionen liefern Energieumsätze, die nicht zu Kernprozessen, also z.B. zu Elementumwandlungen, führen können.

Wesentlich für chemische Umsetzungen sind die folgenden Gesetze:

• Lavoisier, Ende des 18. Jahrhunderts:
  Gesetz von der Erhaltung der Masse:
  $$\sum _m (Edukte) = \sum _m (Produkte)$$

• Dalton und Berzelius:
  Gesetz der konstanten und multiplen Proportionen:

  Jede Verbindung definierte Verbindung (Phase) enthält die zugehörigen Elemente in immer ein und demselben Verhältnis. Konstante Proportionen:

  $$H_2O \mathrm{ (S\uml {u}dpol)} = H_2O \mathrm{ (Z\uml {u}richsee)} = H_2O \mathrm{ (Mars)}$$

  Multiple Proportionen:

  $$AB_x, \quad AB_y, \quad AB_z$$   
  z.B. $H_2O, H_2O_2; N_2O, NO, N_2O_3, NO_2, N_2O_5.$

• Gay-Lussac, A. v. Humboldt:
  Volumengesetz

  Die Molvolumina verschiedener Gase sind gleich, d.h. nur durch die Teilchenzahl und nicht durch die Masse bestimmt.
  

  Volumina miteinander reagierender Gase verhalten sich zueinander wie einfache ganze Zahlen.
  

• Avogadro, Loschmidt:
  Gleiche Volumina enthalten gleiche Teilchenzahlen
  $$N_A (= N_L ) = 6.022 \cdot 10^{23}$$    Teilchen$$\cdot mol^{-1}$$

Alle Elemente mit Ausnahme von Wasserstoff und Helium weisen mehrere Elektronenschalen auf.

Jede dieser Hauptschalen kann nur bestimmte Zahlen von Elektronen aufnehmen.

Solche Hauptschalen sind noch einmal in Unterschalen energetisch aufgegliedert, die wiederum nur ganz bestimmte Elektronenzahlen zulassen.

Die Unterschalen heissen, unabhängig von der Hauptschale, in der sie sich befinden, s-, p-, d- und f-Schalen bzw. -Orbitale.

Jedes Element hat eine definierte Zahl von Kernladungen (Z) und dieselbe Zahl von Elektronen. Damit sind seine isolierten Atome neutral (ungeladen).

Obwohl die Elektronen die Kernladung neutralisieren, können sie diese in der Regel nicht vollständig abschirmen (Ausnahme: Edelgase).

Deshalb haben mit wenigen Ausnahmen nahezu alle Elemente das Bestreben weitere Elektronen aufzunehmen - sogar die Alkalimetalle!

Elemente mit komplett gefüllten Hauptschalen wie die Edelgase sind chemisch äusserst schwierig (Xe- bzw. Kr-Verbindungen) oder gar nicht oxidativ, d.h. unter Elektronenentzug, anzugreifen. Sie haben auch kein Bestreben zusätzliche Elektronen aufzunehmen (Reduktion).

Im Normalfall reagieren Elemente untereinander, indem sie Elektronen austauschen, und bilden damit chemische Verbindungen.