Stoffbegriffe
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Stoffe und Stoffumwandlung
Der Stoffbegriff
Ein Stoff in der Chemie wird als eine Form von Materie definiert, die durch spezifische chemische und physikalische Eigenschaften charakterisiert ist. Diese Eigenschaften sind einzigartig für jeden Stoff und ermöglichen es uns, Stoffe zu identifizieren und zu klassifizieren.
Es gibt Reinformen von Elementen wie Wasserstoff (\(\text{H}_2\)) und Sauerstoff (\(\text{O}_2\)), bei denen alle Atome im Stoff identisch sind. Das bedeutet, sie bestehen nur aus einer Art von Atom. Im Gegensatz dazu stehen chemische Verbindungen wie Wasser (\(\text{H}_2\text{O}\)) oder Natriumsulfat (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)), die aus zwei oder mehr verschiedenen Elementen zusammengesetzt sind – festgelegt durch ein definiertes Mengenverhältnis der enthaltenen Atome.
Stoffumwandlungen und chemische Reaktionen
Es ist besonders wichtig zu verstehen, dass bei chemischen Reaktionen neue Substanzen mit veränderten Eigenschaften aus den Ausgangsstoffen, den sogenannten Edukten, entstehen. Diese neuen Substanzen werden Produkte genannt.
Eine typische chemische Reaktion ist die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser:
\[ 2~\text{H}_2 (g) + \text{O}_2 (g) \rightarrow 2~\text{H}_2\text{O} (l) \]
Hierbei reagieren zwei Moleküle Wasserstoff und ein Molekül Sauerstoff zu zwei Molekülen Wasser. Während dieses Prozesses entstehen neue chemische Bindungen, und es resultiert ein Stoff mit neuen Eigenschaften – flüssiges Wasser.
Die Bedeutung von relativen Atommassen
Relative Atommassen sind ein entscheidender Faktor, um die Mengenverhältnisse bei chemischen Reaktionen zu verstehen. Sie basieren auf dem Kohlenstoffisotop \(^{12}\text{C}\), das als Referenz dient und definiert wurde, dass dessen Masse exakt 12 atomare Masseneinheiten beträgt.
Was ist ein Isotop?
Ein Isotop ist eine Variante eines chemischen Elements, die sich in der Anzahl der Neutronen im Kern unterscheidet, während die Protonenzahl – und damit die chemische Identität des Elements – gleich bleibt. Da Neutronen zur Masse des Kerns beitragen, haben verschiedene Isotope eines Elements unterschiedliche Massen.
In der Grafik sehen wir die drei Wasserstoffisotope Protium, Deuterium und Tritium. Man kann gut erkennen, dass sie sich nur durch die Neutronenanzahl unterscheiden.
Chemische Reaktion vs. physikalischer Vorgang
Das IMPP fragt gerne nach der Unterscheidung von chemischen und physikalischen Vorgängen. Es ist entscheidend, dass du verstehst: Chemische Reaktionen erzeugen neue Stoffe mit veränderten Eigenschaften, während physikalische Vorgänge lediglich den Zustand eines Stoffes ändern, ohne dessen Zusammensetzung zu verändern.
Physikalische Vorgänge wie Sublimation (Übergang eines Stoffs vom festen direkt in den gasförmigen Zustand), Schmelzen (Übergang vom festen in den flüssigen Zustand), Kristallisation (Bildung einer kristallinen Struktur aus einer Lösung oder Schmelze) und Extraktion (Trennverfahren basierend auf unterschiedlichen Löslichkeiten) verändern weder die chemische Identität noch die Zusammensetzung der beteiligten Stoffe.
Hydrolyse ist ein Beispiel für eine chemische Reaktion, bei der ein Molekül, wie etwa ein Ester oder ein Polysaccharid, in Anwesenheit von Wasser gespalten wird:
\[ \text{Ester} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Säure} + \text{Alkohol} \]
Hier ändern sich die vorhandenen chemischen Bindungen, und es entstehen neue Verbindungen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Zusammenfassung
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Footnotes
Credits Einteilung der Stoffe Grafik: B.Lachner, ÜBERSICHT Stoffe, CC0 1.0↩︎
Credits Die drei Wasserstoffisotope Grafik: Dirk Hünniger; Derivative work in english - Balajijagadesh, Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-en, CC BY-SA 3.0↩︎
