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Die erste Hälfte des 20. Jahrhunderts stand ganz im Zeichen der Kernphysik und der Quantenchemie. Die neu entdeckten radioaktiven Strahlen ermöglichten neue Experimente, die zur rasanten Weiterentwicklung des Atommodells von RUTHERFORD (1911) über BOHR (1913) bis hin zum modernen quantenmechanischen Atommodell (1927) führten. Das verbesserte Verständnis der Struktur der Materie wird auch an der Weiterentwicklung der Bindungstheorie deutlich.
Durch kernchemische Experimente wurden neue Elemente entdeckt, darunter das hoch radioaktive Plutonium. Während des 2. Weltkriegs stellten sich Chemiker und Physiker in den Dienst des Militärs und entwickelten neue Sprengstoffe, giftige Kampfstoffe sowie die erste Atombombe.
Biochemiker erkundeten die Strukturen von Naturstoffen und konnten diese nach und nach im Labor synthetisieren. Beispiele sind die Eiweiße, die Vitamine und die Hormone, deren Wirkprinzipien in biochemischen Prozessen erkannt wurden. Außerdem gewann die Synthese von Arzneistoffen (Antibiotika, Schmerzmittel etc.) zunehmend an Bedeutung und wurde ebenfalls industriell durchgeführt.
Die chemische Industrie erlebte einen ungeahnten Aufschwung, da neben Medikamenten auch der Bedarf an Erdölprodukten stieg. Diese wurden sowohl zu Kraftstoffen verarbeitet als auch zu den neuen Werkstoffen des 20. Jahrhunderts, den makromolekularen Kunststoffen. Das Zeitalter der Plaste, Elaste und Kunstfasern begann in den 30er-Jahren mit der Beherrschung der großtechnischen Synthesen von PVC, Nylon, Polyurethanen und Siliconen.

Basen sind Verbindungen, die bei chemischen Reaktionen Protonen aufnehmen. In wässrigen Lösungen bilden sie Hydroxid-Ionen und wirken demzufolge stark ätzend.
Die wichtigsten anorganischen Basen sind Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniak. Diese Basen und ihre wässrigen Lösungen, die Laugen, finden nicht nur Einsatz in der Industrie und Technik, sondern sind auch Bestandteile vieler Gebrauchsgüter des alltäglichen Lebens. So sind z. B. viele Reinigungsmittel alkalisch, da sich Fette und andere Verschmutzungen durch Basen leicht lösen lassen. Industriell sind Basen wichtige Ausgangsstoffe für die Herstellung von Gläsern, Zellstoff, Düngemitteln oder Baustoffen.
Anorganische Basen schädigen die Umwelt, wenn Abwässer zu stark mit alkalischen Reinigungsmitteln oder Chemieabfällen belastet sind und dadurch das pH-Gleichgewicht in Gewässern gestört wird.

Säuren und Basen gehören zu den am weitesten verbreiteten chemischen Substanzen. Zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen z. B. durch Titration werden sogenannte Indikatoren (Anzeiger) verwendet. Farbindikatoren für Säure-Base-Reaktionen sind schwache organische Säuren oder Basen, die je nach dem pH-Wert der Lösung eine unterschiedliche Struktur und damit verschiedene Farben aufweisen. Anhand der Farbänderung kann man den pH-Wert einer Lösung oder den Äquivalenzpunkt einer Titration bestimmen.

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Protonen in einer Lösung. Der Zahlenwert gibt die Konzentration als negativen dekadischen Logarithmus an. Je weniger freie Protonen in einer Lösung vorhanden sind, desto größer ist der pH-Wert. Ist die Protonenkonzentration in einer Lösung hoch, d.h. der pH-Wert niedrig, spricht man von einer sauren Lösung, ist der Protonenkonzentration niedrig, d.h. der pH-Wert hoch, spricht man von einer basischen Lösung. Als neutral wird ein pH-Wert von 7 angenommen. In Analogie zum pH-Wert wird auch ein pOH-Wert definiert, der die Konzentration an OH${}^{-}$ -Ionen angibt.

Neutralisationsreaktionen sind spezielle Reaktionen zwischen Säuren und Basen, bei denen äquivalente Stoffmengen der Basen und Säuren miteinander reagieren. Bei dieser exothermen Reaktion heben sich die Wirkung der Säure und Base gegenseitig auf und man erhält in der Regel eine neutrale Lösung mit dem pH-Wert von 7. Dieser Fakt wird in der Technik, in der Medizin bzw. auch in der Landwirtschaft häufig bewusst ausgenutzt, spielt aber auch in der oft in der Natur eine Rolle.

Als Aminosäuren bezeichnet man organische Verbindungen die über mindesten je ein Amino-Gruppe und mindestens eine Carboxy-Gruppe verfügen. Die in der Natur am häufigsten vorkommenden Aminosäuren sind die $\alpha$-Aminosäuren, sie werden auch als Bausteine des Lebens bezeichnet. 22 dieser Aminosäuren werden als biogene Aminosäuren bezeichnet. Aus diesen werden Proteine aufgebaut und sie werden in der DNA codiert.

Die 22 biogenen Aminosäuren enthalten zum Teil weitere funktionelle Gruppen. Aminosäuren liegen in einer zwitterionischen Struktur vor, es sind Ampholyte.