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Denk- und Arbeitsweisen der Chemie sind all jene für die Chemie und die Tätigkeit des Chemikers charakteristischen Herangehensweisen, die das Wesen dieser Naturwissenschaft ausmachen.
Dazu gehören das Definieren von Begriffen und Größen mit ihren Einheiten einschließlich Festlegungen zu einem einheitlichen Einheitensystem, das Erkennen und Anwenden von Naturgesetzen, das Lösen von Aufgaben und Problemen sowie solche charakteristischen Tätigkeiten wie das Beobachten, Beschreiben, Vergleichen, Messen, Experimentieren, Interpretieren, Erklären und Voraussagen.
Jede dieser Tätigkeiten lässt sich genauer kennzeichnen. Für viele Tätigkeiten lassen sich auch Schrittfolgen angeben.

Bereits ein flüchtiger Blick auf unsere Umgebung zeigt uns die alltägliche Gegenwart chemischer Prozesse und Strukturen: Jede Nahrung die wir aufnehmen besteht aus unterschiedlichen Substanzen bzw. Substanzgemischen; in unserem Körper erfolgen vielfältige Stoffveränderungen, die das Lösen und Knüpfen neuer chemischer Bindungen erfordern. Fast alle Gegenstände , die uns umgeben, sind in ihrer Entstehung an chemische Prozesse geknüpft, sei es ein metallisches Objekt, ein Kunststoff, ein Baumaterial oder eine Farbe. Unsere individuelle Beweglichkeit beruht auf chemischen Prozessen, die uns die Energie für die Ortsveränderungen liefern. Nutzen wir ein Transportmittel, so wird hier in den meisten Fällen chemische Energie in mechanische umgewandelt. Müssen wir nach Medikamenten greifen, so ist deren Herstellung und Wirkungsweise an chemische Strukturen und Reaktionen gebunden. Ja, selbst das Lesen dieses Textes ist ohne chemische Veränderung im Auge und innerhalb des Gehirns nicht möglich.

Unter einer Waage versteht man ein mechanisches oder elektronisches Messinstrument, das zum Bestimmen von Massen benutzt wird. Waagen gibt es in verschiedensten Bauarten und Ausfertigungen, je nach Verwendung im Haushalt, in wissenschaftlichen Laboratorien, im Handel oder in Industriebetrieben.

* 28.12.1838 in Freiberg (Sachsen)
† 08.10.1904 in Dresden

Clemens Winkler war ein deutscher Chemiker, Forscher und Hochschullehrer.
Er analysierte die verschiedensten Mineralien, untersuchte Indium und seine Verbindungen, begründete die technische Gasanalyse, reduzierte Oxide und Carbonate mithilfe des Metalls Magnesium und stellte eine Reihe von Metall-Wasserstoff-Verbindungen her.
Das „Kontaktverfahren“, welches bei der Herstellung von Schwefelsäure benötigt wird, stammt von ihm. Winkler entdeckte das Element Germanium.

Die Zusammensetzung von Stoffgemischen wird durch Zusammensetzungsgrößen angegeben. Dabei benutzt man für Feststoffe und Gasgemische meist Anteilsgrößen, da die Masse von Feststoffen und der Druck oder das Volumen von Gasen sehr einfach gemessen werden können. Für Lösungen ist die gebräuchlichste Zusammensetzungsgröße die Stoffmengenkonzentration, weil aus dieser Größe die Stoffmenge eines gelösten Stoffs direkt aus dem Volumen der Lösung ermittelt werden kann. Der Gehalt des gelösten Stoffs kann aber auch als Massenanteil oder Massenkonzentration angegeben werden.

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.

Atomreaktoren bilden das Herzstück eines Kernkraftwerkes. In Ihm erfolgt eine gesteuerte Kernspaltung, bei der thermische Energie freigesetzt wird. Diese thermische Energie wird über eine Energieumwandlungskette in elektrische Energie umgewandelt.

* 20.10.1891 in Manchester
† 23.07.1974 in Pinehurst bei Cambridge

JAMES CHADWICK war ein englischer Physiker. Er forschte gemeinsam mit RUTHERFORD über Radioaktivität und Kernumwandlung. Er entdeckte das von RUTHERFORD vorhergesagte Neutron. 1935 erhielt er den Nobelpreis für Physik.
CHADWICK war an der Entwicklung der Atombombe mitbeteiligt.

Als Elementarteilchen bezeichnet man die kleinsten Bausteine der Materie, aus der auch alle Stoffe zusammengesetzt sind.

Früher nahm man an, dass die Atome und Moleküle die kleinsten Bausteine der Materie sind. Später entdeckte man, dass auch diese Teilchen aus noch kleineren Bestandteilen bestehen, wie z.B. aus Elektronen, Protonen und Neutronen. Diese Bestandteile bezeichnet man heute als Elementarteilchen. Neben den genannten sind heute noch über 200 weitere Elementarteilchen bekannt.

Ein Element wird durch Atome gleicher Kernladungszahl charakterisiert. Alle Atome, die die gleiche Zahl von Protonen im Kern enthalten, gehören zum gleichen Element.

* 08.03.1879 Frankfurt/Main
† 28.07.1968 Göttingen.

Er war ein berühmter deutscher Chemiker, entdeckte mehrere radioaktive Elemente und 1938 gemeinsam mit FRITZ STRASSMANN und LISE MEITNER die Uranspaltung. Für seine wissenschaftlichen Leistungen erhielt er 1944 den Nobelpreis für Chemie.

Atomkerne eines Elements mit gleicher Protonenzahl, aber unterschiedlicher Anzahl von Neutronen werden als Isotope bezeichnet. Es sind spezielle Nuklide. Wegen der gleichen Protonenzahl (= Kernladungszahl) haben Isotope auch die gleiche Anzahl von Elektronen in der Hülle.

Die Kernbindungsenergie ist die Energie, die bei der Zerlegung eines Kerns in seine einzelnen Nukleonen, d. h. Protonen und Neutronen, aufgebracht werden muss. Den quantitativen Zusammenhang zwischen Masse und Energie kann man mit dem von ALBERT EINSTEIN entdeckten Zusammenhang berechnen.

Unter Kernfusion versteht man die Verschmelzung leichter Atomkerne zu schwereren Kernen. Eine Kernfusion erfolgt nur bei großem Druck und hoher Temperatur. Dabei wird Energie freigesetzt.
Kernfusionen gehen ständig im Inneren der Sonne und anderer Sterne vor sich.

Als Kernspaltung wird die Zerlegung schwerer Atomkerne in leichtere bezeichnet. Dabei werden Neutronen freigesetzt und es wird Energie abgegeben. Kernspaltung ist eine spezielle Form der Kernumwandlung. Sie wurde 1938 von OTTO HAHN, FRITZ STRASSMANN und LISE MEITNER entdeckt.

Unter einer Kernumwandlung versteht man die Umwandlung von Atomkernen in andere Kerne. Diese kann freiwillig (spontan) oder durch äußere Einflüsse und Bedingungen erfolgen. Zu den Kernumwandlungen gehören der spontane radioaktive Zerfall, die Kernspaltung und die Kernfusion. Darüber hinaus gibt es eine Reihe weiterer Kernumwandlungsprozesse, die meist infolge äußerer Einflüsse vor sich gehen.
Bei Kernumwandlungsreaktionen werden in der Regel große Energiemengen umgesetzt.

* 18.09.1907 in Redondo Beach (Kalifornien)
† 07.09.1991 in El Cerrito (Kalifornien)

Edwin Mattison McMillan war ein amerikanischer Physikochemiker. Er befasste sich mit Kernreaktionen und war gemeinsam mit P. H. Abelson und G. T. Seaborg der Entdecker der ersten Transurane, dem Neptunium und dem Plutonium.
Gemeinsam mit G. T. Seaborg erhielt McMillan 1951 den Nobelpreis für Chemie.

* 07.11.1878 Wien
† 27.10.1968 Cambridge

Sie war eine österreichische Physikerin, Professor in Wien, Berlin und Stockholm. Gemeinsam mit OTTO HAHN entdeckte sie mehrere radioaktive Isotope des Thoriums und des Actiniums und erklärte als Erste die Uranspaltung, als deren Mitentdeckerin sie häufig genannt wird.

Beim radioaktiven Zerfall wandeln sich Kerne, die außerhalb der Zone stabiler Nuklide liegen, freiwillig bzw. spontan durch Aussenden einer radioaktiven Strahlung in einen stabileren Kern mit niedrigerem Energieinhalt um.

Radioaktive Strahlung hat eine Reihe von Eigenschaften, die für ihre Wirkungen, ihren Nachweis und ihre Anwendungen von Bedeutung sind. Dazu gehört insbesondere, dass radioaktive Strahlung

• Energie und Ionisationsvermögen besitzt,
• teilweise in elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt wird,
• Stoffe z. T. durchdringen kann und z. T. von ihnen absorbiert wird und
• chemische Bindungen spalten sowie lebendes Gewebe schädigen kann.

Radioaktive Strahlung entsteht beim Umwandeln von instabilen Atomkernen (Radionukliden). Dabei können freigesetzt werden:

• Alphastrahlung (doppelt positiv geladene Heliumkerne),
• Betastrahlung (Elektronen oder Positronen),
• Gammastrahlung (energiereiche elektromagnetische Wellen kleiner Wellenlänge)

Radioaktive Strahlung können wir mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmen. Sie kann aber beim menschlichen Körper und auch bei anderen Lebewesen Wirkungen hervorrufen, die man als biologische Wirkungen bezeichnet. Insbesondere kann sie zu unmittelbaren Schädigungen führen (akute Strahlenschäden) oder Schäden hervorrufen, die sich erst nach Jahren bemerkbar machen (Spätschäden).

Genetische Schäden (Erbschäden) bewirken, dass sich die Auswirkungen der radioaktiven Strahlung erst bei der Nachkommenschaft zeigen. Besonders gefährlich ist eine kurzzeitige hohe Strahlenbelastung.

Radioaktive Altersbestimmung, auch radioaktive Zeitmessung genannt, bedeutet die Bestimmung des Alters von Mineralien, Gesteinen, archäologischen Funden oder anderen Objekten auf der Grundlage der in ihnen enthaltenen Radionuklide, deren Zerfallsprodukte oder der Isotopenzusammensetzung.

Bei organischen Stoffen kann die C-14-Methode angewendet werden.

Titanium ist ein glänzendes, luftbeständiges Leichtmetall das überwiegend Verbindungen mit der Oxidationszahl IV (4. Nebengruppe) bildet. Titanium wird meist aus Ilmenit (FeTiO₃) gewonnen, wobei das als Zwischenprodukt gebildete TiCl4 metallothermisch in das Metall übergeführt wird. Es ist ein wertvoller schlagzäher Werkstoff (Triebwerke) und Legierungsbestandteil (Titanstahl). Titan(IV)-oxid ist ein wichtiges Weißpigment. Verbindungen mit Bor, Kohlenstoff und Stickstoff werden als Hartstoffe verwendet.

Uranium, das bekannteste (3.) Element der Gruppe der Actinoide, ist ein radioaktives, silber-weißes, dehnbares Schwermetall. Es gehört nicht zu den seltenen Elementen. Am häufigsten tritt Uranium in den Oxidationsstufen VI (z. B. Na₂U₂O₇ * 6 H₂O, gelb) und IV (z. B. UO₂, schwarzbraun; UF₄, grün) auf. Auch U(III)-Verbindungen (UF₃, schwarz) sind bekannt. Das Metall überzieht sich an der Luft mit einer braunen Oxidschicht. In verdünnten Mineralsäuren ist es löslich. Uranium-Verbindungen sind toxisch.

Die Herstellung des Metalls erfolgt metallothermisch. Für Spaltprozesse ist das Isotop ²³⁵U bedeutsam, das je nach Verwendung des Uraniums z. B. mit Gaszentrifugen (Verwendung des leichtflüchtigen UF₆) angereichert wird.