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Multiple-Choice-Test zum Thema „Chemie – Chemische Bindung und Wechselwirkungen zwischen Teilchen“.

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Bei der Verbrennung von Treibstoff im Zylinder eines Motors entstehen Auspuffgase, die Umweltschadstoffe enthalten. Um den Ausstoß der im Abgas enthaltenen Schadstoffe zu verringern, werden Katalysatoren eingesetzt.
Der Katalysator ist in den Auspuff eines Fahrzeugs eingebaut. Er besteht aus einem Keramikkörper, der von einem Blechmantel umgeben ist. Der Keramikkörper besitzt feine Kanäle in der Längsrichtung zum Auspuff.

Auf den mit Aluminiumoxid beschichteten Keramikkörper wird der eigentliche Katalysator, die Edelmetalle Platin, Rhodium und Palladium, aufgetragen.

Akkumulatoren (Akkus) sind wieder aufladbare elektrochemische Zellen. In ihnen ist elektrische Energie gespeichert. Sie sorgen als Spannungsquellen für den Antrieb in elektrischen Stromkreisen. Die Wirkungsweise von Akkumulatoren basiert auf elektrische Leitungsvorgänge in Flüssigkeiten und elektrochemische Reaktionen. Die erste Form eines Akkumulators wurde von JOHANN WILHELM RITTER im Jahre 1803 in Jena gebaut. Ein Akkumulator besteht aus 6 zusammen geschalteten gleichen Zellen.

* 384 v. Chr. in Stagira
† 322 v. Chr. in Chalkis

Er war ein griechischer Gelehrter der Antike, systematisierte das Wissen seiner Zeit, begründete u. a. die Botanik, die Zoologie, die Logik und das Staatsrecht als Wissenschaften. ARISTOTELES war ein universeller Gelehrter und einer der bedeutendsten Denker des Altertums. Er war Erzieher ALEXANDER DES GROSSEN.

Eine Stromquelle, die aus mehreren Monozellen besteht, nennt man elektrische Batterie. Batterien sind elektrische Quellen, in denen elektrische Energie gespeichert ist. Sie sorgen als Spannungsquellen für den Antrieb des elektrischen Stroms in Stromkreisen.
Monozellen und Batterien gibt es heute in verschiedenen Bauformen.
Zu den bekanntesten gehören die Zink-Kohle-Batterie und der Blei-Akkumulator, der als Autobatterie eine Rolle spielt.

* 20.08.1779 in Väversunda Sörgard (Schweden)
† 07.08.1848 in Stockholm

Auf JÖNS JAKOB BERZELIUS gehen viele der heute gebräuchlichen Symbole für chemische Elemente zurück. Daneben leistete er einen bedeutenden Beitrag zur Erforschung der organischen und anorganischen Chemie und entdeckte neue Elemente und Verbindungen. BERZELIUS widmete sich auch anderen Bereichen der Chemie. Besonders verdient machte er sich um die Ausbildung bedeutender Chemiker Europas.

* 20.02.1844 in Wien
† 05.09.1906 in Duino (heute Duino-Aurisina, bei Triest)

LUDWIG BOLTZMANN war ein österreichischer Physiker.
Er gilt als einer der Mitbegründer der kinetischen Gastheorie und fand die nach ihm benannte BOLTZMANN-Gleichung, indem er die Verteilung von Energie und Geschwindigkeit verschiedener Gasmoleküle ableitete. BOLTZMANN gilt als Begründer der Thermodynamik.
BOLTZMANN starb 1906 durch Selbstmord.

Die Brennstoffzelle ist ein Spezialfall eines galvanischen Elements, bei dem chemische Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt wird. Während sich bei Batterien und Akkumulatoren die an den chemischen Reaktionen beteiligten Materialien allmählich verbrauchen, werden bei der Brennstoffzelle die Ausgangsstoffe und Produkte der Reaktion kontinuierlich zu- und abgeführt. Betrieben wird sie häufig mit Wasserstoff und Sauerstoff. Anstelle von Wasserstoff können aber auch andere Brennstoffe genutzt werden. Ein einzelnes Element einer Wasserstoff-Brennstoffzelle liefert eine Gleichspannung von knapp einem Volt. Praktische Ausführungen arbeiten mit Hintereinanderschaltungen vieler solcher Elemente.
Das grundlegende Prinzip wurde bereits 1839 entdeckt. Intensive Forschungen zur technischen Nutzung begannen aber erst ab etwa 1960. Gegenwärtig ist die Entwicklung leistungsfähiger Brennstoffzellen ein Schwerpunkt der technischen Forschung.

In jeder Zelle finden hunderte von chemischen Reaktionen ab, die in ihrer Gesamtheit als Stoffwechsel (Metabolismus) bezeichnet werden. Um zu leben, benötigen alle Zellen ständig organische und anorganische Stoffe sowie chemische Energie. Zuständig für die Energiegewinnung der Zellen sind die Mitochondrien. Unter Mitwirkung von bestimmten Enzymen und Coenzymen gewinnen die Mitochondrien insbesondere aus Glucose (Traubenzucker) und Fettsäuren Energie für alle in der Zelle ablaufenden Vorgänge. Die Stoffwechselleistungen einer Zelle hängen deshalb entscheidend von ihrer Enzymausstattung ab, welche bereits genetisch festgelegt ist. Nach der Art, welche Ausgangsstoffe für die Energiegewinnung verwertet werden, unterscheidet man autotrophe und heterotrophe Organismen. Die Energie wird in Form von Adenosintriphosphat (ATP) gespeichert, so dass der Zelle stets ausreichend Energie zur Verfügung steht. Der wichtigste Weg zur ATP-Bildung ist die oxidative Phosphorylierung innerhalb der Atmungskette unter aeroben Bedingungen (Sauerstoffanwesenheit). Viele Organismen können unter anaeroben Bedingungen (Sauerstoffabwesenheit) auf ATP zurückgreifen, das in der Glykolyse entsteht. Diese Art der ATP-Bildung bezeichnet man als Gärung.

* 02.02.1822 in Köslin
† 24.08.1888 in Bonn

Er war ein deutscher Physiker, der als Professor in Zürich, Würzburg und Bonn tätig war. CLAUSIUS leistete wesentliche Beiträge zur Entwicklung der Thermodynamik. Insbesondere formulierte er als Erster den 2. Hauptsatz der Thermodynamik.

* 12.03.1790 in London
† 13.03.1845 in London

JOHN FREDERIC DANIELL entwickelte solche Geräte wie das Barometer, Hygrometer und Pyrometer. Große Anerkennung erfuhren seine Arbeiten zur Elektrolyse von Salzlösungen.

* 24.03.1884 in Maastricht
† 02.11.1966 in Ithaca (New York)

PETER DEBYE war einer der bedeutendsten Physiker und Physikochemiker des 20. Jahrhunderts. Er stammte aus den Niederlanden, emigrierte jedoch während des zweiten Weltkriegs nach den USA.

DEBYE befasste sich mit der Quantentheorie, der Wärmelehre und den Dipoleigenschaften von Molekülen. Er führte Röntgenstrukturuntersuchungen an Flüssigkeiten durch und maß Wellenlängen mittels Interferenzmessungen. 1936 erhielt DEBYE den Nobelpreis für Chemie.

Die beim Stromdurchgang durch einen Elektrolyten hervorgerufenen chemischen Veränderungen werden als Elektrolyse bezeichnet. Es erfolgt die direkte Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie.

Als Schutz vor Korrosion findet die Elektrotauchlackierung eine weite Verbreitung. Vor allem in der Autoindustrie benutzt man diesen Arbeitsgang als Korrosionsschutz für die Autokarosserien und deren Anbauteile.

Kein Organismus kann ohne Energie existieren. Wir müssen uns Energie durch Nahrungsaufnahme zuführen, Pflanzen nutzen die Energie des Sonnenlichts. Unsere technischen Geräte können ebenfalls nicht ohne Energie betrieben werden. Sowohl für Organismen als auch für die Funktionsfähigkeit der Geräte ist es wichtig, dass die Energie immer genau dann in ausreichender Menge zur Verfügung steht, wenn sie benötigt wird. Eine Voraussetzung dafür ist die Speicherung von Energie, die in Natur und Technik mithilfe verschiedenster Energiespeichersysteme realisiert wird.

Das Coenzym ATP ist in allen Zellen die wichtigste Form chemischer Energie. ATP ist die biochemische Batterie, in der die Energie aus den Nährstoffen gespeichert wird. Halbleer heißt diese Batterie ADP, ganz leer AMP.
Die gewonnene Energie ($\Delta G$) wird genutzt, um endergone Vorgänge wie Biosynthesen, Bewegungs- und Transportprozesse anzutreiben. Der größte Teil zellulären ATPs entsteht durch oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien oder Chloroplasten. Weit weniger ATP wird über die Anlagerung/Übertragung anorganischer Phosphatreste von organischen Molekülen auf ADP erzeugt. Die oxidative Phosphorylierung ist allerdings von der Anwesenheit von Sauerstoff abhängig (aerobe Bedingungen). Als oxydative Phosphorylierung bezeichnet man eine komplizierte Folge von chemischen Reaktionen, welche die Funktion haben, die chemische Energie, die bei der Oxidation eines Substrates mit Sauerstoff entsteht, in chemischer Form von ATP zu speichern. ATP ist also nicht nur Baustein der Nukleinsäuren, sondern auch der wichtigste Energieträger in der Zelle.

* 22.09.1791 in Newington-Butts
† 25.08.1867 in Hampton Court bei London

FARADAY war ein englischer Chemiker und Physiker. Er war viele Jahre Mitglied der „Royal Society“. Bedeutende Entdeckungen machte er auf verschiedenen Gebieten der Elektrizitätslehre und der Chemie. Er entdeckte u. a. die elektromagnetische Induktion, baute Urformen eines Elektromotors und eines Generators, entdeckte Gesetze der Elektrolyse und des Magnetismus. Er führte viele physikalische und chemische Fachbegriffe und das Feldlinienmodell in die Wissenschaft ein.

Der Begriff „Fließgleichgewicht“ wurde von dem österreichisch-kanadischen Biologen LUDWIG VON BERTALANFFY (1901-1972) erstmalig geprägt. Auch als dynamisches Gleichgewicht bezeichnet, beschreibt die Begrifflichkeit den Gleichgewichtszustand offener Systeme, wobei ein ständiger Austausch von Masse und Energie stattfindet. Im dynamischen Gleichgewicht sind alle am Stoffwechsel beteiligten Verbindungen in der nahezu gleichen Konzentration vorhanden.In einem Ökosystem beispielsweise hält der Energiefluss der Sonne die Stoffkreisläufe (Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf) in Gang. Auf organismischer Ebene bestehen Fließgleichgewichte durch Stoffaustausch zwischen einzelnen Organen eines Organismus und zwischen Organismen mit ihrer Umwelt. Auf molekularer Ebene stellen sich Fließgleichgewichte bei den biochemischen Reaktionsketten der Stoffwechselwege ein.

Für chemische Prozesse sind im Wesentlichen zwei Triebkräfte verantwortlich: Zum einen ist dieses die Energieänderung bei der Reaktion, beschrieben durch die Reaktionsenthalpie $\Delta H.$ Die andere ist die Tendenz, freiwillig von einem geordneten zu einem ungeordneten Zustand, welcher durch die Größe Entropie $\Delta S$ beschrieben wird, überzugehen. Die Kombination dieser beiden Größen zu einer neuen Größe, der freien Enthalpie $\Delta G,$ erlaubt es dem Chemiker, den Reaktionsablauf durch Wahl geeigneter Reaktionsparameter, wie Druck, Temperatur, Zusammensetzung in seinem Sinne zu beeinflussen. Die freie Standardreaktionsenthalpie ${\Delta }_R{G}^0$ verbindet die chemische Thermodynamik mit der Gleichgewichtskonstante K aus dem Massenwirkungsgesetz.

* 09.09.1737 in Bologna
† 04.12.1798 in Bologna

Er war Professor für Anatomie und Geburtshilfe in Bologna und entdeckte 1780 bei Untersuchungen über tierische Elektrizität die Grundlagen für die Schaffung neuartiger Stromquellen (galvanische Elemente, Batterien).

Galvanische Quellen (Galvanische Zellen) sind Vorrichtungen die aus einer Anode (minuspol), einer Katode (Pluspol) und einem Elektrolyt bestehen und die auf der Grundlage elektrochemischer Reaktionen (Reduktions-Oxidations-Prozesse) elektrische Energie liefern. Damit ist die Nutzung elektrischer Energie unabhängig vom elektrischen Festnetz möglich.

Das elektrochemische Abscheiden von dünnen Metallschichten wird als Galvanisieren bezeichnet.
Das Verfahren spielt eine große Rolle bei der Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Eisen und Stahl. Trotz seines Namens ist das Galvanisieren ein elektrolytischer Prozess und kann sowohl mit edleren als auch mit unedleren Metallen erfolgen.

* 11.02.1839 in New Haven (Connecticut)
† 28.04.1903 in New Haven (Connecticut)

JOSIAH WILLARD GIBBS war ein amerikanischer Mathematiker und Physiker. Mit der berühmten GIBBS- HELMHOLTZ- Gleichung, die er in Ergänzung zur HELMHOLTZ- Gleichung formulierte, fasste GIBBS den ersten und den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik zusammen.
Er schuf mit der freien Enthalpie und dem thermodynamischen Potenzial µ Zustandsgrößen, welche die chemische Affinität quantitativ beschreiben.

Eine wichtige Größe in der chemischen Kinetik ist die Halbwertszeit. Diese gibt an, nach welcher Zeit sich die Anfangskonzentration eines Ausgangsstoffes genau um die Hälfte verringert hat. Der Begriff wird in ähnlicher Weise in der Kernchemie benutzt. Bei kernchemischen Reaktionen ist die Halbwertszeit die Zeit, nach der von einem radioaktiven Nuklid die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Atome in andere Atome umgewandelt wurde.

* 07.08.1802 in Genf
† 30.11.1850 in St. Petersburg

HERMANN HEINRICH HESS, auch GERMAIN HENRI HESS oder russisch GERMANI IVANOVI HESS war ein in Genf gebürtiger russischer Chemiker.
Er forschte zur Elementaranalyse und über die mit chemischen Vorgängen verbundenen Wärmeänderungen.
Er fand durch experimentelle Arbeiten das HESS - Gesetz, auch Satz von HESS oder „Gesetz der konstanten Wärmesummen“ genannt.
Er entdeckte das „Gesetz der Thermoneutralität“, nach dem bei der doppelten Umsetzung von neutralen Salzen in wässriger Lösung keine Wärme entsteht, und gilt außerdem als Mitbegründer der Thermochemie. Nach HERMANN HEINRICH HESS ist das in Goldquarzgängen vorkommende Mineral Hessit benannt.