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Stoffe, deren Teilchen aus der gleichen Art und Anzahl von Atomen bestehen, können durchaus verschiedene Eigenschaften aufweisen. Bei gleicher Summenformel kann nämlich die Anordnung der Atome, die Struktur der sogenannten Isomere verschieden sein. Man unterscheidet zwischen mehreren Formen der Isomerie, die nicht nur Auswirkungen auf physikalische Eigenschaften, sondern auch auf das chemische Reaktionsverhalten hat.

Der Kaffeebaum, der ursprünglich in Äthiopien beheimatet ist, wurde bereits um 1400 n. Chr. in den terrassenförmigen Gärten des Jemen angebaut. Von hier aus gelangte der Kaffee nach Mekka und von dort in die gesamte Welt.
Der Siegeszug des Getränks ist nicht nur seinem Geschmack, sondern auch seiner anregenden Wirkung zu verdanken, die auf den Inhaltsstoff Koffein zurückzuführen ist. Koffein ist ein Alkaloid, das das Zentralnervensystem stimuliert und für eine bessere Durchblutung des Großhirns sorgt. Allerdings macht Koffein abhängig und schädigt in größeren Mengen die Gesundheit. Die letale Dosis liegt für Menschen zwischen 5 und 30 Gramm reinen Koffeins.

* 07.09.1829 in Darmstadt
† 13.07.1896 in Bonn

FRIEDRICH AUGUST KEKULE VON STRADONITZ wurde als KEKULE bekannt. Er erforschte die Bindungen des Elements Kohlenstoff, entwickelte die Theorie der Vierwertigkeit des Kohlenstoffes und ergänzte diese mit seiner Theorie von der Kettenform der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung. Berühmt wurde KEKULE durch die Hypothesen zur Struktur des Benzols (heute Benzen). In diesem Zusammenhang entwickelte er die Oszillationshypothese.

Die Keto-Enol-Tautomerie ist eine spezielle Form der Isomerie. Die Isomerisierung ist eine Gleichgewichtsreaktion, bei der ein Proton vom $\alpha$-Kohlenstoffatom des Keton zum Sauerstoffatom der Keto-Gruppe wandert. Die C=O-Doppelbindung wird aufgelöst und dafür eine C=C-Doppelbindung zwischen dem $\alpha$-Kohlenstoffatom und dem Kohlenstoffatom der Keto-Gruppe gebildet. Keton und Enol sind Konstitutionsisomere.

Kohlenhydrate gehören zu den Naturstoffen und sind organische Moleküle, die Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten. Wasserstoff und Sauerstoff sind meist in Form von Hydroxy-Gruppen (OH-Gruppen) an die Kohlenstoffatome gebunden, sodass man die Kohlenhydrate auch als Polyalkohole betrachten kann. Sie verfügen jedoch oft über weitere funktionelle Gruppen, die die Eigenschaften der Kohlenhydrate maßgeblich mitbestimmen.
Die Klasse der Kohlenhydrate stellt die Energiequelle des Lebens dar, weil durch ihren Abbau – unabhängig von Mensch, Tier oder Pflanze – Energie freigesetzt wird. Damit werden entweder Lebensvorgänge aufrechterhalten oder lebensnotwendige Substanzen innerhalb des Körpers gebildet. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Glucose (Traubenzucker), die u. a. bei der Fotosynthese durch $C{O}_2$-Assimilation entsteht.

Das explosionsartige Anwachsen des chemischen Wissens hat in der organischen Chemie zu einer fast unübersehbaren Anzahl neuer Verbindungen und Verbindungsklassen geführt, deren systematische Benennung immer dringender wurde. Deshalb wurden von der IUPAC Regeln für eine systematische Nomenklatur entwickelt, die heute für Publikationen allgemein verbindlich sind. Demgegenüber stehen immer noch viele Trivialnamen, von denen einige in die IUPAC- Nomenklatur mit eingegangen sind.

* 26.08.1743 in Paris
† 08.05.1794 in Paris

ANTOINE LAURENT DE LAVOISIERs größte Verdienste liegen in der Begründung der antiphlogistischen Chemie sowie in seiner Wegbereiterrolle für die Thermochemie. Ihm gelang erstmalig, nacheinander die Zerlegung und Synthese von Wasser durchzuführen. Er definierte die Begriffe Base, Element und Säure neu und schuf die Begriffe Sauerstoff und Radikal. Seinen Lebensunterhalt verdiente er u. a. als Mitglied der Gesellschaft für Generalsteuerpächter. Das kostete ihn später buchstäblich den Kopf. Seiner Verurteilung zum Tode unter der Herrschaft der Jacobiner folgte die Hinrichtung 1794 durch die Guillotine.

* 23.10.1875 in Weymouth,
† 23.03.1946 in Berkeley

GILBERT NEWTON LEWIS widmete sich hauptsächlich der Thermodynamik, für deren Verbreitung er in den USA sorgte. Zu seinen großen Leistungen zählen die Erstellung des kubischen Atommodells, die Entwicklung der Valenztheorie sowie die Herstellung des fast reinen schweren Wasserstoffs. Daneben widmete er sich einer Reihe anderer Aufgaben.

Salzsäure hat als Magensäure in diesem Verdauungsorgan wichtige Funktionen. Chemisch gesehen handelt es sich bei der Salzsäure um eine sehr starke Säure. Sie ist ätzend und reagiert mit vielen Stoffen, beispielsweise mit unedlen Metallen. Aber auch organische Substanz werden angegriffen. Ein Schluck aus einer Salzsäureflasche hätte gefährlichen Folgen für den Betroffenen! Wie gelangt so eine ätzende Substanz in unseren Magen und warum wird er nicht zerstört?

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.

Oxidationszahlen sind formale Größen zur Beschreibung von Redoxreaktionen. Sie werden in römischen Ziffern über die Elementsymbole geschrieben. Die Änderung der Oxidationszahlen ist das charakteristische Merkmal von Redoxreaktionen.
Für die Bestimmung der Oxidationszahlen gibt es einfache Regeln. Bei komplexeren Verbindungen oder Teilchen ermittelt man die Oxidationszahlen der Atome anhand der Lewis-Formel, indem man formal eine heterolytische Bindungsspaltung durchführt.

Das 18. Jahrhundert ist aus chemischer Sicht das Jahrhundert der Verbrennungstheorien und in den ersten 75 Jahren geprägt durch die „Phlogistontheorie“. Obwohl diese durch LAVOISIER 1777 eindeutig widerlegt wurde, trug sie wesentlich zur Weiterentwicklung der Chemie bei. In ihrem Bestreben, das Phlogiston nachzuweisen, entdeckten die Forscher 20 neue Elemente, darunter Sauerstoff und Chlor, sowie eine Vielzahl neuer Verbindungen. Experimentelle Techniken wurden weiterentwickelt und die Chemie zunehmend in den Dienst der sich entwickelnden Industrie gestellt. Vor allem aus ökonomischen Gründen lehnten die Phlogistiker die Alchemie ab und stellten sich neue, rationale Ziele.
Zu Beginn der industriellen Revolution wurden auch die ersten großtechnischen chemischen Verfahren entwickelt, z. B. zur Produktion von Schwefelsäure oder zur Fabrikation von Rübenzucker.
LAVOISIER erkannte die Rolle des Sauerstoffs bei der Verbrennung, Atmung und Gärung und entwickelte die erste wissenschaftlich fundierte Theorie der Oxidationsprozesse. Mit seinen Arbeiten bestätigte er das Gesetz der Erhaltung der Masse, begründete die Verbrennungsanalyse und schuf wichtige Voraussetzungen für die Entwicklung der klassischen Chemie.

Der pH-Wert ist ein Maß für die Konzentration von Wasserstoff-Ionen bzw. Hydronium-Ionen in einer Lösung. Der Zahlenwert gibt die Konzentration als negativen dekadischen Logarithmus an. Je weniger Wasserstoff-Ionen in einer Lösung vorhanden sind, desto größer ist der pH-Wert. Saure Lösungen weisen einen pH-Wert von weniger als 7,0 und basische Lösungen einen pH-Wert über 7,0 auf.
Der pH-Wert von Lösungen lässt sich durch verschiedene Näherungsgleichungen aus der Ursprünglichen Konzentration einer Säure bzw. einer Base berechnen.

Die Energie zum Antrieb von Raketen kann über Redoxreaktionen gewonnen werden. Allen festen oder flüssigen Raketentreibstoffen liegt ein gemeinsames Prinzip zugrunde: Im Ergebnis stark exothermer Redoxprozesse werden sehr heiße, gasförmige Reaktionsprodukte gebildet. Die bei sehr hohen Temperaturen aus der Raketendüse austretenden Gase bewirken einen Schub entgegen ihrer Austrittsrichtung (Aktion = Reaktion) und treiben so die Rakete an.

Redoxgleichungen müssen wie alle Reaktionsgleichungen die Gesetze der Erhaltung der Masse und der Ladung erfüllen. Die herkömmliche Verfahrenweise zum Aufstellen von Reaktionsgleichungen ist jedoch bei komplexen Redoxreaktionen sehr zeitraubend und führt häufig zu Fehlern. Deshalb geht man beim Einrichten von Redoxgleichungen nach folgendem Schema vor:

Redoxreaktionen sind Reaktionen, bei denen eine Elektronenübertragung stattfindet. Sie lassen sich in zwei Teilreaktionen zerlegen: Die Reduktion, die eine Elektronenaufnahme ist, und die Oxidation, bei der es sich um eine Elektronenabgabe handelt. Beide Teilschritte laufen immer gleichzeitig ab, und es werden ebenso viele Elektronen aufgenommen wie abgegeben.

In allen Bereichen unseres Lebens begegnen wir Redoxreaktionen. Das fängt in den Organismen an, in denen Redoxreaktionen die Grundlage des Lebens darstellen, so handelt es sich beispielsweise bei der Atmung und der Fotosynthese um Redoxprozesse.
In der Industrie beruht die Herstellung vieler Produkte wie Schwefelsäure, Ammoniak und Salpetersäure oder verschiedenster organischer Stoffe auf Redoxreaktionen.
Zur Energiegewinnung werden fossile Energieträger verbrannt, d. h. sie werden oxidiert, wobei Luftsauerstoff reduziert wird.
Wichtige Reaktionen zur Gewinnung von Metallen, in der Lebensmittelindustrie oder in der chemischen Analytik sind ebenfalls Redoxreaktionen.

Redoxreaktionen sind Gleichgewichtsreaktionen. Sind an ihnen Oxonium- oder Hydroxid-Ionen beteiligt, wirken sich Änderungen an deren Konzentration und somit Änderungen des pH-Werts auf die Lage des chemischen Gleichgewichts aus.
Je nach pH-Wert verändert sich das Redoxpotenzial eines korrespondierenden Redoxpaars, was mithilfe der nernstschen Gleichung berechnet werden kann.

Fast alle Metalle sind so unedel, dass sie in der Natur nicht elementar, sondern in Form ihrer Erze, z. B. als Oxide oder Sulfide vorliegen. Durch Anwendung bestimmter Verfahren können die Metalle aus ihren Erzen gewonnen werden. So wird beispielsweise Blei in einem Röstreduktionsverfahren aus dem sulfidischen Erz Bleiglanz gewonnen.

Sulfidische Erze sind außerdem als Rohstoff für die Schwefelsäuresynthese von Bedeutung. Aus ihnen werden – ebenfalls durch Röstprozesse – Schwefelverbindungen wie Metallsulfate oder Schwefeldioxid gewonnen, die sehr gut weiterverarbeitet werden können.

Eine Verbindung, die nach BRÖNSTED eine Base ist, ist auch im LEWIS-Konzept eine Base. Bei den Säuren umfasst die LEWIS-Definition jedoch eine wesentlich größere Klasse von Substanzen. Eine LEWIS-Säure muss ein unbesetztes Orbital haben, das mit dem Elektronenpaar der Base besetzt werden kann.
LEWIS-Säuren sind in der Lage, Elektronenpaare aufzunehmen, sie sind Elektronenpaar-Akzeptoren. LEWIS-Basen sind in der Lage, Elektronenpaare zur Verfügung zu stellen, sie wirken als Elektronenpaar-Donatoren.
Nach der 1923 von GILBERT NEWTON LEWIS aufgestellten Säure-Base-Theorie wird das Proton selbst als Säure betrachtet.

Die quantitative Säure-Base-Titration ist eine wichtige Analysemethode im chemischen Labor, im Bereich der Umweltüberwachung und der chemischen Industrie. Sie kann sowohl zur Bestimmung der Konzentration starker als auch schwacher Säuren bzw. Basen eingesetzt werden. Dabei muss allerdings der unterschiedliche Verlauf der Titrationskurven beachtet werden. Dieser Verlauf ist u. a. wichtig für die Auswahl eines geeigneten Farbstoffs als Säure-Base-Indikator. Der Äquivalenzpunkt einer Säure-Base-Titration kann auch potenziometrisch oder konduktometrisch bestimmt werden.

Säuren sind dem Menschen schon lange bekannt. Schon 2000 v. Chr. verwendete man Essig zum Würzen von Speisen. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass diese Stoffe schon damals als Säuren angesprochen wurden, aber ihr saurer Charakter war bereits bekannt und geschätzt.
Die erste Definition der Säuren war wohl die nach dem Geschmack. Unsere Zunge spricht auf saure Stoffe an, das heißt etwas schmeckt „sauer“. Da man aber im chemischen Labor keine Stoffe kosten kann, ohne die Gesundheit zu gefährden, wurden Messgeräte entwickelt und der Begriff „Säure“ definiert. Die Definitionskriterien wandelten sich dabei im Laufe der Zeit.

Säuren sind in vielen Stoffen des Alltags vorhanden und haben eine große wirtschaftliche Bedeutung. Sie werden zum Beispiel zum Haltbarmachen von Lebensmitteln (Ascorbinsäure, Zitronensäure, Essigsäure) benötigt, sie sind in vielen Getränken enthalten (Weinsäure, Kohlensäure) oder können als Reinigungsmittel verwendet werden (Salzsäure zum Entkalken). Im Körper spielt die Magensäure eine wichtige Rolle. Selbst beim Autofahren kommt man nicht um Säuren herum, denn die Autobatterien enthalten etwa 40 %ige Schwefelsäure.

Säuren gibt es unter den anorganischen sowie unter den organischen Verbindungen. Sie sind Naturprodukte, oder werden in der chemischen Industrie hergestellt.

Säuren sind chemische Verbindungen, die in wässriger Lösung Protonen (Wasserstoff-Ionen) abgeben können. Sie haben eine ätzende Wirkung und bilden in Verbindung mit Basen entsprechende Salze. Säuren färben den Indikator Lackmus rot.
Sowohl in der chemischen Industrie als auch im täglichen Leben haben Säuren eine immense Bedeutung. Sie sind Bestandteil vieler Reinigungsmittel und sind als Ausgangsstoffe chemischer Synthesen, z. B. die Produktion von Düngemitteln, Baustoffen, Metallen und Kunststoffen unverzichtbar. Die Salzsäure ist als Bestandteil der Magensäure an der Verdauung beteiligt.
Weitere vielfältig verwendete anorganische Säuren sind die Schwefelsäure, die Phosphorsäure oder die Salpetersäure.

Die Stärke von BRÖNSTED-Säuren und -Basen ergibt sich ausschließlich aus der Lage des Protolysegleichgewichts. Je größer die Gleichgewichtskonstante $K_S$, desto stärker ist die Säure, je höher der Wert von $K_B$, um so stärker ist die entsprechende Base. In Abhängigkeit von ihren $K_S$- und $K_B-$Werten unterscheidet man zwischen sehr starken, starken, schwachen und sehr schwachen Säuren bzw. Basen.
Die Stärke von Säuren und Basen ist nicht gleichzusetzen mit ihrer aggressiven Wirkung. So ist z. B. die Flusssäure (HF), eine der reaktivsten Säuren, die sogar Glas angreift, nur eine relativ schwache Säure. Für die Säurestärke wird auch häufig der synonyme Begrif Acidität und für die Basenstärke der Begriff Basizität verwendet.