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Einige Größen in der Natur haben einen bestimmten, festen Wert, der im Laufe der Zeit immer genauer bestimmt worden ist. Man nennt solche Größen auch Naturkonstanten. Typische Beispiele für solche Naturkonstanten sind die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum als die größtmögliche in der Natur auftretende Geschwindigkeit, der absolute Nullpunkt der Temperatur als die tiefstmögliche Temperatur oder die AVOGADRO-Konstante als die Anzahl der Teilchen, die in einem Mol eines Stoffes enthalten sind.

Atome sind die kleinsten Bausteine der Stoffe. Sie lassen sich mit chemischen Methoden nicht weiter zerlegen.
Ein Atom besteht aus einem massereichen Atomkern mit elektrisch positiv geladenen Protonen und neutralen Neutronen, sowie einer fast masselosen Atomhülle mit elektrisch negativ geladenen Elektronen.

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.

Atommodelle sind alle Vorstellungen über den Aufbau der Atome, insbesondere über die Struktur der Atomhülle. Historisch bedeutsame und sehr anschauliche Atommodelle sind das rutherfordsche Atommodell und das bohrsche Atommodell. Moderne Atommodelle sind dagegen sehr komplex und müssen mit mathematischen Funktionen beschrieben werden.

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.

Ionen sind elektrisch geladene Teilchen, aus denen salzartige Stoffe aufgebaut sind. Sie entstehen dadurch, dass aus der Atomhülle eines zuvor neutralen Atoms Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden. Durch Elektronenabgabe oder Elektronenaufnahme entsteht im Vergleich zum elektrisch positiv geladenen Atomkern ein Ladungsüberschuss oder ein Ladungsmangel.

Negativ geladene Ionen heißen Anionen, positiv geladene Ionen Kationen.