Grundlagen der Chemie: Elemente, Moleküle und Bioelemente

Grundlagen der Chemie: Elemente, Verbindungen und Materie

Definitionen

Elemente und Verbindungen

Elemente sind Stoffe, die aus einer einzigen Art von Atomen bestehen.

Verbindungen entstehen durch die Gruppierung der Atome verschiedener Elemente.

Chemische Bausteine des Lebens: Bioelemente

Bioelemente sind die chemischen Elemente, aus denen Lebewesen aufgebaut sind.

Makroelemente (Häufigste Bioelemente)

Die häufigsten Arten sind: C, H, O, N, Ca, P, Mg, S, Na, K und Cl. Sie machen über 99% der Masse dieser Lebewesen aus.

Spurenelemente (Unentbehrliche Mikronährstoffe)

Diese Elemente sind nur in sehr geringen Mengen vorhanden (ca. 0,1%), sind aber für alle Lebewesen unentbehrlich. Beispiele sind: Zn, Fe, Mn, F, I, Cu und Co.

RDA (Empfohlene Tagesdosis)

Die RDA (Recommended Dietary Allowance) ist die empfohlene Menge eines Nährstoffs, die eine gesunde Person im Durchschnitt täglich zu sich nehmen sollte, um eine gute Gesundheit zu gewährleisten.

Formen der Materie

Isolierte Atome (Edelgase)

Die Elemente der Gruppe 18 sind die Edelgase. Bei atmosphärischer Temperatur liegen sie als Gase vor, deren Teilchen isolierte Atome sind. Ihre chemische Formel entspricht dem chemischen Symbol jedes Gases: He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn.

Moleküle und Schmelzpunkte

Ein Molekül ist eine Gruppierung von Atomen, die entweder zum gleichen Element oder zu verschiedenen Elementen gehören können. Es ist der kleinste Teil eines Stoffes, der seine chemischen Eigenschaften behält. Eine molekulare Substanz ist die Ansammlung dieser Moleküle.

Die Schmelzpunkte molekularer Substanzen hängen von der Stärke der Bindungen ab:

• Schwache Bindungen: Der Stoff wird leicht gasförmig (niedriger Schmelzpunkt).
• Starke Bindungen: Der Stoff wird zu einer festen Substanz (hoher Schmelzpunkt).
• Intermediäre Bindungen: Der Stoff liegt bei Raumtemperatur flüssig vor.

Kristalle und ihre Typen

Ein Kristall ist eine Form der Materie, deren Teilchen perfekt in einer internen Struktur angeordnet sind, die sich in drei Richtungen erstreckt.

Typen von Kristallen:

• Ionische Kristalle: Bestehen aus Ionen (positiv: Kationen und negativ: Anionen).
• Kovalente Kristalle.
• Metallische Kristalle: Bestehen aus Metallkationen, die von einer Wolke freier Elektronen umgeben sind.

Organische und Anorganische Chemie

Organische Verbindungen (Kohlenstoffbasis)

Kohlenstoff bildet die meisten Verbindungen in Lebewesen. Aus diesem Grund werden Kohlenstoffverbindungen als organisch bezeichnet.

Anorganische Verbindungen

Der Rest der Verbindungen wird als anorganisch bezeichnet, da sie hauptsächlich in der unbelebten Welt vorkommen. Einige anorganische Verbindungen sind jedoch auch in Lebewesen vorhanden, wie zum Beispiel Wasser oder Natriumchlorid.

Makromoleküle und Synthetische Verbindungen

Organische Verbindungen bestehen in erster Linie aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Der Teil der Chemie, der organische Verbindungen untersucht, wird als Organische Chemie bezeichnet.

Es gibt organische Verbindungen, die durch die Verknüpfung kleiner Moleküle zu sehr großen Molekülen entstehen; diese nennt man Makromoleküle. Dazu gehören:

• Proteine
• Fette
• Kohlenhydrate
• Nukleinsäuren

Die Funktion eines Moleküls hängt nicht nur von der Anzahl der Atome ab, die es bilden, sondern auch davon, wie diese miteinander verbunden und im Raum angeordnet sind. Wenn diese Verbindungen künstlich im Labor hergestellt werden, spricht man von synthetischen Verbindungen.