Einführung

Was haben Ihr Frühstück, die Luft, die Sie atmen, die Weltmeere, ein Raketenstart, andere Planeten, unsere Sonne, das Buch beziehungsweise Tablet, auf dem Sie lesen, und sogar Sie selbst gemeinsam?

Die Chemie!

Alles besteht aus winzig kleinen Teilchen. Mit winzigen Teilchen und vor allem deren Umordnung in chemischen Reaktionen beschäftigt sich die Chemie. Menschen und Wissenschaftler versuchen mithilfe von Modellen, Vorgänge so genau wie möglich zu beschreiben und letztlich zum Beispiel im chemischen Kontext vorherzusagen, welche chemischen Reaktionen eintreten können. Das heißt, man möchte voraussagen können, was mit zwei Stoffen passiert, wenn man sie zusammengibt oder auch anzündet.

So handelt es sich bereits beim Anzünden einer Kerze um eine chemische Reaktion. Sie wissen, dass sich die Kerze nicht spontan von selbst entzündet, jedoch mit den richtigen Reaktionsbedingungen, hier einer Flamme, lässt sich die Verbrennung in Gang setzen. Nach dem Ingangsetzen brennt die Kerze ohne Ihr Zutun weiter, bis es keinen Brennstoff, also Wachs, mehr gibt.

Bei Verbrennungen handelt es sich allgemein um nichts anderes als chemische Reaktionen. Damit kommen wir zu einem scheinbar ganz anderen Thema: Raketenstarts. Auch beim Raketenstart spielt die Chemie eine wichtige Rolle, da der Treibstoff einer Rakete eine andere Form des Brennstoffs Wachs der Kerze ist. Prinzipiell laufen also beim Anzünden einer Kerze und beim Ins-All-Schießen einer Rakete ähnliche chemische Reaktionen ab. Es gibt natürlich ein paar kleine Unterschiede, da mit der Verbrennung von Kerzenwachs keine Tonnen von Material in den Weltraum geschossen werden können.

Da die Chemie des Raketenstarts anfangs noch etwas kompliziert ist, werden zunächst einfachere chemische Vorgänge an Beispielen wie eben der gerade genannten brennenden Kerze behandelt, um danach die gelernten Prinzipien auf komplexere chemische Reaktionen und Phänomene übertragen zu können.

Bevor Sie anfangen, sei noch an eines erinnert: Wenn Sie genau genug hinsehen, finden Sie wirklich überall Chemie – wir helfen Ihnen, die Chemie in allem zu entdecken.

Über dieses Buch

Sie wollen sich ein Grundlagenwissen in der Naturwissenschaft Chemie aneignen? Dann ist dieses Buch genau das richtige für Sie. Wir zeigen Ihnen auf eine einfache und verständliche Art und Weise, dass die Chemie keine unverständliche Wissenschaft ist, sondern auf einer überschaubaren Anzahl von Konzepten aufgebaut ist.

Unserer Meinung nach sind viele »schwierige« Chemieinhalte nur auf mangelndes Allgemeinwissen in der Chemie zurückzuführen beziehungsweise es ist nicht bekannt, wie man vorgehen muss, wenn man die Aufgabe lösen will. Sowohl allgemeine Informationen als auch Vorgehensweisen, um Probleme in der Chemie zu lösen, zeigen wir Ihnen in diesem Buch.

Deswegen eignet sich das Buch auch für Sie, wenn Sie sich auf eine Prüfung vorbereiten wollen, solange es sich um das Niveau der Sekundarstufe I handelt. Dies bedeutet in Deutschland alle Inhalte bis einschließlich der zehnten Klasse, unabhängig von der Schulart.

Wie man dieses Buch benutzt

Wenn Sie bei null anfangen, dann arbeiten Sie das Buch einfach von Teil I bis Teil V in der nummerierten Reihenfolge beginnend mit Kapitel 1 durch.

Wenn neue Formeln eingeführt werden, dann sind die Einheiten in eckigen Klammern hinter den jeweiligen Variablen angegeben. Dies soll eine bessere Übersichtlichkeit gewährleisten. Bei den Rechenaufgaben an sich werden die Einheiten nicht in eckigen Klammern angegeben.

Am Ende der jeweiligen Kapitel finden Sie Übungsaufgaben zu der Thematik aus dem gerade bearbeiteten Kapitel. Die detaillierten Lösungen zu den Aufgaben finden Sie im Anhang des Buches.

Sie können uns in einem Punkt vertrauen: Wenn Sie glauben, so etwas wie das Aufstellen von Reaktionsgleichungen oder das Lösen von Redoxreaktionen gemeistert zu haben, indem Sie das Buch gelesen haben, dann wird das in einer Prüfungssituation in der Regel nicht ausreichen. Woran liegt das? Weil Sie in der Chemie Aufgaben, Reaktionsgleichungen und Formeln, um eine kleine Auswahl zu nennen, per Hand gelöst haben müssen. Es ist ein nicht zu unterschätzender Unterschied, ob Sie eine Aufgabe im Geiste lösen oder die Lösung tatsächlich auf einem Blatt Papier notieren. Wir ermutigen Sie hiermit, alle Aufgaben und auch Vorgehensweisen separat auf einem Notizzettel oder Ihrem Tablet zu lösen beziehungsweise auszuprobieren. Dies ist besonders wichtig, wenn Sie sich mithilfe des Buches auf eine Prüfung vorbereiten.

Voraussetzungen

Was nicht im Buch enthalten ist, was Sie aber benötigen, wenn Sie alles im Buch durcharbeiten wollen, ist ein Taschenrechner, ein Stift und mehrere Blatt Papier oder als Alternative ein Tablet.

Wenn Sie sich gezielt für einen bestimmten Inhalt vorbereiten wollen, dann springen Sie einfach direkt zu diesem Abschnitt. Sollten dort weitere Informationen benötigt werden, ist dies mit Verweis auf die entsprechenden Kapitel vermerkt.

Sollten Sie das Buch einfach aus Interesse gekauft haben, dann bringen Sie alle Voraussetzungen, die Sie nur irgendwie benötigen können, bereits mit. Viel Erfolg beim Lesen und Lösen der Aufgaben.

Wie ist dieses Buch aufgebaut?

Das Buch gliedert sich in fünf große Teile. Die ersten vier Teile behandeln dabei die Grundlagen der allgemeinen Chemie und sind so aufgebaut, dass die Inhalte mit den leichtestmöglichen beginnen und kontinuierlich immer komplexer werden. So werden relativ spät die viel gefürchteten Redoxreaktionen behandelt, wenngleich sie in Wirklichkeit gar nicht so schwer sind. Wenn Sie nach diesen vier Teilen immer noch nicht genug von der Chemie haben, dann empfehlen wir Ihnen weiterführende oder vertiefende Inhalte beziehungsweise interessante Fakten aus der Chemie im letzten Teil des Buches.

Es folgt ein kurzer Überblick über die einzelnen Teile im Buch.

Teil I: Grundlagen der Chemie

Die Überschrift sagt es eigentlich schon, es geht um die vielen Gesichter und die fundamentalsten Grundlagen der Chemie und warum es sich überhaupt lohnt, sich mit Chemie zu beschäftigen.

Zunächst wird hier das Konzept der Teilchenebene eingeführt, das Sie benötigen, um die am Ende des Teils behandelten Reaktionsgleichungen sinnvoll bearbeiten zu können. Auf dem Weg zu den Reaktionsgleichungen rauschen Sie noch an dem Konzept des Atoms vorbei und lernen, wie man mit dem Periodensystem der Elemente arbeitet.

Teil II: Drei Arten, alle zu binden, und die Wechselwirkungen

An sich gibt es sechs Begriffe, denen Sie in diesem Teil begegnen werden und Sie werden vor allem lernen, diese voneinander abzugrenzen:

• Ionenbindung
• Metallbindung
• Atombindung
• Dipol-Dipol-Wechselwirkungen
• Wasserstoff-Brücken

• London-Dispersion-Wechselwirkungen

  Dieser Abschnitt im Buch behandelt, warum Stoffe oder Teilchen überhaupt zusammenhalten und welche Kräfte dabei eine Rolle spielen.

Teil III: Die großen Drei der allgemeinen Chemie

Dieser Teil beschäftigt sich mit drei Inhalten, die in der Regel sehr schöne Prüfungsaufgaben ausspucken und auch in der Praxis ihren Nutzen haben. Darüber hinaus erklären sie auch noch, wieso manche Reaktionen überhaupt stattfinden.

Zunächst wird dabei die quantitative Chemie behandelt, also die Möglichkeit, Berechnungen zu chemischen Reaktionen, die im Labor Anwendung finden können, durchzuführen. Dabei beginnen Sie mit der Masse der Atome und arbeiten sich über die Avogadro-Konstante, die molare Masse und das molare Volumen vor zu einem Zusammenhang, der über die Stoffmenge besteht.

Als Zweites kommt die Säure-Base-Chemie, ein mit vielen »Vokabeln« gespickter Abschnitt, der schwierigere Reaktionsgleichungen und Variationen davon, die Ionengleichungen, umfasst. Der Säure-Base-Abschnitt gipfelt in einer Erweiterung der Inhalte aus der quantitativen Chemie und dem dazugehörigen Verfahren, der Titration.

Der letzte der großen Drei sind die Redoxreaktionen. Diese werden in Oxidations- und Reduktionsgleichung unterteilt und treten bei einfachen Reaktionen wie der Salzbildung, aber auch bei Verbrennungen und der Elektrochemie auf. Die Letzteren erfordern, dass Redoxgleichungen nach einem vorgegebenen Schema aus mehreren Teilen gelöst werden müssen.

Teil IV: Die Welt der Kohlenstoffchemie

Auch Sie sind Teil der Kohlenstoffchemie, da die Moleküle, die Sie als Lebewesen auszeichnen, organischer Natur sind. Worum es sich bei der organischen Chemie handelt und welche Rolle dabei funktionelle Gruppen spielen, wird in diesem Teil behandelt.

Ein großer Anteil des Kohlenstoff-Teils wird sich mit der richtigen Benennung der vielen unterschiedlichen organischen Verbindungen beschäftigen. Angefangen mit einfachen, um ein Kohlenstoff-Atom länger werdenden Kohlenstoff-Wasserstoff-Verbindungen bis hin zu komplexen funktionellen Gruppen und deren Kombination.

Der letzte Abschnitt bietet einen Einblick in die Zucker, Fette, Proteine und Plastik. Richtig gelesen, Plastik gehört in den...