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Chemie - Chemie.

Publié le 10/06/2013

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Chemie - Chemie. 1 EINLEITUNG Chemie, im allgemeinen Sinn die Wissenschaft, die sich u. a. mit der Zusammensetzung, den Eigenschaften, dem Aufbau sowie der Herstellung von Stoffen beschäftigt. Ausgewählte Schwerpunkte der Chemie sind z. B. die Reaktionen und Umwandlungen von chemischen Elementen sowie ihrer Verbindungen. In diesem Zusammenhang untersucht man beispielsweise die Wechselwirkungen zwischen den Stoffen sowie die Einflüsse von Energie auf Stoffsysteme. Grundlage chemischer Reaktionen sind die Aufnahme, Abgabe und Verteilung von Elektronen zwischen Atomen und Atomverbänden bzw. Molekülen. Klassisch teilte man die Chemie in anorganische und organische Chemie auf. Insbesondere die Erkenntnisse im 19. Jahrhundert führten dazu, diese (veraltete) Teilung aufzugeben und weiter zu spezifizieren. Nach heutiger Sicht lässt sich die Chemie in eine große Vielzahl von Teildisziplinen einteilen, wobei zahlreiche Überschneidungen zwischen den Bereichen existieren. Neben anorganischer und organischer Chemie sind ausgewählte Beispiele: Analytische Chemie, Biochemie, Elektrochemie, Kolloidchemie, Lebensmittelchemie, makromolekulare Chemie (siehe Polymere; Kunststoffe), pharmazeutische Chemie (siehe Pharmazie), physikalische Chemie, technische Chemie und theoretische Chemie. Folgende Kapitel sollen die Geschichte der Chemie in groben Zügen wiedergeben. 2 FRÜHE ZEUGNISSE Zu den ältesten Fertigkeiten der Menschheit, die in gewisser Weise ,,chemische Grundkenntnisse" erfordern, zählt wahrscheinlich die Herstellung von Farbstoffen und Pigmenten (meist eisen- und manganhaltige Oxide; paläolithische Kunst). Die ältesten bisher bekannten Höhlenmalereien werden auf rund 32000 v. Chr. datiert (Altsteinzeit). Verschiedenen Untersuchungen zufolge (Verfahren zur Altersbestimmung) nutzte man zur Herstellung dieser Farbstoffe und Farbpigmente Holzkohle. Eine ebenfalls ,,alte Technik" ist die Töpferkunst, also die Erzeugung und Verarbeitung von Tonmineralien (siehe Keramik). Die ältesten bisher gefundenen Tonscherben entstanden während der Jungsteinzeit (etwa 6000 v. Chr.). Die ersten Metalle, die der Mensch zu bearbeiten wusste, waren Kupfer, Gold und Silber. Der Grund hierfür erscheint offensichtlich, weil diese Metalle in der Natur zum Teil in gediegenem Zustand, also in elementarer Form vorkommen. (In Fachkreisen wird die Verarbeitung von Kupfer als ältestes Metallhandwerk angesehen.) Die ältesten bisher bekannten Metallarbeiten stammen u. a. aus Mesopotamien, dem alten Ägypten und China (siehe Ägypten: Geschichte; China: Geschichte). Zwar erforderte die eigentliche Metallverarbeitung nicht unbedingt ,,chemisches Verständnis", aber es sollte nicht lange dauern bis die Menschen herausgefunden hatten, wie man metallische Erze (hauptsächlich Metalloxide und -sulfide) mit Holz oder Holzkohle schmilzt, um daraus die jeweiligen Metalle zu gewinnen. Auf diesem Wege war (wenn auch viel später) ein weiterer Werkstoff zugänglich geworden: das Eisen. Wann die Entdeckung der Eisenherstellung tatsächlich stattfand lässt sich historisch nicht mehr genau nachvollziehen (siehe Eisen und Stahl). Die ältesten Gegenstände aus Eisen stammen u. a. aus Ägypten (etwa 4000 v. Chr.) und Anatolien (etwa 3500 v. Chr.). Auf Grund verschiedener archäologischer Funde gehen Experten davon aus, dass die Gewinnung von Glas um 3000 v. Chr. in Ägypten bekannt war. Auch die Sumerer sollen nach Expertenvermutung bereits 3000 v. Chr. die Herstellung von Glas gekannt haben. Diese Annahme wird jedoch sehr kontrovers diskutiert; gesichert sind lediglich verschiedene Funde, die auf 1700 bis 1600 v. Chr. datiert wurden. Die Verwendung von Indigo zum Färben und Verzieren von Gewändern beherrschte man beispielsweise im alten Ägypten, in Indien und auch in Mexiko. Um den blauen Farbstoff für den eigentlichen Färbeprozess vorzubereiten, musste das aus dem Indigostrauch gewonnene Extrakt chemisch behandelt werden. Diese Reaktion bezeichnet man als Verküpung. Dabei handelt es sich um eine Reduktion des Indigos, der sich dadurch praktisch in eine wasserlösliche Form überführen lässt. Erst mit der so genannten Indigoküpe gelingt letztendlich die Färbung. Auf diesen in erster Linie durch Erfahrung gesammelten Kenntnisse konnten viel später die Griechen und Römer aufbauen. Natürlich erweiterten auch sie den Erfahrungsschatz über die Stoffe. Die ersten theoretischen Überlegungen, insbesondere über die Bestandteile der Stoffe, stammen von den Griechen. 3 GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE In der Zeit von Thales, etwa 600 v. Chr., entwickelten griechische Philosophen Gedanken über die physikalische Welt. Sie basierten eher auf logischen Erklärungen als auf Mythen. Thales selbst nahm an, sämtliche Materie sei vom Wasser abgeleitet. Seine Nachfolger entwickelten diese Theorie bis zu der Vorstellung weiter, dass die Welt aus vier Elementen zusammengesetzt ist: Erde, Wasser, Luft und Feuer. Nach Demokrit bestehen diese Elemente aus Atomen, also aus winzigen Teilchen, die sich im Vakuum bewegen. Andere, von denen besonders Aristoteles zu erwähnen ist, vertraten die Ansicht, die Elemente bildeten ein Massenkontinuum, und es könne somit kein Vakuum existieren (Kontinuum = lückenloser Zusammenhang). Die Atomtheorie verlor damit bei den Griechen an Bedeutung. Erst sehr viel später während der Renaissance kam diese Vorstellung wieder auf und bildete die Grundlage für die moderne Atomtheorie. Aristoteles zählt zu den einflussreichsten griechischen Philosophen. Seine Ansichten bestimmten die Naturphilosophie fast zwei Jahrtausende über seinen Tod im Jahr 323 v. Chr. hinaus. Er glaubte, die Natur bestehe aus vier Grundeigenschaften: Wärme, Kälte, Feuchtigkeit, Trockenheit. Die vier oben angeführten Elemente wären dann jeweils aus Paaren dieser Eigenschaften zusammengesetzt. Feuer z. B. sei heiß und trocken, Wasser kalt und feucht, Luft sei heiß und feucht und Erde kalt und trocken. Die mannigfaltigen Strukturen auf der Erde würden aus verschiedenen Anteilen der Elemente mit ihren Eigenschaften gebildet. Da es möglich sei, die Anteile der einzelnen Eigenschaften in einem Element zu verändern, könnten die Elemente ineinander umgewandelt werden. So kam die Vorstellung auf, dass materielle Substanzen, die ja aus den Elementen bestehen, umgewandelt werden könnten - aus Blei könnte beispielsweise Gold hergestellt werden. 4 ALCHIMIE: ENTWICKLUNG UND NIEDERGANG Die Theorien des Aristoteles verbreiteten sich relativ schnell. Besonders in Alexandria, dem geistigen Zentrum der Alten Welt, fanden seine Überlegungen großen Anklang unter den Gelehrten (etwa 300 v. Chr.). Die in der Erde vorkommenden Metalle, so die Vorstellung, strebten nach Vollkommenheit und würden auf diese Weise allmählich in Gold umgewandelt. Man glaubte an die Möglichkeit, in den Werkstätten diesen Prozess wesentlich schneller nachvollziehen und somit mindere Metalle in Gold verwandeln zu können. Diese Vorstellung herrschte ungefähr seit 100 n. Chr. vor. In unzähligen Abhandlungen wurde die Kunst der Transmutation beschrieben, die man später als Alchimie bezeichnete; abgeleitet von dem arabischen Begriff ch'mi: schwarz. Obwohl es niemandem gelang, Gold herzustellen, so wurden doch bei der Suche nach der Vervollkommnung der Metalle neue chemische Verfahren entwickelt. Etwa zur gleichen Zeit und wahrscheinlich unabhängig davon entwickelte sich in China die Alchimie auf ähnliche Weise. Man versuchte hier, ebenfalls Gold herzustellen, wenn auch nicht wegen seines Geldwertes...

« und gründeten in Edessa eine Universität.

Die Nestorianer übersetzten viele der philosophischen und medizinischen Schriften der Griechen ins Syrische.

Diese sollten unterden Gelehrten Verbreitung finden. Im 7.

und 8.

Jahrhundert hielt mit den maurischen Eroberern die arabische Kultur in weiten Gebieten Kleinasiens, Nordafrikas und Spaniens Einzug.

Die Kalifen von Bagdad(siehe Kalifat) wurden großzügige Förderer von Wissenschaft und Lehre.

Die syrischen Übersetzungen der griechischen Texte wurden abermals übertragen, diesmal ins Arabische.

Zusammen mit der verbliebenen griechischen Lehre wurden die Ideen und die praktische Umsetzung der Alchimie zu neuer Blüte gebracht. Durch Kontakte der arabischen Alchimisten zu China kam es zu einem Austausch der Ideen: über die vermeintlich heilende Wirkung des Goldes einerseits und diegriechische Auffassung von Gold als vollendetem Metall andererseits.

Man glaubte an die Kraft eines besonderen Mittels, des Steines der Weisen. Mit ihm erhoffte man, die Umwandlung zu erreichen.

Die Suche nach dem Stein der Weisen rückte in den Mittelpunkt der Alchimie.

Neben dem Wohlstand verhieß der Stein auch noch Gesundheit.Für die Alchimisten war das ein zusätzlicher Anreiz, chemische Prozesse zu untersuchen.

Das Studium von Chemikalien und Geräten brachte beständigen Fortschritt.Reagenzien wie die Ätzalkalien ( siehe Alkalimetalle) und Ammoniumsalze ( siehe Ammoniak) wurden entdeckt, und die Destillationsapparatur wurde ständig weiterentwickelt.

Bei einigen arabischen Rezepturen fand man Vorschriften, welche Mengen an Reagenzien eingesetzt werden sollten – eine frühe Erkenntnis, dass mehrquantitative Methoden notwendig waren.

Berühmte Werke aus dieser Zeit schrieben z.

B.

Abu Musar Dschabir Ibn Hajjan (latinisiert: Geber), Al-Razi und Abu Ali Ibn Sina(latinisiert: Avicenna). 4.2 Das späte Mittelalter Im 11.

Jahrhundert begann in Westeuropa ein großer geistiger Aufschwung, der teilweise durch den kulturellen Austausch zwischen arabischen und westlichen Gelehrten inSizilien und Spanien angeregt wurde.

Übersetzerschulen entstanden.

So verbreitete sich das griechische Wissen, vermittelt über die syrische und arabische Sprache.

Ambegehrtesten waren verständlicherweise die Abhandlungen über Alchimie. Es gab zwei Arten von Schriften: Die einen waren rein praktischer Natur, die anderen versuchten, Theorien über Naturgesetze auf alchimistische Probleme zu beziehen.

Zuden praktischen Themen gehörte die Destillation.

Da die Glasherstellung (besonders in Venedig) inzwischen weiter fortgeschritten war, konnte man weitaus bessereDestillationsapparaturen als die Araber bauen und damit auch flüchtigere Destillationsprodukte erfassen.

Auf diesem Wege wurden u.

a.

Alkohol und die MineralsäurenSalpetersäure, Schwefelsäure und Salzsäure ( siehe Chlorwasserstoff) isoliert.

Königswasser zählte ebenfalls zu den neuen Entdeckungen.

Diese Mischung aus einem Teil Salpetersäure und drei Teilen Salzsäure vermochte sogar Gold, den König der Metalle, aufzulösen.

Auch die Kunde von den Entwicklungen der Chinesen (Nitrate,Schießpulverherstellung) drang über arabische Gelehrte nach Europa.

In China wurde Schießpulver u.

a.

für Feuerwerkskörper verwendet.

Nach dem Bekanntwerden inEuropa – u.

a.

durch einen gewissen Bertholdus Niger (Berthold der Schwarze) – dauerte es nicht lange, bis man dieses „Schwarzpulver” für Waffen einsetzte.

Gegen Endedes 13.

Jahrhunderts gab es in Europa beachtliche chemische Technologien. Unter den alchimistischen Schriften, die aus Arabien kamen, befanden sich auch rein theoretische Manuskripte.

Viele davon waren mystisch verklärt und trugen wenig zurEntwicklung der Chemie bei.

Andere wiederum versuchten, die Transmutation vom physikalischen Standpunkt her zu erklären.

Die Materietheorien der arabischen Gelehrtenberuhten auf den Theorien des Aristoteles.

Ihre Gedankengänge waren aber präziser, besonders ihre Vorstellungen bezüglich der Zusammensetzungen der Metalle.

Sieglaubten, Metalle bestünden aus Schwefel und Quecksilber.

Nicht die bekannten Stoffe, sondern das „Prinzip” des Quecksilbers war es, das den Metallen Fließvermögenverleiht.

Das „Prinzip” des Schwefels verursacht die Brennbarkeit der Stoffe und die Korrosion der Metalle.

Chemische Reaktionen erklärte man dahin gehend, dass sich dieAnteile der Prinzipien bei Stoffumwandlungen verändern. 4.3 Die Renaissance Im 14.

und 15.

Jahrhundert nahm der Einfluss von Aristoteles auf alle Sphären der Wissenschaft ab.

Beim genauen Beobachten des Verhaltens der Materie entstandenZweifel an den relativ einfachen Erklärungen von Aristoteles.

Die Erfindung des Buchdruckes mit beweglichen Lettern um 1450 trug dann zur schnellen Verbreitung dieserZweifel bei ( siehe Drucktechniken).

Nach 1500 erschienen weitere zahlreiche alchimistische Arbeiten und Abhandlungen über Technologie.

Das Ergebnis dieses verbesserten Wissensstandes trat dann im 16.

Jahrhundert zutage. 4.3. 1 Die Entwicklung quantitativer Methoden Zu den einflussreichsten Büchern der damaligen Zeit gehörten praktische Werke über Bergbau und Metallurgie.

In diesen Abhandlungen wurde den Prüfungen der Erze aufihren verwertbaren Metallgehalt viel Platz eingeräumt.

Für derartige Arbeiten brauchte man eine Laborwaage und quantitative Methoden ( siehe chemische Analyse).

In diesem Zusammenhang sei die Abhandlung De Re Metallica von Georgius Agricola genannt, das erst nach seinem Tod veröffentlicht wurde (1556) und fast 200 Jahre als Standardwerk galt. Auch auf anderen Gebieten, besonders in der Medizin, wurde man sich der Notwendigkeit einer höheren Genauigkeit bewusst.

Die Ärzte, von denen auch einige zu denAlchimisten gehörten, mussten die exakte Masse oder das Volumen der verordneten Medikamente kennen.

Zur Bereitung von Arzneien griffen sie deshalb auf chemischeMethoden zurück. Die bekannten Methoden wurden von dem Schweizer Arzt Paracelsus zusammengefasst und wirksam weiterentwickelt.

Paracelcus war in einer Bergbauregion aufgewachsenund mit den Eigenschaften der Metalle und ihrer Verbindungen vertraut.

Er glaubte nicht an die Wirkung von Kräutermischungen, die von herkömmlichen Ärztenverschrieben wurden, sondern maß den chemischen Verbindungen eine höhere Bedeutung bei.

Den größten Teil seines Lebens lag er in heftigem Streit mit den Medizinernseiner Zeit.

Im Lauf der Zeit baute er die Iatrochemie auf (Verwendung chemisch hergestellter Arzneimittel).

Diese Wissenschaft gilt als Vorläufer der Pharmakologie. Paracelsus und seine Nachfolger entwickelten viele neue Verbindungen und chemische Reaktionen.

Er modifizierte die alte Schwefel-Quecksilber-Theorie von derZusammensetzung der Metalle, indem er noch eine dritte Komponente hinzufügte: Salz sollte der dritte Erdbestandteil aller Stoffe sein.

Die Erklärung lautete: Verbrenntman Holz, so „ist das, was brennt, Schwefel; das, was verdampft, ist Quecksilber; und das, was zu Asche wird, ist Salz”.

Nach der Schwefel-Quecksilber-Theorie warenbeide nur Prinzipien und keine materiellen Substanzen.

Seine Betonung auf brennbarem Schwefel beeinflusste die spätere Entwicklung der Chemie im positiven Sinne.

Dienach Paracelsus lebenden Iatrochemiker modifizierten einige seiner radikalen Ideen und stellten seine und ihre eigenen Rezepturen für die Herstellung chemischerMedikamente zusammen.

Am Ende des 16.

Jahrhunderts veröffentlichte Andreas Libavius dann seine Alchemia, die das iatrochemische Wissen seiner Zeit zusammenfasste und als erstes Handbuch der Chemie bezeichnet wird. In der ersten Hälfte des 17.

Jahrhunderts untersuchten einige Männer chemische Reaktionen experimentell.

Dies taten sie aber nicht, um sie nutzbringend für andereGebiete einzusetzen, sondern nur zu ihrem eigenen Vorteil.

Der Arzt Jan Baptista van Helmont – er verließ seine Praxis, um sich dem Studium der Chemie zu widmen –verwendete die Waage für ein überzeugendes Experiment: Er zeigte, dass eine bestimmte Menge Sand mit einem Überschuss an Alkali zu Wasserglas reagiert.

Wenn mandieses Wasserglas dann mit Säure behandelte, bildete sich wiederum die Ausgangsmenge Sand (Siliciumdioxid).

Er erkannte, dass bei chemischen Vorgängen die Stoffescheinbar zerstört werden und doch jeder „an Substanz nichts verleuret”.

Mit diesem Experiment legte er den Grundstein für das Gesetz der Massenerhaltung ( siehe Erhaltungssätze).

Bei Untersuchungen luftförmiger Stoffe prägte van Helmont die Bezeichnung Gas.

Damit war die Existenz einer neuen Stoffklasse mit eigenständigenphysikalischen Eigenschaften nachgewiesen. 4.3. 2 Wiederbelebung der Atomtheorie. »

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