Die Chemie beschäftigt sich mit den Eigenschaften von Stoffen

Einige Stoffe um uns herum sind Feststoffe. Manche sind härter als andere. Einige Stoffe sind hingegen Flüssigkeiten. Oder Gase. Manche Stoffe reagieren leicht mit anderen.

Während andere Stoffe stabil sind. Warum ist das so? Warum haben verschiedene Stoffe unterschiedliche Eigenschaften? Chemie ist ein Wissenschaftsgebiet, das versucht, genau diese Frage zu beantworten. Dafür müssen wir die meiste Zeit sehr weit in die Stoffe hereinzoomen.

Dort betrachten wir die Atome der Stoffe. Hier sind einige Eisenatome. Sie sind fest miteinander verbunden – sie haben starke chemische Bindungen gebildet. Beim Versuch, die Atome zu bewegen, ziehen die Bindungen sie zurück. Eisen ist ein hartes Material.

Erwärmen wir das Eisen, bewegen sich die Atome stärker. Aber ihre Position verlassen sie immer noch nicht. Eisen ist ein Feststoff – selbst bei mehreren hundert Grad Celsius. Es braucht über tausend Grad, damit die Atome anfangen, ihren Platz zu verlassen – und das Eisen schmilzt. Vergleiche das mit diesem Stoff – Kohlenstoffatome und Wasserstoffatome in langen Ketten.

Der Stoff, den wir hier vor uns haben, ist eine Art Plastik – wie das Material eines Strandballs. Jede Atomkette – jedes Molekül – wird durch starke Bindungen zusammengehalten. Allerdings sind die Moleküle nicht ganz so fest aneinander gebunden. Sie können aneinander gleiten. Dieser Kunststoff kann seine Form ändern – er ist weich.

Bei Raumtemperatur ist er ein Feststoff. Aber es reicht, ihn nur ein wenig zu erwärmen,... ...damit die Moleküle beginnen, sich überall zu bewegen – der Kunststoff ist geschmolzen. Sind die Bindungen zwischen den Molekülen schwach, wandelt sich der Stoff bei einer niedrigeren Temperatur in eine Flüssigkeit um. Schauen wir uns ein Gas an. Dies ist ein Gemisch aus Wasserstoff und Sauerstoff.

Die Atome im Wasserstoff sowie im Sauerstoff kommen in Zweierbindungen. Die Bindungen zwischen den Atomen sind in jedem Molekül stark. Zwischen den Molekülen sind die Bindungen indes sehr schwach – fast nicht vorhanden. Die Moleküle können frei herumfliegen – sie sind gasförmig. Wasserstoff und Sauerstoff haben die Eigenschaft, leicht miteinander reagieren zu können – sie sind reaktionsfreudig.

Wenn Stoffe reagieren, werden ihre Atome auf neue Weise miteinander verbunden. Wasserstoff und Sauerstoff sind so reaktionsfreudig, weil die Atome sehr gerne ein neues Molekül bilden wollen: Wasser. Der Kunststoff im Strandball ist auch reaktionsfreudig, wenn er genug erwärmt wird. Plastik kann brennen – die Atome bilden dann neue Bindungen mit den Sauerstoffatomen in der Luft. Die Atome in diesen Steinen reagieren hingegen nicht.

Sie sind zufrieden mit den Bindungen, die sie bereits haben. Warum ist Eisen ein harter Stoff und Plastik hingegen weich? Warum haben Eisen und Steine hohe Schmelzpunkte und Plastik hingegen einen Niedrigen? Warum sind Wasserstoff und Sauerstoff bei Raumtemperatur Gase, und warum sind sie so reaktionsfreudig? Und warum reagiert der Strandball – anders als Steine – mit dem Sauerstoff in der Luft, wenn er erwärmt wird?

All das hat damit zu tun, wie die Atome der Stoffe miteinander verbunden sind. Die chemischen Bindungen zwischen den Atomen sowie die Stärke dieser Bindungen beeinflussen die Eigenschaften. Und genau darum geht es in Chemie: Was sind die Eigenschaften der Stoffe und wie reagieren sie miteinander?