Hinweis: Dieser Artikel ist ein Beitrag zum ScienceBlogs Blog-Schreibwettbewerb 2015. Hinweise zum Ablauf des Bewerbs und wie ihr dabei Abstimmen könnt findet ihr hier. Informationen über die Autoren der Wettbewerbsbeiträge findet ihr jeweils am Ende der Artikel.
sb-wettbewerb
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Chemie ist alles und doch die Lehre des scheinbaren Nichts.
Während Physik der Baseballschläger sichtbar macht, Biologie und Co bei jedem Toilettengang sichtbar wird und beim Blick in den Sternenhimmel schon so mancher Astronom geboren wurde fristet die Chemie ein Schattendasein. Chemie teilt die Menschen oftmals in zwei Kategorien. Da sind die einen, die die Orbitale verehren und die anderen die bei der bloßen Erwähnung von Atomen Schüttelfrost bekommen.
Dabei bilden Atome die Basis aller Materie. Um sich aufzumachen den Mikro- und Makrokosmos rund um unser bescheidenes Dasein zu erforschen, sollte man stets ein gut sortiertes Basiswissen Chemie im Rucksack haben.
Die Chemie beschäftigt sich mit den Elementen und den unzähligen Verbindungen die diese bilden. Und diese Elemente sind überall.
Unser Körper, der Tisch an dem du sitzt, die Erde – jede Materie besteht aus Elementen.
Blickst du gerade auf einen Computerbildschirm? Silicium und Sauerstoff sind hierbei die überwiegenden Bausteine des Displays und Kohlenstoff und Wasserstoff wesentliche Bestandteile des Kunststoffrahmens.
Der Tag war schon lange? Einmal tief durchatmen! Und Schwupps sind schon Unmengen an Sauerstoff, Stickstoff und Argon auf dem Weg in deine Lunge.

Doch woher kommen all diese Elemente aus denen scheinbar alles um uns herum besteht?
Die Entstehung liegt schon einige Zeit zurück und geschieht doch laufend in den Weiten des Alls. Eben gerade jetzt entstehen Unmengen Tonnen an Material für neue Erden.
Um das zu verstehen betrachten wir kurz den Begriff des Elements.
Zerlegt man die Stoffe unserer Umwelt durch chemische (z.B. verbrennen) oder physikalische (z.B. zerbrechen) Verfahren, so gelangt man stets zu Bestandteilen, die sich nicht mehr in weitere Stoffe zerlegen lassen, ohne ihre stofflichen Eigenschaften zu verlieren. Diese übriggebliebenen Stoffe werden als Elemente bezeichnet.
In der Natur kommen 92 Elemente vor. Absolute Bio-Elemente sozusagen. Dabei handelt es sich um Stoffe wie Aluminium, Sauerstoff, Eisen, Helium, Kohlenstoff, Schwefel usw.
Alle Elemente, manche wurden auch künstlich hergestellt, findet man in einem eigenen Katalog, in dem auch noch diverse Eigenschaften zu den einzelnen Stoffen vermerkt sind. Diesen Katalog nennt man Periodensystem.

Warum sind die Elemente so wie sie sind? Maria Goeppert-Mayer hat dazu beigetragen, das zu verstehen. (Bild: Public Domain)

(Bild: Public Domain

Doch auch die Elemente bestehen aus kleinen Bausteinen.
Diese kleinsten Teilchen eines Elements die noch dessen Eigenschaften besitzen bezeichnet man als Atome. Die sind aber so unglaublich winzig, dass sie mit freiem Auge nur für so manchen Superhelden sichtbar sind.
Stell dir vor du hältst eine Handvoll Nägel aus dem Element Eisen. Dann befinden sich aus einer anderen Perspektive gesehen 100 000 000 000 000 000 000 000, also 1023, Eisenatome in deiner Hand. Dicht an dicht gereiht und auf ihre eigene Art verbunden bilden diese Atome, die man sich als kleine Kugeln vorstellen kann, die für uns sichtbaren Nägel.

Ein Atom wiederum besteht aus einem Kern und Schalen. Im vereinfachten sogenannten Bohrschen Atommodell stellt man sich den Kern im Zentrum vor, dieser wiederum besteht aus Protonen (positiv geladene Teilchen) und Neutronen (neutrale Teilchen). Dieser Kern wird wie die Sonne von den Planeten, von seinen Elektronen umkreist (negativ geladene Teilchen).

Bild: Michael Weinberger

Bild: Michael Weinberger

Die Atome eines bestimmten Elementes haben alle die gleiche Anzahl an Protonen. Wasserstoff hat immer ein Proton im Kern, Helium hat zwei Protonen im Kern und so weiter. Würde Helium ein Proton aus seinem Kern durch eine kleine Unachtsamkeit verlieren, wäre es nicht mehr Helium sondern Wasserstoff.
Ein Atom hat im „Normalzustand“ gleich viele Elektronen wie Protonen. Das heißt gleich viel + wie -. Diese Elektronen können in bis zu sieben Schalen aufgeteilt werden.
Das einfachste Element ist demnach Wasserstoff. Es besitzt nur ein Proton in seinem Kern und dieser wird von einem Elektron umkreist. Soweit so gut.
Aber zurück zum Anfang und der Frage wo die 92 Bio-Elemente jetzt eigentlich herkommen?
Am Anfang war ja nichts los. Das dafür aber nirgends und nie.
Dann brach die Hölle los. Die Uhr begann zu ticken und man hatte Platz eine aufzuhängen. Nach der anfänglichen Verwirrtheit bei ungemütlich hohen Temperaturen (also nach ca. 3min) kühlte das Universum auf für Atombestandteile erträgliche 1 Milliarde Kelvin ab.
Bei dieser Temperatur begannen die inzwischen durch die Gegend schwirrenden Protonen und Neutronen einfache Atomkerne zu bilden. Ca. 70% Deuterium und der Rest Helium, sowie Spuren von Lithium (ein Element, dessen Atome im Kern 3 Protonen aufweisen). Ansonsten lungerten noch einige Elektronen im expandierenden Raum herum. Die Situation war ihnen aber noch zu heiß um sich den Atomkernen zu nähern. Gut prüfe wer sich ewig bindet und daher dauerte es noch mal 700 000 Jahre bis sich die Elektronen und die Wasserstoff-, Helium- und Lithiumkerne zu vollwertigen Atomen verbanden.
Wer mitgezählt hat wird feststellen, dass uns noch 89 Elemente fehlen.
Doch jetzt geht’s erst so richtig los.
Die Anziehungskräfte untereinander und Unregelmäßigkeiten in der Verteilung der entstandenen Materie führten dazu, dass sich „Gasklumpen“ bildeten die immer schwerer wurden bis der Druck und die Temperatur in diesen Ansammlungen dazu führte, dass die Wasserstoffatome so stark zusammengedrückt wurden, dass vereinfacht gesagt aus sechs Wasserstoffatomen zwei Heliumatome entstanden. Doch damit nicht genug. Hätte man die beiden Wasserstoffatome vor dem Verschmelzen auf eine Waage gelegt und die Masse mit dem Heliumatom nach der Verschmelzung verglichen, hätte man festgestellt, dass bei dem Vorgang Masse verloren ging. Doch das Weltall verliert nichts. Die Masse wurde in Energie umgewandelt. Und das Ganze sieht dann ungefähr so aus:

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Kommentare (31)

  1. #1 Simon Deutschl
    8. September 2015

    Sehr schöner Text, gut geschrieben! Sehr angenehm zu lesen. Danke dafür!

  2. #2 Weinberger Michael
    8. September 2015

    Danke, das freut mich!

  3. #3 Erzblume
    8. September 2015

    Wow, hätte mir nur jemand in der Schule etwas SO beigebracht 🙂
    Sehr gut geschrieben, und für Chemie-N00bs wie mich super verständlich! Daumen hoch!

  4. #4 Weinberger Michael
    8. September 2015

    Freut mich, dass dir der Text gefällt! Chemie ist eine faszinierende Wissenschaft und kann so viel Spaß machen.
    Leider wird vielen bereits von der Grundschule her die natürliche Neugier für die Naturwissenschaften abgewürgt.

  5. #5 meregalli
    8. September 2015

    “Am Anfang war ja nichts los. Das dafür aber nirgends und nie”

    Herrlich, so stelle ich mir den Beginn einer modernen Genesis vor.

  6. #6 kaktus
    8. September 2015

    “100 000 000 000 000 000 000 000, also 1023”

    Da fehlt offenbar ein “hoch”

  7. #7 Hannegret Langenberg
    Uedem
    8. September 2015

    Danke, ein sehr schöner Beitrag.

  8. #8 Crazee
    8. September 2015

    Schöner Artikel, danke dafür. Für mich als regelmäßigen Freistetter-Konsumenten nicht viel neues, aber aus einer neuen Perspektive erzählt. Prima!

  9. #9 Emmygunde
    8. September 2015

    Ich sitze hier und grinse wie ein Honigkuchenpferd. Das war die perfekte Lektüre zum Kaffee, vielen lieben Dank! (Da spürt man die Begeisterung und die Freude an der Chemie, das hat mich mitgerissen. Mein inneres Kind schmollt, wünschte es sich doch solche begeisterten Lehrer, die im Stande sind, so fesselnd zu erzählen, das sich das gelernte wie von selbst im Kopf ablegt.)

  10. #10 Mr. MIR
    fsmosophica.org
    8. September 2015

    Sehr gut!

  11. #11 Mr. MIR
    8. September 2015

    … überhaupt die 92 Bio-Elemente. #Waldorfschulenlehrplan.

  12. #12 Proletheus
    8. September 2015

    Schöne Geschichte, schöne Bilder aber eben nur eine schöne Geschichte und schöne Bilder.
    Die Urknallhpothese im Gewand des Periodensystems.
    Mehr Chemie hab ich nicht gelesen. Wer das als Bildung betrachtet, sollte sich auf den Titel Miss Bildung bewerben. (kleiner Scherz)
    Wer Grundlagen Chemie anschaulich gemacht haben will, sollte sich alle Folgen davon anschauen:
    http://www.dailymotion.com/video/x27kcoy_chemie-01-atommodelle_school

    Wie gesagt schöne Geschichte, schöne Bilder, aber wer glaubt, kann auch in die Kirche um die Ecke gehen, da gibt es dann die Forsetzung.

  13. #13 Ursula
    8. September 2015

    @ Mr. MIR
    bei mir annodazumal in der Klosterschule waren’s 4 Elemente. Heutzutage glaub ich, sind die chinesischen 5 Elemente beliebter.
    Mit den Waldorfschulen kenn ich mich nicht so aus.
    Die 92 des Periodensystem find ich schon wesentlich interessanter.
    Sehr gut geschriebener Artikel. Grad richtig für so ein naturwissenschaftliches Schaf wie mich 😉

  14. #14 Weinberger Michael
    8. September 2015

    @meregalli tja, das Anfang gegen ein Ende ersetzen und man hat schon eine Optionwie das alles so ausgehen könnte. 😉

    @kaktus sollte natürlich 10²³ sein. Ging irgendwo unter. Und auch später von Deuterium zu schreiben ohne zu erklären was das jetzt wieder ist, sehe ich als kleinen Fehler an.

    @crazee danke trotzdem für dein Kommentar. Ich selbst bin ja auch immer froh wenn ich neue Erklärungsansätze oder Ideen der Vermittlung lese oder höre. Speziell in meinem Beruf ist das unbezahlbar.

    @emmygunde danke für dieses schöne Kompliment! Das war mein Ansatz für diesen Text. Schön das die Begeisterung für dich spürbar wurde.

    @Mr. MIR mit dem Bio im Namen könnte man ja glatt etwas verlangen für die Nutzung der Elemente im täglichen Gebrauch. 😉

  15. #15 Weinberger Michael
    8. September 2015

    @proletheus
    Danke für die Kritik.
    Grundsätzlich bieten unterschiedliche Medien natürlich unterschiedliche Möglichkeiten.
    Der Ansatz für meinen Text war es einerseits die Begeisterung für die Chemie zu wecken. Zu erreichen, dass man mehr erfahren will. Quasi zu hinterfragen wie es weitergeht?! Und das alles großteils nur mit Worten und den so entstehenden Bildern im Kopf.
    Andererseits in einfacher Art und Weise zu erläutern wo die Elemente des gefürchteten Periodensystems herkommen, wie der Begriff Element definiert ist und wie ein Atom nach dem Bohrschen Modell aufgebaut ist.
    Der Text stellt somit einen Einstieg in die Allgemeine Chemie(Atome, Moleküle, Bindungsarten, Bindungsklassen, …) dar.
    Viel zu oft wird vorausgesetzt, dass dies alles jedem bekannt ist. Weiters soll dieser Artikel als Ergänzung, in der Fülle der Möglichkeiten sich Wissen zur Thematik anzueignen, dienen. Inzwischen gibt es in der Welt der Blogs, Podcasts und Videos sehr viele tolle Alternativen und Ergänzungen zu Altbewährtem

  16. #16 Moss
    Ladenburg
    8. September 2015

    Schön geschrieben, und ja, hätte man mir damals im ersten Jahr am Gymnasium die Sache in der Art nahe gebracht, hätte ich vermutlich nicht die folgenden gut 20 Jahre Chemie für langweiliges Gepansche mit buntem Zeug und noch langweiligere ’rumrechnerei mit komischen Einheiten gehalten.

    Tatsächlich lese ich oben nur Physik, aber genau diese Sichtweise war es, die mir das Thema Chemie in der Mitte er 90er, beim Abiturnachholen, wieder näher gebracht hat. Außerdem wissen wir ja, dass alles Physik ist. 😛

  17. #17 kdm
    8. September 2015

    Nach Joni Mitchell und DeGrasse Tyson nun auch er noch (und zu Recht):
    Ja. wir sind Sternenstaub.

  18. #18 Benedikt
    8. September 2015

    Werde immer wieder gerne daran erinnert, warum ich Chemie für die genialeste Wissenschaft halte.

  19. #19 Hoffmann
    8. September 2015

    Ein schöner, flott geschriebener Text. An einigen Stellen allerdings etwas brüchig, wie z.B. an der Stelle, wo erwähnt wird, dass Wasserstoff das einfachste Atom darstellt und dann unvermittelt “zurück zum Anfang” und dem Entstehen der Elemente übergeleitet wird. Für jemanden, der zu den “vor den Atomen zitternden” gehört ist das jedoch eine recht passable Einstiegsgeschichte, die Lust auf Mehr macht. Daher gibt es von mir – einem der “Orbitale-Verehrer” – einen erhobenen Daumen!

  20. #20 UMa
    8. September 2015

    Schöner, gut geschriebener Artikel.
    Bei den 70% Deuterium bin ich hängen geblieben. Das ist zuviel. Es sind zum Glück noch 75% H-1, also Protonen, übrig geblieben. Deuterium, also H-2, aus einem Proton und eine Neutron, hat sich nur zu 0,01% gebildet. Protonen fusionieren sehr schwer, dagegen fusioniert Deuterium recht leicht weiter bis zu Helium-4.

  21. #21 Rüdiger Kuhnke
    München
    8. September 2015

    Super-Artikel! Ich unterrichte bei meinem früheren Arbeitgeber noch Azubis (Biolaboranten) in Chemie. Immer, wenn ich auf die wichtigen Elemente des Lebens zu sprechen komme, erzähle ich ihnen auch diese Sternenstaubgeschichte. Die sind immer ganz erstaunt.
    http://rkuhnke.eu/Elements%20of%20life.pdf

  22. #22 Dampier
    8. September 2015

    Eine gute Einführung in die Chemie. Hab schon einiges dieser Art mal gelesen, da kann dieser Artikel durchaus mithalten.

    Die Sternenstaub-Geschichte habe ich in der Schule auch nie gehört, das hab ich erst bei Hoimar von Ditfurth erfahren.

    Ein schönes Buch, das die Begeisterung für Chemie gut rüberbringt, ist ‘Onkel Wolfram’ von dem leider grad verstorbenen Oliver Sacks.

  23. #23 Weinberger Michael
    8. September 2015

    @all
    Danke für die positiven Kommentare. War ja ehrlich gesagt doch sehr aufgeregt wie das Feedback ausfallen wird.

    Danke auch für die Richtigstellung der korrekten Deuterium/Wasserstoffmengen.

    @kuhnke Freut mich das wir bei der Ausbildung auf ähnliche Themen setzen. Auch meine Lehrlinge, aber auch Erwachsene, staunen immer wieder über die Herkunft ihrer Bausteine. Hat es einen Grund warum die Präsentation in Englisch ist?

  24. #24 Weinberger Michael
    8. September 2015

    @dampier
    Danke für den Buchtipp. Hört sich toll an.
    Du meintest dieses hier oder? http://www.amazon.de/Onkel-Wolfram-Erinnerungen-Oliver-Sacks/dp/3499615347

  25. #25 Mafl
    8. September 2015

    Der Artikel hat mir sehr gefallen! Da Chemie in der Schule fast komplett durch mich durch gegangen ist, ohne Spuren zu hinterlassen, bin ich jetzt in höherem Alter genau auf der Suche nach solchen einfachen Einstiegen. Jedes Mal bleibt ein Bröckchen mehr hängen. Vielleicht meldest Du Dich ja noch mal, wenn mein Beitrag erscheint (25.9.).

  26. #26 Dampier
    8. September 2015

    Du meintest dieses hier oder?

    Jo. Hat mir sehr gut gefallen :]

  27. #27 Weinberger Michael
    8. September 2015

    @mafl danke! Versuche aufgrund meines Jobs möglichst einfache Erklärungen zu finden. Das ist nicht immer leich. Spiele seit geraumer Zeit mit dem Gedanken einen Podcast zur Thematik zu starten. Aber die Zeit…
    25.09 ist vorgemerkt. 8:00 oder 13:00? Bin gespannt.

  28. #28 Rüdiger Kuhnke
    München
    9. September 2015

    @Michael Englisch, weil sie aus einem längeren Vortrag ist, den ich vor ein paar Jahren auf englisch halten musste. Aber die paar Sätzchen verstehen die Azubis schon.

  29. #29 Nicole
    13. September 2015

    Der Artikel ist schön geschrieben. mir hat er gut gefallen. Und es stimmt, bei der chemie scheiden sich Geister. Entweder man liebt sie, oder man hasst sie. Dabei kann sie sehr faszinierend sein, wenn man ihr eine chance gibt!

  30. #30 Weinberger Michael
    17. September 2015

    @nicole
    freut mich, dass dir mein Beitrag gefallen hat.
    Die häufig anzutreffende Abneigung gegen die Chemie aus den Köpfen der Betroffenen zu bringen ist mein täglich Brot und ich lasse nichts unversucht. Un din so manchem konnte ich die Faszination wcken. Danke

  31. #31 Weinberger Michael
    17. September 2015

    Man sollte keine Kommentare verfassen wenn man gerade etwas in Hektik ist.
    Siehe oben. 😉