Chemische Trennbarkeit: Konzepte und Beispiele
Wir können die Teilbarkeit in der Chemie als eine Eigenschaft der Materie definieren, die es erlaubt, sie in kleinere Teile aufzuteilen (Miller, 1867).
Um das Konzept zu verstehen, können wir ein Beispiel geben. Wenn wir ein Brot nehmen und es immer wieder halbieren, werden wir dann jemals zu einem grundlegenden Block von Materie gelangen, der nicht mehr geteilt werden kann? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler und Philosophen seit Tausenden von Jahren.
Ursprung und Konzept der chemischen Teilbarkeit
Lange Zeit wurde darüber diskutiert, ob Materie aus Teilchen besteht (was wir heute als Atome bezeichnen). Die allgemeine Idee war jedoch, dass Materie ein Kontinuum ist, das geteilt werden kann.
Dieses verallgemeinerte Konzept ließ brillante Wissenschaftler wie James Clerk Maxwell (nach Maxwells Gleichungen) und Ludwing Boltzman (nach Boltzmans Verteilung) dem Wahnsinn und letztere dem Selbstmord zum Opfer fallen.
Im fünften Jahrhundert v. Chr. Verwendeten der griechische Philosoph Leucippus und sein Schüler Democritus das Wort Atome, um das kleinste einzelne Stück Materie zu bezeichnen, und schlugen vor, dass die Welt nur aus Atomen in Bewegung besteht.
Diese frühe Atomtheorie unterschied sich von späteren Versionen, da sie die Idee einer menschlichen Seele beinhaltete, die sich aus einer verfeinerten Art von Atomen zusammensetzt, die im ganzen Körper verteilt sind.
Die Atomtheorie verfiel im Mittelalter, wurde aber zu Beginn der wissenschaftlichen Revolution im 17. Jahrhundert wiederbelebt.
Isaac Newton glaubte zum Beispiel, dass Materie aus "festen, massiven, harten, undurchdringlichen und beweglichen Partikeln" besteht.
Die Teilbarkeit kann durch verschiedene Methoden angegeben werden, die gebräuchlichste ist die Teilbarkeit durch physikalische Methoden, beispielsweise das Hacken eines Apfels mit einem Messer.
Die Teilbarkeit kann jedoch auch durch chemische Methoden erfolgen, bei denen die Materie in Moleküle oder Atome getrennt wird.
10 Beispiele für chemische Teilbarkeit
1- Salz in Wasser auflösen
Wenn ein Salz gelöst wird, beispielsweise Natriumchlorid in Wasser, tritt ein Solvatisierungsphänomen auf, bei dem die Ionenbindungen des Salzes aufbrechen:
NaCl → Na + + Cl-
Durch Auflösen von nur einem Salzkorn in Wasser wird es in Lösung in Milliarden von Natrium- und Chloridionen zerlegt.
2- Oxidation von Metallen in saurem Medium
Alle Metalle, beispielsweise Magnesium oder Zink, reagieren mit Säuren, beispielsweise verdünnter Salzsäure, unter Bildung von Wasserstoffblasen und einer farblosen Lösung des Metallchlorids.
Mg + HCl → Mg 2 + + Cl- + H 2
Die Säure oxidiert das Metall, indem sie die Metallbindungen trennt, um Ionen in Lösung zu erhalten (BBC, 2014).
3- Hydrolyse von Estern
Hydrolyse ist das Aufbrechen einer chemischen Bindung mittels Wasser. Ein Beispiel für die Hydrolyse ist die Hydrolyse von Estern, bei der diese in zwei Moleküle unterteilt sind, einen Alkohol und eine Carbonsäure (Clark, 2016).
4- Eliminierungsreaktionen
Eine Eliminierungsreaktion macht genau das, was sie sagt: Sie entfernt Atome aus einem Molekül. Dies geschieht, um eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung zu erzeugen. Dies kann mit einer Base oder einer Säure (Foist, SF) erfolgen.
Es kann in einem einzigen konzertierten Schritt (die Protonenabstraktion in Cα erfolgt gleichzeitig mit der Spaltung der Cβ-X-Bindung) oder in zwei Schritten (die Spaltung der Cβ-X-Bindung erfolgt zuerst unter Bildung einer intermediären Carbokation) erfolgen. welches dann durch die Abstraktion des Protons im alpha-Kohlenstoff "ausgeschaltet" wird (Soderberg, 2016).
5- Enzymatische Reaktion von Aldolase
In der präparativen Phase der Glykolyse wird ein Glucosemolekül mit 2 ATP in zwei Moleküle Glycerinaldehyd-3-phosphat (G3P) aufgeteilt.
Das für diese Inzision verantwortliche Enzym ist Aldolase, die durch eine Rückkondensation das Molekül Fructose-1, 6-bisphosphat in ein Molekül G3P und ein Molekül Dihydroxyacetonphosphat in zwei Teile aufteilt, die anschließend zu einem weiteren Molekül isomerisiert werden G3P
6- Abbau von Biomolekülen
Nicht nur die Glykolyse, sondern der gesamte Abbau von Biomolekülen bei Katabolismusreaktionen sind Beispiele für die chemische Teilbarkeit.
Dies liegt daran, dass sie von großen Molekülen wie Kohlenhydraten, Fettsäuren und Proteinen ausgehen, um kleinere Moleküle wie Acetyl-CoA zu produzieren, das in den Krebs-Zyklus eintritt, um Energie in Form von ATP zu produzieren.
7- Verbrennungsreaktionen
Dies ist ein weiteres Beispiel für die chemische Teilbarkeit, da komplexe Moleküle wie Propan oder Butan mit Sauerstoff unter Bildung von CO 2 und Wasser reagieren:
C 3 H 8 + 5O 2 → 3CO 2 + 4H 2 O
Der Abbau von Biomolekülen könnte als Verbrennungsreaktion bezeichnet werden, da die Endprodukte CO 2 und Wasser sind, diese treten jedoch in vielen Schritten mit unterschiedlichen Zwischenstufen auf.
8- Blutzentrifugation
Die Trennung der verschiedenen Blutbestandteile ist ein Beispiel für die Teilbarkeit. Obwohl es sich um einen physikalischen Prozess handelt, finde ich das Beispiel interessant, da die Komponenten durch Zentrifugation durch Dichteunterschiede getrennt werden.
Die dichteren Bestandteile, das Serum mit den roten Blutkörperchen, verbleiben am Boden des Zentrifugenröhrchens, während die weniger dichten, das Plasma, oben verbleiben.
9- Bicarbonatpuffer
Natriumbicarbonat, HCO 3 - ist der Haupttransportweg für CO 2 im Körperprodukt von Stoffwechselabbaureaktionen.
Diese Verbindung reagiert mit einem Proton des Mediums unter Bildung von Kohlensäure, die dann in CO2 und Wasser aufgeteilt wird:
HCO 3 - + H + DH 2 CO 3 D CO 2 + H 2 O
Da die Reaktionen reversibel sind, kann der Organismus über die Atmung den physiologischen pH-Wert kontrollieren, um Alkalose- oder Azidoseprozesse zu vermeiden.
10- Atomteilung oder Kernspaltung
Falls ein massiver Kern (wie Uran-235) zerbrochen wird (Spaltungen), führt dies zu einem Nettoenergieertrag.
Dies liegt daran, dass die Summe der Massen der Fragmente geringer ist als die Masse des Urankerns (Nuclear Fission, SF).
In dem Fall, dass die Masse der Fragmente gleich oder größer als die des Eisens am Höhepunkt der Bindungsenergiekurve ist, werden die Kernteilchen fester gebunden als im Urankern, und es tritt eine Massenabnahme in auf die Energieform nach der Einstein-Gleichung.
Bei Elementen, die leichter als Eisen sind, wird durch Fusion Energie erzeugt. Dieses Konzept führte zur Schaffung der Atombombe und der Kernenergie (AJ Software & Multimedia, 2015).
