Chemie

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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.

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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.

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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.

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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. Die Chinesen glaubten an eine medizinische Wirkung von Gold. Jedem, der es einnimmt, würde ein langes Leben oder sogar die Unsterblichkeit zuteil.