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Warum ist Indium so wertvoll?
Indium ist eines der seltensten Elemente der Erde. Gleichzeitig ist es ein unverzichtbares Material bei modernen Elektronikgeräten und Solarzellen.Weiterlesen … Warum ist Indium so wertvoll?
Die Natur ist aus chemischen Elementen aufgebaut, im Alltag treffen wir auf Schritt und Tritt auf chemische Verbindungen und in jedem Lebewesen läuft eine Fülle von biochemischen Reaktionen ab. Im folgenden Artikel stellen wir einige chemische Verbindungen vor, denen du bestimmt schon mal begegnet bist. Auf der Rückseite unseres Periodensystems der Elemente findest du alle diese Verbindungen zusammen mit einem Rätsel (die Lösungen dazu findest du hier). Informationen zu einzelnen chemischen Elementen gibt es im Dossier "Chemie im Alltag".
Adenin ist eine der vier Nukleinbasen der DNA bzw. der RNA, zusammen mit Cytosin, Guanin und Thymin bzw. Uracil. Kennst du den Film "GATTACA"? Der Titel bezieht sich auf die vier DNA-Basen, A steht für Adenin. Adenin bildet zwei Wasserstoffbrücken mit Thymin bzw. Uracil. Ist am Adenin ein Molekül Desoxyribose gebunden - ein Zucker - spricht man von Adenosin. Kommt noch ein Phosphatrest dazu, spricht man von Desoxy-Adenosin-Monophosphat, eins der vier Nukleotide, die die DNA aufbauen. Sind drei Phosphatreste gebunden, handelt es sich um Adenosin-Triphosphat (ATP). ATP beinhaltet Energie, die bei der Spaltung eines oder zwei der drei Phosphate freigesetzt und für lebensnotwendige Zellprozesse eingesetzt wird. Wird Energie in der Zelle produziert (z.B. bei der Spaltung von Zucker), wird neues ATP gebildet.
Pflanzen speichern Energie in Form von Stärkekörnern. Kartoffeln zum Beispiel bestehen grösstenteils aus Stärke. Die Stärke liegt in zwei unterschiedlichen Formen vor: Amylose (20-30%) und Amylopektin (70-80%). Amylopektin ist ein grosses, stark verzweigtes Molekül. Es handelt sich um ein Polysaccharid, also einen Mehrfachzucker. Jedes Amylopektinmolekül besteht aus etwa 1.200–6.200 D-Glucose-Monomeren, die verzweigte Ketten bilden. Amylose hingegen liegt als langes, kettenförmiges Molekül vor. Die Struktur von Amylopektin verleiht dem Molekül besondere Eigenschaften, die von der Industrie genutzt werden. So wird Amylopektin-Stärke etwa für Kleister, Kleb- und Schmierstoffe aber auch als Lebensmittelzusatz verwendet.
Blausäure ist in geringen Mengen in den Kernen einiger Steinobstfrüchte wie Bittermandeln, Aprikosen- und Kirschkernen enthalten. Vermutlich dient sie dort als Frassschutz der Samen. Cyanwasserstoff, wie die Blausäre auch heisst, blockiert die Sauerstoffbindung im Blut und ist für den Menschen in Dosen von 1-2 mg/kg Körpergewicht tödlich. Cyanwasserstoff wird unter anderem als Pestizid und zum Auslaugen von Gold verwendet. Blausäure begegnet man häufig in der Kriminalliteratur, so zum Beispiel im gleichnamigen Roman von Agatha Christi.
Calciumcarbonat ist eine der am weitesten verbreiteten Verbindungen auf der Erde, vor allem in Form von Sedimentgesteinen. Die ersten Kalkgesteine nennenswerten Ausmasses sind Stromatolithe, also durch Mikroorganismen gebildete Gesteinsschichten, die vor über zwei Milliarden Jahren entstanden sind. Calciumcarbonat ist Hauptbestandteil von Marmor, Kalkstein, Dolomit und Kreide und kommt in Schutzhüllen von Lebewesen wie Schneckenhäusern, Muscheln und Korallen vor. Calciumcarbonat tritt vor allem in der Form der Minerale Calcit und Aragonit auf.
Bei Verwitterung mit Wasser entsteht wasserlösliches Calciumhydrogencarbonat. Hartes Wasser enthält viel Calciumhydrogencarbonat, weiches Wasser dagegen wenig.
Elementares Chlor (Cl2) ist ein hellgrünes, sehr reaktionsfreudiges und daher giftiges Gas. In Hallenbädern wird es zur Wasserdesinfektion eingesetzt. Im Kontakt mit den Augen kann es Bindehautentzündungen hervorrufen.
Chloroform ist eine stark süsslich riechende, farblose Flüssigkeit, die nur sehr schwer entflammbar ist und sich leicht verflüchtigt. Atmet man die Dämpfe ein, verschwindet das Schmerzempfinden bis zur Bewusstlosigkeit. Daher wurde Chloroform früher als Narkosemittel zum Beispiel bei Operationen eingesetzt. Heutzutage ist das nicht mehr der Fall, da Chloroform eine stark giftige Wirkung auf einige Organe wie Leber und Herz hat und im Verdacht steht, krebserregend zu sein. Stattdessen wird Chloroform als Lösungsmittel und bei der Herstellung von Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) verwendet.
Eisen(II)-carbonat, auch Siderit (griechisch sideros = Eisen) genannt ist ein häufiger, blassgelber, brauner, manchmal schwarzer Kristall. Es ist ein wertvolles Eisenerz zur Eisengewinnung, da es bis nahezu 50% Eisen enthält, welches relativ leicht daraus zu gewinnen ist. Ist dir aufgefallen, dass Eisencarbonat mit Calciumcarbonat verwandt ist? Anstelle von Ca2+ enthält Siderit Fe2+ Ionen.
Essigsäure ist eine farblose, flüssige, ätzende, nach Essig riechende Carbonsäure. Bakterien (Acetobacter) in der Essigmutter können Ethanol (Trinkalkohol) in Gegenwart von Sauerstoff in Essigsäure umwandeln. Ausser im Salatdressing wird Essigsäure als Geschmackstoff, Konservierungsmittel und Ausgangsstoff für die Produktion von Farben und Klebstoffen verwendet.
Estradiol ist ein weibliches Sexualhormon und eins der wichtigsten natürlichen Östrogene. Hauptsächlich in den Eierstöcken gebildet fördert Estradiol die Ausbildung der sekundären weiblichen Geschlechtsorgane und regt die Gebärmutterschleimhaut zum Wachstum an. Im Menstruationszyklus spielt es zusammen mit Progesteron eine zentrale Rolle. Estradiol wird zur Vorbeugung von Osteoporose und bei Wechseljahrbeschwerden verwendet.
Ethanol ist eine farblose, brennbare, mit Wasser beliebig mischbare Flüssigkeit und identisch mit Trinkalkohol. Hefezellen produzieren Ethanol ohne Luftsauerstoff durch die Vergärung von Traubenzucker. Dieser Prozess wird bei der Produktion von Wein, Bier und Schnaps eingesetzt. Brennsprit enthält 98 vol% Ethanol ist aber vergällt und damit ungeniessbar.
Glutaminsäure (abgekürzt Glu oder E) ist eine Aminosäure und ein wichtiger Baustein der Proteine. Ihre Salze und Ester werden Glutamate genannt. In Biologie und Medizin wird die Glutaminsäure meist Glutamat genannt, da die Verbindung im Körper dissoziiert vorliegt. Glutamat ist einer der wichtigsten erregenden Neurotransmitter im zentralen Nervensystem. Vermutlich hast du schon den Begriff Glutamat in Zusammenhang mit Fertignahrungsmitteln gehört. Glutaminsäure sowie einige ihrer Salze (also Glutamate) werden insbesondere in der asiatischen Küche und bei Convenience-Produkten als Geschmacksverstärker eingesetzt. Glutamat steht im Verdacht für Symptome wie Kopfschmerzen nach dem Verzehr ebensolcher Produkte verantwortlich zu sein ("China-Restaurant-Syndrom").
Kohlendioxid ist ein farb- und geruchloses Gas. Es entsteht bei der Verbrennung von Erdöl, Erdgas, Benzin, Holz, Plastik und Papier aber auch im Zellstoffwechsel aller atmenden Lebewesen. Der Gehalt in der Atmosphäre ist 0.039 vol%, Tendenz steigend. Es wirkt in der Atmosphäre als Treibhausgas und trägt zur Klimaerwärmung bei.
Kohlensäure ist nicht das Gas, das entweicht, wenn man eine Cola-Flasche öffnet. Das ist Kohlendioxid. Getränke wie Cola oder Mineralwasser werden mit Kohlendioxid versetzt, welches mit Wasser zu Kohlensäure reagiert. Kohlensäure ist aber sehr instabil und dissoziiert mit Wasser innerhalb von Nanosekunden zu Hydrogencarbonat [HCO3]- und Hydronium-Ionen [H3O]+. Hydronium-Ionen geben dem Getränk den sauren Geschmack. Kohlensäure ist also ein sehr kurzlebiges Zwischenprodukt.
Das farb- und geruchlose, brennbare Gas entsteht bei biologischen und geologischen Prozessen auf der Erde ständig neu. Es ist als Hauptbestandteil von Erdgas und in der chemischen Industrie als Heizgas von großer Bedeutung. Biogas und Sumpfgas bestehen auch hauptsächlich aus Methan.
Morphin ist ein natürlich im Opium vorkommender Wirkstoff aus der Gruppe der Opioide. Opium ist der getrocknete Milchsaft des Schlafmohns. Morphin ist schmerzlindernd und wird zur Behandlung sehr starker Schmerzen verschiedener Ursache eingesetzt. Der englische Patient im gleichnamigen Film bekommt Morphinspritzen.
Natriumchlorid (Kochsalz) findet sich hauptsächlich im Meerwasser gelöst mit einem Gehalt von ca. 36 g pro Liter. Es kommt ebenfalls in riesigen Mengen in Salzlagerstätten in Form von Steinsalz vor. Es ist für Menschen und Tiere der wichtigste Mineralstoff und somit ein absolut notwendiger Nahrungsbestandteil. Viele Fertigprodukte oder auch Käse und Brot enthalten bereits Salz. Es wird auch als Konservierungsmittel für Lebensmittel und als Auftausalz im Strassenunterhalt eingesetzt.
Nikotin ist ein Alkaloid und kommt in der Tabakpflanze sowie in geringerer Konzentration auch in anderen Nachtschattengewächsen vor. Es ist ein natürliches Insektizid: die Tabakpflanze erzeugt das Nikotin in ihren Wurzeln. Wenn die Pflanze reift, wandert der Stoff in die Blätter. Dort dient es als Frassschutz vor Insekten und anderen Herbivoren. Nikotin ist für den Menschen eine Droge und ein starkes Nervengift.
Ozon besteht aus drei Sauerstoffatomen. Eine Ozonschicht in der oberen Atmosphäre schützt uns vor der energiereichen ultravioletten Strahlung der Sonne. Ozon ist aber auch ein starkes Oxidationsmittel, das bei Menschen und Tieren zu Reizungen der Atemwege führen kann. Es wird in der Trinkwasseraufbereitung verwendet, um Keime abzutöten.
Phosphorsäure ist die wichtigste Sauerstoffsäure des Phosphors. In der Industrie ist sie ein Ausgangstoff für die Düngerherstellung und ein Rostentferner. In der Natur sind Phosphorsäureester Bestandteile des Erbgutmoleküls DNA.
In elementarer Form ist Sauerstoff als O2-Molekül wichtiger Bestandteil der Atmosphäre (20.9%). In der Erdhülle ist Sauerstoff mit über 50% Anteil das häufigste Element. Pflanzen produzieren in der Photosynthese elementares O2-Gas, das von den meisten Lebewesen zur Atmung benötigt wird. Auch Verbrennungen benötigen Sauerstoff. Deshalb erlischt eine Kerze, wenn man ein Glas darüber stülpt. Sauerstoff geht mit beinahe allen Elementen Verbindungen ein.
Schwefelsäure ist eine farblose, ölige, wasseranziehende, und sehr starke Säure. Sie hat in der Industrie eine sehr grosse Bedeutung, da sie zur Produktion von Düngemitteln und Autobatterien und zum Lösen von Erzen aus Gestein eingesetzt wird. Schwefeloxide, die beim Einsatz fossiler Brennstoffe wie Kohle und Heizöl entstehen, bilden mit Wasser Schwefelsäure. Der "saure Regen" kann durch die Versauerung des Bodens Pflanzen schädigen und die Verwitterung von Gebäuden beschleunigen.
Serin ist eine Aminosäure und Bestandteil vieler Enzyme. Es spielt eine wichtige Rolle bei der Biosynthese der Purine und Pyrimidine und dient bei der Membranlipidsynthese als Ausgangssubstanz.
Als N2-Molekül bildet Stickstoff den Hauptbestandteil von Luft (78%). Reiner Stickstoff ''erstickt'' das Feuer und führt beim Einatmen zum Erstickungstod bei Lebewesen. In Verbindung mit Wasserstoff und Sauerstoff ist Stickstoff ein wichtiger Bestandteil von Dünger, Sprengstoffen und Laugen. Stickstoff ist absolut notwendig für das Leben, da er wesentlicher Bestandteil von Proteinen und der DNA ist. Ausser einigen Mikroorganismen kann kein Lebewesen elementaren Stickstoff aus der Luft "binden". Pflanzen wie die Bohne gehen deshalb Symbiosen mit Bakterien ein, um an den Stickstoff heranzukommen.
Testosteron ist ein Steroidhormon und ein wichtiges männliches Sexualhormon. Es ist für die Ausbildung der männlichen Geschlechtsorgane und die Spermienproduktion verantwortlich und wirkt aufbauend auf den Proteinstoffwechsel.
Ohne Wasser wäre das Leben auf unserem Planeten nicht möglich. Zellen bestehen zum grössten Teil aus Wasser. Es ist das einzige Molekül, das in unserer täglichen Umwelt fest (Eis), flüssig und gasförmig (Wasserdampf) vorkommt. Das Wassermolekül ist gewinkelt und die Ladung beim Sauerstoffatom mehr negativ, bei den Wasserstoffatomen mehr positiv. Das bewirkt, dass sich Wassermoleküle über Wasserstoffbrücken miteinander verbinden können. Diese Bindungen wechseln ständig. Dadurch besitzt Wasser die grösste Oberflächenspannung aller Flüssigkeiten (ausser Quecksilber) und seine Dichte nimmt unter 4°C wieder ab anstatt zuzunehmen (s. dazu auch "Friert ein See immer von oben her zu?").
Blonde Haare sind der Traum vieler Menschen. Im Coiffeursalon werden solche Träume mit der Hilfe von Wasserstoffperoxid wahr. Dies ist ein starkes Oxidationsmittel, das Papier, Haare und Zähne bleicht. Als 0.3–3 vol% Lösung wirkt es als Desinfektionsmittel.