Glossar: Chemie im Biologiestudium

Ein Mol entspricht genau der Anzahl an Teilchen, die als Atome in einer Masse von 12 g des Kohlenstoffisotops 12C enthalten sind. Das sind 6,02214129 · 10^23 Teilchen. Praktische Merkdefinition für BiologInnen: 1 mol entspricht einer Anzahl von 6,022 · 10^23 Teilchen.

Wärme ist die thermische Energie in Form von chaotischer Teilchenbewegung in einem System. Eine Änderung der Wärme eines Systems verändert dessen Zustand. Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die den Zustand eines Systems charakterisiert, und ist ein Maß für die Wärme.

Der Dampfdruck eines Stoffes ist der Druck, den das Gas über einer Flüssigkeit oder über einem Feststoff in einem Ein-Komponenten-System ausübt. Der Sättigungsdampfdruck eines Stoffes ist der Druck, bei dem seine flüssige Phase mit der Gasphase im Gleichgewicht steht. Der Siedepunkt eines Stoffes ist die Temperatur, bei welcher der Sättigungsdampfdruck gleich dem äußeren Atmosphärendruck ist.

Die Diffusion beschreibt das Phänomen, dass sich in einem Konzentrationsgradienten Teilchen netto vom Ort höherer Konzentration zum Ort niedrigerer Konzentration bewegen, maximal so lange, bis die Konzentration in jedem Volumenausschnitt gleich groß ist. „Diffusion“ basiert auf der zufälligen Bewegung von Teilchen.

Der Partialdruck pA ist der Druck, den die Komponente A eines Gasgemisches ausüben würde, wenn die gleiche Stoffmenge nA unter gleichen Bedingungen für T allein im gleichen Volumen vorliegen würde.

Der Begriff kolligative Eigenschaft beschreibt solche Eigenschaften von (verdünnten) Lösungen, die nur von der Zahl gelöster Teilchen im Verhältnis zur Teilchenzahl des Lösungsmittels abhängen, aber nicht von der Art der gelösten Teilchen.

Ein Atomorbital ist ein räumlicher Bereich in der Atomhülle, in dem sich ein Elektron eines bestimmten Quantenzustands mit einer festgelegten Wahrscheinlichkeit befindet. Die Form eines Atomorbitals ergibt sich aus der Wellenfunktion, die den Zustand eines Elektrons mathematisch genau beschreibt.

(Regel der maximalen Spinmultiplizität) – Bei der Besetzung energiegleicher Orbitale verteilen sich die Elektronen so, dass eine maximale Anzahl ungepaarter Elektronen mit gleichem Spin vorliegt.

Die erste Ionisierungsenergie (1. IE) ist die Energie, die benötigt wird, um aus einem Atom das am schwächsten gebundene (am weitesten außen liegende) Elektron zu entfernen. Die zweite Ionisierungsenergie (2. IE) ist die Energie, die benötigt wird, um aus einem einfach positiv geladenen einatomigen Ion das am schwächsten gebundene Elektron zu entfernen.

Eine Bindung zwischen zwei Nichtmetallatomen führt zur Bildung eines oder mehrerer gemeinsamer Elektronenpaare aus Valenzelektronen. Durch die Bildung dieser Elektronenpaare kommt jedes einzelne Atom der Edelgaskonfiguration so nahe wie möglich.

Eine Partialladung oder Teilladung entsteht durch die ungleiche Verteilung der gemeinsamen Elektronen in einer kovalenten Bindung. Der Betrag der elektrischen Ladung ist dabei geringer als eine einfache Ionenladung. Partialladungen werden durch Delta+ für positive oder Delta- für negative Partialladung angezeigt (griech. Buchstabe delta, gesprochen „Delta plus“ bzw. „Delta minus“).

Eine Formalladung ergibt sich für Atome in einem Molekül, wenn bei einer formalen Trennung der gezeichneten Bindungen das Atom mehr oder weniger Valenzelektronen zurückbehält als im elementaren Zustand. Eine Formalladung wird durch ein eingekreistes O (mit Kreuz) bzw. O (ohne Kreuz) gekennzeichnet. Formalladungen spiegeln nicht die tatsächliche Ladungsverteilung in einem Molekül wider. Die Notwendigkeit von Formalladungen ergibt sich als Folge der Oktettregel.

Eine funktionelle Gruppe ist ein Teil eines Moleküls, der aus bestimmten Atomen in bestimmter Weise aufgebaut ist. Diese Gruppen kommen in vielen verschiedenen Molekülen vor und tragen dazu bei, dem Molekül einen Teil seiner Eigenschaft zu verleihen.

Ein Elektrophil ist ein Molekül bzw. ein Bereich eines Moleküls mit relativem Elektronenmangel. Es ist partiell positiv geladen oder trägt eine positive Ionenladung (Kation). Ein elektrophiles Kohlenstoff-Atom dient in organisch-chemischen Reaktionen als Angriffspunkt für ein Nukleophil.

Kohlenhydrate sind Verbindungen aus Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff mit der allgemeinen Summenformel CmH2nOn.

Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine chemische Reaktion beschleunigt. Er hat keinen Einfluss auf das chemische Gleichgewicht, da er immer sowohl die Hin- wie auch die Rückreaktion katalysiert. Katalysatoren werden bei der von ihnen katalysierten Reaktion nicht verbraucht.

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Die Enthalpie H ist die mathematisch um die Volumenarbeit korrigierte Innere Energie. Die Einführung und Verwendung dieser Größe erlaubt es, nur die Wärme einer Reaktion zu betrachten. Die Enthalpie wird (wie die Innere Energie U auch) als Änderung im Verlauf einer Zustandsänderung (z. B. einer chemischen Reaktion) gemessen. Enthalpie setzt sich aus den griechischen Wörtern en (in) und thalpein (erwärmen) zusammen und bedeutet demnach „Wärme“ oder „Wärmeinhalt“.

Die Wärmeenergie, die bei einer Reaktion bei Standarddruck und 25 °C aufgenommen (positives Vorzeichen) oder abgegeben (negatives Vorzeichen) wird. Um die Standard-Reaktionsenthalpie DeltaH0R einer Reaktion zu berechnen, bilden wir einfach die Differenz der Standard-Bildungsenthalpien der Produkte und der Edukte.

Energie kann weder vernichtet werden, noch neu entstehen. Sie kann lediglich übertragen oder von einer Form in eine andere umgewandelt werden.

Die Standard-Reaktionsentropie gibt Auskunft über die Veränderung der Freiheitsgrade eines Systems bei einer Reaktion. Sie berechnet sich aus der Differenz der Entropie der Produkte und der Edukte.

Die um die Entropie korrigierte Enthalpie einer Reaktion. Hohe Werte von DeltaGR sprechen für einen sehr unvollständigen Ablauf der Reaktion, niedrige Werte für einen eher vollständigen Ablauf.

Die Aktivierungsenergie EA ist der Energiebetrag, der einem Reaktionsgemisch hinzugefügt werden muss, damit die Reaktion erfolgt. Mit der Stoßtheorie erklären wir die Aktivierungsenergie als die mindestens erforderliche Energie, die zu einem erfolgreichen Zusammenstoß zwischen zwei Teilchen führt. Sie wird meist für ein Mol Teilchen angegeben.

Die Wechselzahl eines Enzyms ist die Anzahl an Substratumsätzen, die ein Enzym pro Zeiteinheit (bei gegebener Temperatur und Substratsättigung) leisten kann. Sie entspricht der Geschwindigkeitskonstanten k in enzymatischen Reaktionen.

Der pH-Wert einer Lösung ergibt sich aus der Konzentration der Protonen in ihr. Man berechnet ihn als den negativen dekadischen Logarithmus der H+-Ionenkonzentration.

Durch Abgabe des abspaltbaren Protons („saures“ Proton) vom Säuremolekül bleibt die deprotonierte Säure zurück. Diese fungiert in der Rückreaktion als Base. Daher nennt man das Paar aus protonierter und deprotonierter Säure das konjugierte Säure/Base-Paar.

Säuren, die nur in geringem Umfang mit Wasser reagieren und daher in Relation zu starken Säuren weniger Hydronium-Ionen bilden, werden je nach Reaktionsumfang mittelstarke oder schwache Säuren genannt.

Basen, die nur in geringem bzw. sehr geringem Umfang mit Wasser zu Hydroxid-Ionen und ihren Baserest-Ionen reagieren, werden mittelstarke bzw. schwache Basen genannt. Sie sind meist die konjugierten Basen mittelstarker bzw. starker Säuren.

Lösungen von schwachen oder mittelstarken Säuren oder Basen und den Salzen ihrer Rest-Ionen nennt man Pufferlösungen, da sie den pH-Wert um ihren pKS-/pKB-Wert herum stabilisieren. Durch die Henderson-Hasselbalch-Gleichung lässt sich der pH-Wert für eine Pufferlösung berechnen.

Bei einer realen oder formalen Abgabe von Elektronen spricht man von einer Oxidation – die Oxidationszahl erhöht sich. Bei einer realen oder formalen Aufnahme von Elektronen spricht man von einer Reduktion – die Oxidationszahl wird in diesem Fall kleiner (wird reduziert).

Ein Stoff, der einen anderen Stoff reduziert, heißt Reduktionsmittel. Ein Stoff, der einen anderen oxidiert, heißt Oxidationsmittel. Wenn ein Reduktionsmittel einen Stoff reduziert, wird es selbst oxidiert, und andersherum.

Die Potenzialdifferenz DeltaE ist die Differenz der beiden Elektrodenpotenziale der Halbzellen einer Galvanischen Zelle. Es wird immer das Potenzial der Halbzelle, in der die Reduktion stattfindet, von dem derjenigen Halbzelle, in der die Oxidation stattfindet, abgezogen (Ox – Red).