6.4. Die Vielfalt der Moleküle

In einigen Teilen dieses Abschnitts werde ich systematisch vorgehen und Familien von Molekülen vorstellen. Ich will dabei möglichst viele Bereiche der Chemie berücksichtigen, und so werden Sie sicher von manchen dieser Stoffe und Moleküle schon gehört haben. Vielleicht werden Sie den Eindruck erhalten, nur wenig Neues zu erfahren. Ich werde mich bemühen, diesen Eindruck zu zerstören.

In anderen Teilen des Abschnitts werde ich über Moleküle und Stoffe schreiben, die ich für bemerkenswert halte. In irgendeiner Hinsicht sind sie außergewöhnlich, vielleicht sogar faszinierend. Manchmal wird die besondere Struktur der Moleküle im Mittelpunkt stehen, dann wieder die besonderen Eigenschaften des Stoffes. Die Auswahl der Moleküle folgt keinem von außen gegebenem Kriterium, sondern nur einem einzigen, subjektiven : Ich finde das Molekül oder den Stoff bemerkenswert genug, um darüber zu schreiben.

Im weiteren Verlauf des Abschnitt (und an anderen Stellen des Projekts) erfahren Sie mehr zu den folgenden Molekülen, Stoffen und Stoffgruppen.

6.4.1. Anorganische Stoffe und Organische Stoffe

Traditionell werden in der Chemie 2 große Gebiete unterschieden. Es sind die Anorganische Chemie und die Organische Chemie.

Womit beschäftigen sich die Anorganische Chemie und die Organische Chemie ?

Die Anorganische Chemie untersucht alle Stoffe, die keine Kohlenstoffatome enthalten. Die übrigen Stoffe sind Gegenstand der Organischen Chemie.

Ausnahmen sind die Stoffe Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und die Carbonate, die zur Anorganischen Chemie gehören. Eine Handvoll Verbindungen werden manchmal zur Organischen, dann wieder zur Anorganischen Chemie gezählt. Es sind die Cyanwasserstoffsäure (HCN) und ihre Salze, die Cyanide, dann die Cyansäure (HOCN), die Isocyansäure (HNCO) sowie deren Salze, die Cyanate und Isocyanate, und schließlich die Thiocyansäure (HSCN), die Isothiocyansäure (HNCS) und deren Salze.

Molekül von Siliziumtetrachlorid Molekül von Tetrachlormethan

Bild 1 : Moleküle von Siliciumtetrachlorid (anorganisch, oben) und Tetrachlormethan (organisch, unten).

Man kennt zur Zeit (Ende 2020) über 168 Millionen Verbindungen, davon sind nur einige hunderttausend anorganische.

Die Moleküle der anorganischen und die der organischen Chemie sind nach denselben Prinzipien aufgebaut. Die Moleküle beider Gebiete besitzen dieselben Arten von Bindungen und dieselbe Struktur. Bild 1 zeigt oben ein Molekül eines anorganischen Stoffes (Siliciumtetrachlorid) und darunter ein organisches Molekül (Tetrachlormethan). In beiden ist ein Zentralatom (einmal Silicium, dann Kohlenstoff) von 4 Liganden (Chlor) umgeben. In beiden sind die Liganden entsprechend dem VSEPR–Modell (vgl. Kapitel 6.1.) tetraedrisch um das Zentralatom angeordnet. In beiden sind polare Atombindungen vorhanden. Dass diejenige im Siliciumtetrachlorid stärker polar ist, ist in diesem Zusammenhang unbedeutend, denn auch in anorganischen Verbindungen gibt es schwach polare Bindungen. Die Frage, warum man die beiden Gebiete unterscheidet, steht plötzlich da.

Warum unterscheidet man Anorganische Chemie und Organische Chemie ?

Es gibt mehrere Gründe.

Einige sind praktischer Natur.

Als die Chemie begann, sich in Teilgebiete wie Anorganische und Organische Chemie aufzuspalten (dies war im 19. Jahrhundert), war die Zahl der Verbindungen noch sehr überschaubar, und von den Mechanismen der Reaktionen wusste man so gut wie nichts.

Ein anderer Grund war damals wichtiger. Trotz großer Anstrengungen gelang es zu dieser Zeit nicht, Stoffe, die in Lebewesen vorkommen, chemisch herzustellen.

Heute wissen wir, dass es am fehlenden Wissen um die dafür geeigneten Reaktionsverfahren lag. Langes kräftiges Erhitzen und Behandeln mit reaktiven Chemikalien, zum Beispiel starken Säuren oder Basen, waren gängige Methoden in der Anfangszeit der Chemie. Damit kann man organische Verbindungen nur zersetzen, nicht aber aufbauen.

Damals wusste man das nicht. Statt dessen nahm man an, dass den Stoffen aus der belebten Natur eine geheimnisvolle Lebenskraft (sie hieß „vis vitalis”) innewohnt, die man aus Stoffen der unbelebten Natur grundsätzlich nicht schaffen kann. Die Umwandlung von anorganischen, nicht aus Lebewesen stammenden Stoffen in organische Stoffe sah man also als unmöglich an. Gläubige Menschen (und bis weit ins 20. Jahrhundert glaubten fast alle Menschen an Gott) waren zum Teil der Ansicht, dies wäre die Anmaßung einer Tätigkeit, die Gott vorbehalten war, nämlich die Erschaffung von Leben, und sahen es als Gotteslästerung.

Im Jahre 1828 gelang es Friedrich Wöhler, aus Ammoniumcyanat, einem Stoff, den man damals als anorganisch ansah, Harnstoff, einen organischen Stoff zu gewinnen. Damit war das eben genannte Argument entkräftet. Aus den oben genannten pragmatischen Gründen hält man die Unterscheidung von Anorganischer und Organischer Chemie jedoch weiterhin aufrecht.

Ein weiterer, offensichtlicher Unterschied
Molekül von Schwefelsäure

Bild 2 : Molekül der Schwefelsäure.

Schlägt man ein Lehrbuch der Anorganischen Chemie auf, zum Beispiel Lit. L–11 oder Lit. L–12, fallen schnell 2 Dinge auf.

Quelle der Vielfalt in der Anorganischen Chemie ist die Zahl der Bausteine.

Schlägt man ein Lehrbuch der Organischen Chemie auf, zum Beispiel eines der beiden in Lit. L–13 genannten Werke, fallen schnell 2 Dinge auf.

Quelle der Vielfalt in der Organischen Chemie ist der Aufbau komplexer Strukturen aus wenigen Arten von Bausteinen.

2 typische Beispiele sehen Sie in den Bildern 2 und 3.

Molekül von Ibuprofen

Bild 3 : Molekül von Ibuprofen.

Schwefelsäure spielt in der Industrie und im Labor eine wichtige Rolle. Weltweit werden jährlich über 150 Millionen Tonnen hergestellt. Hier steht sie als Vertreterin der anorganischen Chemie. Ihr Molekül (Bild 2) enthält Schwefel–, Sauerstoff– und Wasserstoffatome. Das zentrale Schwefelatom ist tetraedrisch von 4 Liganden umgeben.

Ibuprofen (2–(4–(2–Methyl–propyl)–phenyl)–propionsäure) wird als Arzneimittel unter anderem gegen Fieber eingesetzt. Hier steht es als Vertreter der organischen Chemie. Sein Molekül (Bild 3) zeigt einige der typischen Muster, die in Molekülen der organischen Chemie vorkommen : Ringe und Ketten aus Kohlenstoffatomen, dabei auch verzweigte Ketten, und als Beispiel einer reaktiven funktionellen Gruppe eine Carboxylgruppe (–COOH).

 

 

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