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WIW - HTL – St. Pölten Geschichte der Chemie Buch Seite 1-2.

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1 WIW - HTL – St. Pölten Geschichte der Chemie Buch Seite 1-2

2 WIW - HTL – St. Pölten CHEMIE Wissenschaft, die sich beschäftigt mit: Zusammensetzung, Eigenschaften, Aufbau, Herstellung von chemischen Stoffen Reaktionen chemischer Elementen und Verbindungen Energie auf Stoffsysteme. Aufnahme, Abgabe und Verteilung von Elektronen zwischen Atomen und Molekülen.

3 WIW - HTL – St. Pölten Stoff ACOL 1. und 2. Klasse A.Allgemeine Chemie B.Analytische Chemie C.Anorganische Technologie und Chemie D.Organische Technologie und Chemie E.Umwelttechnologie und –chemie F.Umgang mit Chemikalien - Sicherheit

4 WIW - HTL – St. Pölten A.Allgemeine Chemie 0 Geschichte der Chemie 1 Aufbau der Materie 2 Trennverfahren für Stoffgemenge 3 Grundgesetze der Chemie 4 Atomaufbau 5 Periodensystem 6 Elektrochemie 7 Säuren-Basen 8 Chemische Bindungen

5 WIW - HTL – St. Pölten 0.1 Herkunft des Wortes Aus dem ägyptischen: ch'mi bzw. dem arabischen chemi = schwarz (vom dunklen Humusboden des Nildeltas im Gegensatz zum rötlich-gelben Wüstensand abgeleitet) entstand bei den spätgriechischen Alchemisten Chemi = das Schwarze Präparat, das bei der Umwandlung der Elemente eine wichtige Rolle spielen sollte. Im Zusammenhang damit stehen die griech. Begriffe chemeia u. chymia, die allerdings auch von chymos = Flüssigkeit abgeleitet werden. Andere Deutungen greifen auf griech.: chyma = Metallguß od. ta chyta = die Schmelzbaren zurück; man bezeichnete damit schon im 1.Jh.n.Chr. die Metalle, die durch Schmelzbarkeit ausgezeichnet sind.

6 WIW - HTL – St. Pölten 0.2 Anfänge der Chemie 1.Steinzeit (Paläolithikum): –Höhlenmalereien ca v. Chr. (Altsteinzeit): Farbstoffe und Farbpigmente aus Holzkohle! –Erzeugung und Verarbeitung von Tonmineralien (Keramik): ab 6000 v. Chr. (Jungsteinzeit). 2.Ägypten / Mesopotamien / China : –Metallverarbeitung: Kupfer, Gold und Silber –Metallgewinnung aus Erzen mit Holz oder Holzkohle Eisen (ab 4000 v. Chr in Ägypten) –Gewinnung von Glas um 3000 v. Chr. in Ägypten älteste Funde: 1700 bis 1600 v. Chr. –Färben mit Indigo: Ägypten, Indien, Mexiko

7 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Steinzeit: –Kenntnisse durch einfaches Probieren über die Eigenschaften der Naturstoffe ihrer Umgebung: Feuerbereitung, Gebrauchsgegenstände aus Stein, Knochen, Horn, Fellen usw. Kochen, Färben, Gerben, Töpferei. –Herstellung von Farbstoffen und Pigmenten: (eisen-, manganhaltige Oxide; paläolithische Kunst) –Höhlenmalereien von Altamira u. Lascaux ca v. Chr. (Altsteinzeit): Farbstoffe und anorganische Farbpigmente aus Holzkohle. –Erzeugung, Verarbeitung von Tonmineralien=Keramik Tonscherben – ca v. Chr. (Jungsteinzeit).

8 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Lebensmittelchemie: Nahrungsmittel, Arzneistoffe, Genußmittel und Gifte: –verschiedenen Coffein-haltige Pflanzen der Erde –Herstellung einfacher alkoholischer Getränke durch Vergärung Zucker-haltiger Flüssigkeiten –Essiggärung dieser alkoholischen Flüssigkeiten (Stehenlassen an offener Luft) erhielten die Inder, Babylonier, Ägypter und Chinesen schon vor Jahrtausenden einen einfachen Speiseessig.

9 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Entwicklung der Metallurgie: –Kupfer, Gold, Silber: Mesopotamien, Ägypten, China –Edelmetalle in Natur, keine Verhüttungsprozesse: –Umwandlung metallischer Erze (Oxide und Sulfide) mit Holz oder Holzkohle: Gold aus Flusssanden: Schmuckgegenstände Silbers ab 5. vorchristliche Jahrtausend zurück. Kupfer (ca 8000 v.Chr.): Timna (Israel) 12 Zentimeter, vergoldete Schlange aus Kupfer Zinnbronze (ca v.Chr.) Sumerer in Ur: Geräte Blei-Statue (etwa 3400 v.Chr.) Ägypten, Blei in der Türkei vermutlich ab 7.Jahrtausend v.Chr. Eisen-Werkzeuge in Anatolien (3500 v.Chr.) Eisen in Ägypten um 2000 v.Chr. Normale Verwendung Messing seit Jahrtausenden bekannt, seit etwa 2000 Jahren gezielt hergestellt

10 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Glas: –ca v. Chr. in Ägypten (Glastropfen) –Glasuren (auf Tonwaren) und Glas bei Sumerer 4000 u v.Chr. –Funde ca. 1700v. Chr. Farbstoffe: –Indigo zum Färben: Ägypten (1700–1500 v.Chr.), Indien, Mexiko - Küppenfarbstoff! –Färben mit antikem Purpur: Kreter, Römischen Reich –Alizarin-Färbungen gab es in Korinth u. Ägypten schon vor 2000 Jahren. Kreta (Knossos) - minoische Kultur (3000–2500 v. Chr.) Kupfer, Gold, Silber, Blei, Purpur, Glasieren von Gläsern

11 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE ( v.Chr) –Thales (ca. 600 v. Chr.): sämtliche Materie sei vom Wasser abgeleitet. Nachfolger: vier Elemente: Erde, Wasser, Luft, Feuer –Demokrit (ca. 460 bis 370 v. Chr.): unsichtbare und unzerstörbare Materieteilchen (griechisch atoma: unteilbar) Elemente aus Atomen (winzige Teilchen) im Vakuum –Atome unterscheiden sich nach Größe, Lage, Form und verbinden sich zu Gegenstände –Griechische Philosophen versuchten die Natur theoretisch zu verstehen mit Gedankenexperimenten!

12 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie GRIECHISCHE NATURPHILOSOPHIE –Aristoteles (384 bis 322 v. Chr.): –Naturphilosophie fast zwei Jahrtausende geprägt –Natur aus vier Grundeigenschaften: Wärme, Kälte, Feuchtigkeit, Trockenheit. –Die vier Elemente sind daraus zusammengesetzt: Feuer = heiß und trocken Wasser = kalt und feucht Luft = heiß und feucht Erde = kalt und trocken Stoffe bestehen aus verschiedenen Anteilen der Elemente mit ihren Eigenschaften gebildet. Umwandlung durch Änderung der Anteile der einzelnen Eigenschaften in einem Element: aus Blei könnte Gold hergestellt werden!!!.

13 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie ALCHIMIE (300 v. Chr. – 1650 n. Chr.) –(arabischer Begriff chmi: schwarz): –Alexandria: Umwandlung in Gold (seit 100 n. Chr.) –Zosimos von Panopolis in Ägypten im 4.Jh. n.Chr.: Chemie ist die Kunst, Gold und Silber zu machen. –arabische Alchemie ab 640 n.Chr. (Ägypten) –China: Ko Hung (Pao Pu) 3.Jh. n.Chr. medizinische Wirkung von Gold –Suche nach Steines der Weisen mit dem man unedle Metalle in Gold verwandeln, Krankheiten heilen und ungewöhnlich hohes Alter erlangen könne –gewerbliche und technische Leistungen / Erfahrung: Alkalimetalle, Ammoniumsalze, Destillationsapparatur –arabische Rezepturen mit Mengenangaben

14 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie MITTELALTER (900 bis ca. 1500) Alchimistische Schriften: –Theorien über Naturgesetze –Handwerker, Bergleute, Metallurgen durch Ausprobieren, Vergleichen und Beobachten eine hochentwickelte chem. Technologie: Destillation: Alkohol Salpetersäure, Schwefelsäure und Salzsäure, Königswasser Glasschmelze, glasierte Tonwaren Gold- und Silberbergbau Reduktion von Eisen, Kupfer, Blei, Zinn Quecksilber Ende des 13. Jahrhunderts in Europa: chem. Technologie China: Nitrate, Schießpulver, Feuerwerkskörper Bertholdus Niger: Schwarzpulver für Waffen

15 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie RENAISSANCE 15. u. 16.Jh. n.Chr.: –praktische Werke über Bergbau und Metallurgie Entwicklung quantitativer Methoden (Laborwaagen) Biringuccio: Pirotechnia, 1540 Georgius Agricola: De Re Metallica, 1556 –Schweizer Arzt Paracelsus: Paracelsus (1493–1541): –Unmöglichkeit, Stein der Weisen zu entdecken –Herstellung von Arzneimittel: Opium, Quecksilber –glaubte nicht an die Wirkung von Kräutermischungen –Erdbestandteil aller Stoffe: Schwefel (brennt) Quecksilber (verdampft) Salz (Rückstand)

16 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Jan Baptista van Helmont ( ), Arzt, Chemiker: –Waage für ein überzeugendes Experiment: Grundstein für das Gesetz der Massenerhaltung –Gase (neue Substanzklasse) und Luft Wiederbelebung der Atomtheorie: Erzeugung von Vakuum – Demokrit / Aristoteles! Daniel Sennert 1604 (Philosph, Arzt)– Atomtheorie keine begriffliche Unterscheidung zwischen Atom und Molekül. Robert Boyle (The Sceptical Chymist, 1661) –Boyle-Mariotteschen Gesetzes: Produkt aus Druck und Volumen ist bei gleich bleibender Temperatur konstant. –Metalle steigern ihr Gewicht beim Oxidieren –Unterschied zwischen chemischer Verbindung und Mischung –Säuren, Basen und Salze

17 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Johann Joachim Becher und Georg Ernst Stahl ( ): –Phlogistontheorie (von 1680–1770 anerkannt) –beim Verbrennen organischer Substanz tritt ein flüchtiger Stoff (Phlogiston) aus dem Brennstoff aus –Pflanzen absorbieren Phlogiston aus der Luft –Bei Reduktion von Metalloxiden mit Holz gelangt Phlogiston zurück in Metallkalk: Metallkalken und Phlogiston = Metall Lavoisier (1743–1794): –Gewichts- und Volumens-Änderungen bei chemischen Vorgängen mit Waagen, Meßgläsern u.a. Apparaturen –richtige Deutung des Verbrennungsprozesses (1783) –erste, primitive Elementaranalysen (ab 1788)

18 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Carl Wilhelm Scheele ( ), Joseph Priestley –Entdeckung des Sauerstoffs (1771) –Entdeckung der Elemente Chlor, Barium, Molybdän, Wolfram, Stickstoff und Mangan Joseph Louis Proust ( ) –Metalle Verbindungen mit Sauerstoff oder mit Schwefel nur in ganz bestimmten Mengenverhältnissen Gesetz der konstanten Proportionen 1801 John Dalton ( ), Chemiker und Physiker: –Atomtheorie: Materie aus Atomen verschiedener Gewichte, die sich in einfachen Verhältnissen miteinander verbinden Gesetz der multiplen Proportionen (1803) –Molekül ist kleinstes Teilchen von Verbindungen (1805) –A New System of Chemical Philosophy (1808): Atomgewichte bekannter Elemente im Verhältnis zum Gewicht von Wasserstoff (das er gleich eins setzte)

19 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Henry Cavendish ( ): –1766 Entdeckung des Elements Wasserstoff –1781 Zusammensetzung von Wasser Weitere Elemente: –Natrium und Kalium durch Elektrolyse (Sir Humphry Davy 1807 bis 1808) –Iod (Courtois 1811) –Brom (Balard 1826) –Aluminium (Wöhler 1827) Formulierung des Avogadroschen Gesetzes (1811): Erst Amedeo Avogadro schuf 1811 mit seiner Molekülhypothese die Basis, die die letzten Zweifel an der Existenz von Molekülen beseitigte. Aufstellung von Döbereiners Triaden (1817) erste Anfänge des Periodensystems!

20 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Synthesen der ersten organischen Verbindungen widerlegten die Bildung organischer Verbindungen durch eine geheimnisvolle Lebenskraft (vis vitalis). : –Johann Wolfgang Döbereiner (1819): Harnstoff –Friedrich Wöhler ( ): Oxalsäure 1824 Harnstoff 1827 Elemente Aluminium (1827), Beryllium (1828), Silicium, Bor, Phosphor (1829) Herstellung von Acetylen aus Calciumcarbid (1868) Anilin-Herstellung aus Indigo (Unverdorben 1826) Jöns Jakob Freiherr von Berzelius ( ) –Aufstellung des Begriffs Katalyse (1835) –Elemente Cer, Selen und Thorium –System der chemischen Formelzeichen! –Theorie der Radikale

21 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Erste Experimente über künstliche Düngung (Kastner 1815 u. Liebig 1840) Herstellung von Nitroglycerin (Sobrero 1847) u. Nitrocellulose (Schönbein 1846) Synthese des ersten Teerfarbstoffes (Perkin 1856) 1860 Entdeckung der Spektroskopie durch Robert Wilhelm Bunsen und Gustav Robert Kirchhoff: Elemente Rubidium und Cäsium (Spektralanalyse!) Friedrich August Kekulé von Stradonitz ( ): –ringförmigen Benzol-Form (Benzol-Ring) (1865) Synthesen von Alizarin (Graebe u. Liebermann 1868) und Indigo (Baeyer 1880) Aufstellung des Periodensystems (1869–1871) durch –Dmitrij Iwanowitsch Mendelejew, ( ) –Julius Lothar Meyer ( ),

22 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Ionentheorie von W. Ostwald, Arrhenius u. Van't Hoff (1883–1887) erstmalige Anwendung tiefster Temp. durch die Lindesche Luftverflüssigungsmaschine (1895) Sir William Ramsay ( ): Edelgase Neon, Argon, Krypton und Xenon, Helium und Radon (1894–1898) Beobachtung radioaktiver Erscheinungen am Uran (Becquerel 1896) Entdeckung von Radium und Polonium in Uranpechblende (Curie 1898). Übrigens sind viele der in dieser Zeit entdeckten chem. Elemente nach den Heimatländern der Entdecker benannt: Francium, Gallium, Germanium, Polonium u. Scandium. Manche Bez. (Helvetium, Austrium, Masurium) sind allerdings wieder verschwunden.

23 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Entwicklung der Quantentheorie (Planck 1900, Einstein 1905) Ammoniak-Synthese durch Haber (1906–1910) und Bosch Benzin-Synthese durch Hochdruckhydrierung (Bergius 1913) Erforschung des Gitteraufbaues der Kristalle mit Röntgenstrahlen (von Laue 1912, Bragg 1915, Debye- Scherrer 1915) Zerlegung eines Elementes in Isotope (Thomson 1912) Aufstellung des Bohrschen Atommodells (1913) Erste Kernumwandlung durch Beschießung von Stickstoff mit Alphateilchen (Rutherford 1919)

24 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Entdeckung des Neutrons (Chadwick 1932), Positrons (Anderson 1932) künstliche Erzeugung radioaktiver Stoffe (I. Curie u. Joliot 1933) sowie die Entdeckung des Schweren Wassers (Urey 1932) Spaltung schwerster Atomkerne mit Hilfe von Neutronen (Hahn u. Strassmann 1938) Konstruktion der Atombombe (1940–1945) Darstellung mehrerer Transurane, etc.

25 WIW - HTL – St. Pölten 0.3 Geschichte der Chemie Im Bereich der organischen Chemie und der Biochemie sind seit Ende des 2.Weltkrieges Fort- schritte auf den Gebieten der: –Hormone, Enzyme u.a. Eiweißstoffe, Nucleinsäuren, Antibiotika, Schädlingsbekämpfungsmittel, Werkstoffe, Kunststoffe, Chemiefasern und Arzneimittel Erkenntnisse der Chemiker dienten nicht immer nur dem Fortschritt der Menschheit: –chemische Waffen, Luftverunreinigung, Rückstands-Probleme, Teratogene Chemie ist die Grundlage, daß der Mensch heute länger lebt, besser haust, sich angenehmer kleidet, ausreichend Nahrung findet und sich auch zu Lande, zur See und im Luftraum bewegen kann: Arznei- u. Desinfektionsmittel, Kunst- u. Werkstoffe, Kunstfasern u. Textilveredlung, Düngemittel, Pflanzenschutz und Konservierungsmittel, Photographie, Halbleiter, Werk- u. Kraftstoffe.


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