Kategorie: Chemie Veröffentlicht am: 24. September 2013
Es gibt keinen wirklichen Unterschied zwischen einem chemischen und einem physikalischen Prozess in der Chemie. Manche Chemielehrer definieren einen chemischen Prozess als jeden Prozess, der eine chemische Reaktion beinhaltet, und alle anderen Prozesse als physikalische Prozesse. Nach Ansicht solcher Lehrer sind Dinge wie das Verbrennen von Brennstoffen chemische Prozesse und Dinge wie das Auflösen von Salz in Wasser oder das Gefrieren von Wasser zu Eis physikalische Prozesse. Aber diese Unterscheidung ist wirklich willkürlich und nicht grundlegend. Auch wenn solche Lehrer eine solche Unterscheidung in der guten Absicht treffen, ihren Schülern etwas beizubringen, sorgen sie in Wirklichkeit dafür, dass die Schüler auf lange Sicht verwirrt sind.
Alle Prozesse, bei denen es um die Wechselwirkung von Atomen geht, sind chemische Prozesse. Das Auflösen von Salz in Wasser ist eine chemische Reaktion. Man beginnt mit zwei verschiedenen Reaktanten (Salz und Wasser), bringt die Atome dazu, sich auf neue Weise aneinander zu binden (jedes Salzion wird an eine Menge von Wassermolekülen gebunden), und es entsteht eine neue Chemikalie (Salzwasser). Typisch für alle chemischen Reaktionen ist, dass bei diesem Prozess Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird. Das Auflösen von Salz in Wasser ist vielleicht nicht so glamourös wie das Platzen eines mit Wasserstoff gefüllten Ballons, aber es ist immer noch eine chemische Reaktion.
Selbst so einfache Prozesse wie Phasenwechsel (von fest zu flüssig, von flüssig zu gasförmig usw.) sind in Wirklichkeit chemischer Natur. Beim Gefrieren zu Eis beginnen die Moleküle in flüssigem Wasser in einer bestimmten Konfiguration, bilden Bindungen, während sie die neue Konfiguration annehmen, und setzen dabei Energie frei. Manche Lehrer betrachten Phasenänderungen nicht gerne als chemische Reaktionen, weil die grundlegenden chemischen Gleichungen für den Unterricht nicht sehr nützlich sind. Die chemische Grundgleichung für das Gefrieren von Wasser zu Eis lautet zum Beispiel: H20 → H20. Diese Gleichung ist irreführend. Sie scheint zu implizieren, dass überhaupt nichts passiert. Aus diesem Grund mögen manche denken, dass Phasenänderungen nicht wirklich zählen. Eine detailliertere chemische Gleichung ist jedoch viel aufschlussreicher: H20(flüssig) – Wärme → H20(fest) . In diesem Pfeil ist die Bildung stabiler Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen nach Energieentzug enthalten (bei der Bildung chemischer Bindungen wird immer Energie frei). Die Bildung von Bindungen ist das Hauptmerkmal chemischer Reaktionen.
In der Tat ist fast jede alltägliche Erfahrung, mit der wir vertraut sind, im Wesentlichen chemischer Natur. Das Schießen eines Fußballs, das Schalten eines Fahrrads, das Singen und das Schreiben von Wörtern auf Papier werden alle auf der fundamentalen Ebene als Wechselwirkung von Atomen beschrieben. Auf der fundamentalen Ebene sind die einzigen Prozesse, die nicht chemischer Natur sind, Gravitationsprozesse und Kern- bzw. subatomare Teilchenprozesse.
Darüber hinaus ist der Begriff „physikalischer Prozess“ so vage, dass er nutzlos ist. Jeder beobachtbare Prozess im Universum ist physikalisch. Die einzigen Dinge im Universum, die nicht physikalisch sind, sind abstrakte Konzepte wie Liebe und Glaube. Alle chemischen Prozesse sind physikalisch, ebenso wie alle biologischen, geologischen, astronomischen, gravitativen, subatomaren und nuklearen Prozesse. Im Buch „Irrtümer in der Chemie“ von Hans-Dieter Barke heißt es:
Im Chemieunterricht ist es üblich, chemische Reaktionen von physikalischen Vorgängen zu trennen. Die Bildung von Metallsulfiden aus ihren Elementen unter Freisetzung von Energie wird in jedem Fall als chemische Reaktion beschrieben. Dagegen wird das Lösen von Stoffen in Wasser oft als „physikalischer Vorgang“ betrachtet, weil sich die Materie „nicht wirklich verändert“, sondern der gelöste Stoff durch „physikalische“ Trennverfahren in seiner ursprünglichen Form wiedergewonnen werden kann. Nimmt man Natriumhydroxid und löst es in etwas Wasser auf, so entsteht eine farblose Lösung, die Wärme abgibt, Strom leitet und einen hohen pH-Wert erzeugt. Kritische Schüler betrachten diese Lösung als neuen Stoff und die Wärmeentwicklung zeigt eine exotherme Reaktion. An diesem Beispiel kann man sehen, dass es keinen Sinn macht, die Umwandlung von Materie in „chemische“ und „physikalische“ Prozesse zu trennen. Wenn wir dies routinemäßig weiter im Sinne von „das haben wir schon immer so gemacht“ tun, entstehen automatisch schulische Fehlvorstellungen, die auf schulischen Lehrtraditionen beruhen.
Themen: chemischer Prozess, chemische Reaktion, Phase, Phasenwechsel, Phasenübergang, physikalischer Prozess
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