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Stof (scheikunde)
Wasser und Dampf sind anders Aggregatzustände (beziehungsweise Flüssigkeit und gasförmig) des gleichen Stoffes

EIN Staub ist in der Chemie eine Form von Angelegenheit das eine ähnliche chemische Zusammensetzung hat, eine Chemikalie reine Substanz.[1] Es zeichnet sich durch spezifische, einheitliche Stoffeigenschaften, wie Dichte, Leitfähigkeit und Schmelzpunkt.[2] Im täglichen Umgang mit toter und lebender Materie kommen hauptsächlich Stoffe vor gemischt vor dem. Ein reiner Stoff zeichnet sich aus in chemisch im Vergleich zu einem Gemisch dadurch, dass ein reiner Stoff nur durch Unterbrechung von Fesseln zwischen Atome. Ein Reinstoff kann entweder aus dem Atome von a Chemisches Element: ein einfache Sache, oder aus den Atomen von zwei oder mehr Elementen: a Verbundstoff.

In der Alltagssprache wird statt synthetischer Stoff der Begriff chemischer Stoff (Plural: Chemikalien oder Gefahrstoffe) für Stoffe verwendet, die das Produkt industrieller chemische Synthese, und die Umweltrisiken mit sich bringen. Tatsächlich ist dies ein Pleonasmus denn genau genommen ist Materie per Definition chemisch.

Molekulare Substanzen

Strukturformel von Ethanol

Am einfachsten ist es mit einer Substanz mit a molekular Aufbau: Material bestehend aus identischen Moleküle. So existiert Ethanol aus Molekülen, die alle gleich gebildet sind durch die chemische Bindungen zwischen zwei Kohlenstoffatomen, einem Sauerstoffatom und sechs Wasserstoffatomen: a CH3CH2OH-Einheit.

Wenn auch Moleküle mit anderer Struktur vorhanden sind (z. Methanol in Ethanol) spricht man von a Verunreinigung oder Kontamination, oder in extremeren Fällen von a Mischung. Gemische können als zu gleichen Mengen aus mehreren Stoffen zusammengesetzt betrachtet werden, die visuell unterscheidbar sind oder nicht. Mit einer Mischung aus Sand mit Eisenpulver sind die Sandkörner mit bloßem Auge unterscheidbar vom Eisenpulver, während a Lösung von Natrium- und Magnesiumsulfat im Wasser ist eine optisch nicht zu unterscheidende Mischung: Sowohl Natrium- als auch Magnesiumsulfat sind mit bloßem Auge nicht mehr zu unterscheiden, da die Ionen solvatisiert sein.

Für molekulare Stoffe lässt sich sagen, dass die Elemente aus denen sie gebaut sind, immer in einem fest festgelegten Verhältnis (Stöchiometrie) wie 2:1:6 für Ethanol.

Inter- und intramolekulare Wechselwirkungen

Bei molekularen Stoffen unterscheidet man zum einen Wechselwirkungen zwischen den Atomen innerhalb des Moleküls (intramolekular) und zum anderen die zwischen den Molekülen einer bestimmten Substanz (intermolekular). Intramolekular sind die chemischen kovalente Bindungen, intermolekular sind die körperlichVan-der-Waals-Kräfte, die dipolare Wechselwirkung und die Wasserstoffverbindung. Doch auch hier kann die Trennung nicht ganz deutlich werden, eine Wasserstoffbrücke kann die Stärke einer schwachen chemischen Bindung erreichen, wie in der Bifluorid-Anion.

Kochendes Wasser wird normalerweise als reines Wasser angesehen körperlich Fall: Wassermoleküle gehen von a Flüssigkeit- zu einer Gasphase. Jetzt wird es relativ hoch Siedepunkt Wasser (im Vergleich zu z.B. Schwefelwasserstoff, die als angesehen werden kann SchwefelAnalogon von Wasser) verursacht durch die relativ starken Wasserstoffbrücken, die die Wassermoleküle in der flüssigen Phase verbinden. In gewisser Weise ist ein Wassertropfen ein physisches Netzwerk aus unzähligen miteinander verbundenen H2O Einheiten. Ob dies jedoch eine ziemlich starke physikalische intermolekulare Wechselwirkung oder eine ziemlich schwache intramolekulare chemische Bindung genannt wird, ist Interpretationssache. Tatsächlich wurde gezeigt, dass ein Wasserstoffatom, das an einer physikalischen Wasserstoffbrücke beteiligt ist, in 10 % der Fälle mit dem anderen Bindungspartner verbunden ist, was auf eine chemisch kovalente Bindung hinweist. Beim Verdampfen zum Beispiel rot Phosphor (ein unendlich kovalent gebundenes Netzwerk) zu p4Moleküle dies ist noch mehr der Fall.

Auf der anderen Seite gibt es ziemlich schwache Donor-Akzeptor-Bindungen (wird als besondere Art der kovalenten Bindung angesehen), die zur Bildung von Komplexe führen und oft nur in Balance mit ihren Einzelteilen. Es ist schwer zu sagen, was in einem solchen Fall der Reinstoff ist.

Makromolekulare Substanzen

Materie, die nicht aus relativ kleinen, wohldefinierten Molekülen besteht, ist deutlich schwieriger. Polymere sind ein gutes Beispiel dafür. Obwohl ein Polymer wie Polyethylen als Substanz angesehen werden kann, besteht die Substanz fast immer aus einem Gemisch von Molekülen unterschiedlicher Länge, die Polydispersität eines Polymers. Genau genommen ist Polyethylen also nie ein Reinstoff, obwohl alle Moleküle bis auf ihre Länge die gleiche Grundstruktur und damit grundlegende Zusammensetzung aufweisen.

Ionengitter

Natriumchlorid ist a kristallinsolide mit einem bestimmten Kristallstruktur

Biene feste Stoffe jetzt sofort kristalline Gitterstruktur es wird noch komplizierter. Bei Stoffen mit a Ionenaufbau, wie Natriumchlorid (Speisesalz), das gut beschrieben werden kann als aus Na- und Cl−Ionen gibt es immer noch eine strenge Stöchiometrie. Es ist jedoch oft möglich, bestimmte Ionen durch andere zu ersetzen, zum Beispiel Natrium durch Kalium im Kaliumchloridohne die Struktur wesentlich zu verändern. Normalerweise wird diese Art von System als . bezeichnet feste Lösungen berücksichtigt. Es ist verlockend, eine solche feste Lösung als Mischung zu bezeichnen, aber es besteht ein wesentlicher Unterschied zwischen einer Mischung aus Körnern aus reinem Natriumchlorid und reinem Kaliumchlorid einerseits und Körnern aus einer festen Lösung von Na0,5k0,5Cl auf der anderen Seite. So sind die Elementarzellen der drei Getreidearten unterscheiden sich und damit auch viele andere physikalische Eigenschaften. Glas ist keine chemische Verbindung, sondern eine homogene Mischung aus Na-, K-, Ca- und Mg-Silikaten (oft ergänzt mit anderen Zusätzen), die den physikalischen Eigenschaften zähflüssigFlüssigkeit als von a solide hast.

Es können aber auch neue Strukturen entstehen. Kaliumsulfat und Aluminiumsulfat zusammen geben zum Beispiel die DoppelsalzKaliumaluminiumsulfat (ein Alaun), das eine andere Struktur hat als die Ausgangsmaterialien. In diesem Fall ist die Zusammensetzung noch ziemlich fest, obwohl Kalium leicht teilweise durch andere Alkalimetalle und Aluminium beispielsweise durch Eisen ersetzt werden kann.

Metallbindung

Bei vielen Festkörpern, deren Zusammensetzung nicht in einem festen Verhältnis festgelegt ist, können neue Strukturen entstehen. Besonders bei Metall-Metall-Verbindungen (Legierungen) geht es oft mehr um Phasen als Verbindungen. Obwohl von Phase zu Phase unterschiedliche Strukturen unterschieden werden können, ist das Elementarverhältnis der Phase oft nicht annähernd so scharf bestimmt wie bei molekularen Festkörpern. Dann wird es eher subjektiv, was man reiner Stoff nennt und was ein Gemisch ist.

Polymorphismus, Allotropie und optische Isomerie

sehen polymorph (Chemie), Allotropie und optische Isomerie für die wichtigsten Artikel zu diesem Thema.

Polymorphe sind anders Phasen der gleichen Substanz, die bei unterschiedlichen Drücken und Temperaturen auftritt. Polymorphismus tritt hauptsächlich auf in kristallin feste Stoffe. so kann Siliciumdioxid (Silica) kommen in zahlreichen unterschiedlichen Polymorphen vor, z.B. Quarz, Tridymit, Cristobalit, lechatelierit und koesit. Diese fünf natürlich vorkommenden Mineralien ein anderes Aussehen haben (Farbe und Kristall Gewohnheit) und auch verschiedene physikalische Eigenschaften (wie Härte), aber alle fünf Polymorphe sind chemisch zusammengesetzt aus Silizium und Sauerstoff im gleichen stöchiometrisch Zusammensetzung: SiO2.

Polymorphismus bei einfache Stoffe, Stoffe, die aus einem bestehen Chemisches Element existieren, wird Allotropie erwähnt. Ein Beispiel sind die unterschiedlichen Kristallstrukturen, die im Element je nach Druck und Temperatur auftreten Schwefel. Schwefel besteht aus Molekülen von Octaschwefel (S8), die unter 96 °C auftreten, wenn orthorhombisch Kristalle und über 96 °C Vereinen ein monoklin bilden. Beide Kristallformen (Allotrope) unterscheiden sich in Aussehen und physikalischen Eigenschaften, sind aber aus dem gleichen chemischen Baustein aufgebaut: S8.

Strukturformel von (S)-Milchsäure (links), (R)-Milchsäure (rechts). Beide Enantiomere sind Spiegelbilder voneinander, aber im Wesentlichen die gleiche Substanz

Optische Isomere (Enantiomere) bestehen aus den gleichen Atomen, aber die Moleküle selbst sind das Spiegelbild des anderen. Ein klassisches Beispiel ist Milchsäure, das a stereogenKohlenstoffatom zwei Enantiomere von Milchsäure besitzen. Obwohl sich beide Enantiomere wiederum physikalisch unterschiedlich verhalten können, wie beispielsweise ihr charakteristisches Verhalten gegenüber polarisiertes Licht, beide gehören zum selben Stoff. Ihre chemischen Eigenschaften sind also die gleichen.

Siehe auch