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Chemie ist eine große Wissenschaft, die viele verschiedene Konzepte abdeckt. Beim Unterrichten von einführenden Chemiekursen, wie beispielsweise den meisten Chemiekursen an Gymnasien, gibt es verschiedene grundlegende Fakten und Konzepte, die grundlegende Bausteine für das Verständnis der Chemie sind. Wenn sie beherrscht werden, bilden diese Grundkonzepte eine solide Grundlage für das weitere Studium auf dem Gebiet der Chemie.
Das Periodensystem
Das Periodensystem der Elemente ist eines der grundlegendsten Studienfächer der Chemie. Das Periodensystem enthält alle bekannten Elemente, geordnet nach ihrer Ordnungszahl, der Anzahl der Protonen in einem Atom dieses Elements. Die Zeilen des Periodensystems werden als Perioden bezeichnet, während die Spalten als Gruppen bezeichnet werden. Das Periodensystem hilft dabei, Muster für viele der chemischen Eigenschaften der Elemente aufzudecken. Zum Beispiel haben alle Elemente in einer Gruppe die gleiche Anzahl von Elektronen in ihrer äußersten Schale, die als Valenzelektronen bekannt sind. Aus diesem Grund haben die Elemente einer Gruppe viele chemische und physikalische Eigenschaften gemeinsam.
Chemische Verbindung
Moleküle entstehen, wenn Atome durch chemische Bindungen angezogen und zusammengehalten werden. Es gibt verschiedene Arten chemischer Bindungen, die alle das Teilen oder Austauschen von Elektronen beinhalten.
Ionenbindungen entstehen, wenn ein Atom einem anderen Atom Elektronen gibt. Durch diesen Elektronentransfer werden die beteiligten Atome zu positiv und negativ geladenen Ionen, die sich dann gegenseitig anziehen.
Kovalente Bindungen entstehen, wenn Atome Elektronenpaare teilen. Die Anzahl der gebildeten Bindungen hängt von der Anzahl der gemeinsam genutzten Elektronenpaare ab. Wenn zwei Atome Elektronen ungleich teilen, entstehen polare kovalente Bindungen. Dies geschieht, weil ein Atom die Elektronen, die geteilt werden, stärker anzieht.
Chemische Reaktionen
Chemische Reaktionen treten auf, wenn Atome oder Moleküle miteinander interagieren, um chemische Bindungen zu bilden oder zu lösen. Elektronen sind der Schlüssel zur Bildung dieser Bindungen. Atome reagieren mit anderen Atomen entweder, weil sie nach zusätzlichen Elektronen suchen oder weil sie Elektronen zum Geben oder Teilen haben. Alle chemischen Reaktionen erzeugen oder verbrauchen Energie.
Säuren und Basen
Säuren und Basen sind ein weiteres wichtiges Forschungsgebiet der Chemie. Säuren sind Substanzen, die ein Wasserstoffion (H +) abgeben, während Basen Substanzen sind, die ein Wasserstoffion aufnehmen. Wenn Säuren und Basen in einer Reaktion miteinander vermischt werden, neutralisieren sie sich gegenseitig und bilden Wasser und ein Salz.
Aggregatzustände
Es gibt vier Materiezustände: fest, flüssig, gasförmig und plasmaförmig. Feststoffe entstehen, wenn einzelne Atome nahe an anderen Atomen in Position gehalten werden. Ihre Schwingungsenergie reicht nicht aus, um sie voneinander zu trennen. Flüssigkeiten bilden sich, wenn Atome genug Energie gewinnen, normalerweise durch Wärme, um sich umeinander zu bewegen, während sie sich immer noch in unmittelbarer Nähe befinden. Gase entstehen, wenn Atome noch mehr Energie gewinnen und sich frei bewegen, ohne dass sie mit den anderen Atomen in Wechselwirkung treten. Plasmen sind ionisierte Gase, die unter extrem energiereichen Bedingungen entstehen.