Chemische Reaktionen im Alltag
Chemische Reaktionen sind Vorgänge, bei denen Atome und Moleküle interagieren und sich ihre chemischen Bindungen lösen und neu verbinden. Dabei werden Energie und Materie umgewandelt. Chemische Reaktionen sind ein fester und unverzichtbarer Bestandteil des Alltags.
Beim rösten von Marshmallows über dem Lagerfeuer finden einige chemische Reaktionen statt.
Foto: Panthermedia.net/NatashaFedorova
Als Unterrichtsfach hat Chemie selten viele Freunde. Dabei lernen Schülerinnen und Schüler dort nicht nur hochkomplexe Formeln, sondern echtes Alltagswissen. Denn Chemie ist nicht irgendetwas künstliches aus der Fabrik, sondern begegnet den Menschen tagtäglich. Im Haushalt, in der Natur, im Menschen selbst – überall gibt es Beispiele für chemische Reaktionen im Alltag.
Chemische Reaktionen im Alltag: Einfach atmen
Es ist so sehr in das Leben integriert, dass man es kaum bemerkt: das Atmen. Dabei verbirgt sich dahinter eine chemische Reaktion im Alltag. Beim Atmen nimmt der Körper Sauerstoff (O2) aus der Luft auf und gibt Kohlenstoffdioxid (CO2) ab.
Wenn Sie einatmen, gelangt Sauerstoff durch die Nase oder den Mund in die Lungen. Dort diffundiert er durch die dünne Wand der Lungenbläschen und gelangt ins Blut. Der Sauerstoff bindet an das Hämoglobin in den roten Blutkörperchen und wird so durch den Organismus transportiert. Gleichzeitig gibt der Körper CO2 ab. Dieses wird vom Blut aufgenommen und gelangt zurück in die Lungen. Dort wird das Kohlenstoffdioxid durch die Lungenbläschen ausgeatmet.
Sauerstoff und Glukose (eine Zuckerart, die im Körper als Brennstoff dient) werden zu Kohlenstoffdioxid und Wasser umgewandelt. Dabei wird Energie freigesetzt, die lebensnotwendig ist. Der Körper benötigt sie, um wichtige Funktionen auszuführen.
Die passende Formel dazu lautet C6H12O6+ 6O2 => 6CO2+ 6 H2O
Fotosynthese: Pflanzen produzieren Sauerstoff
Den Sauerstoff, den Sie einatmen, müssen Pflanzen zunächst herstellen. Dies geschieht im Rahmen der Fotosynthese, einer weiteren chemischen Reaktion, die im Alltag auftritt. Die Fotosynthese ist ein Prozess, bei dem Pflanzen Sonnenlicht nutzen, um Kohlendioxid und Wasser in energiereiche Moleküle umzuwandeln, die als Nahrung und Energiequelle dienen. Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten der Zellen statt, wo spezielle Pigmente wie Chlorophyll das Sonnenlicht aufnehmen.
Diese Reaktion lässt sich am besten in folgender chemischer Gleichung zusammenfassen:
6CO2+ 6 H2O => C6H12O6+ 6O2
In dieser Gleichung stehen „CO2“ und „H2O“ für Kohlendioxid und Wasser, die mithilfe von Sonnenlicht in „C6H12O6“ umgewandelt werden. Dabei handelt es sich um Glukose. „O2“ steht für Sauerstoff, der als Nebenprodukt freigesetzt wird. Die Formel zeigt: Fotosynthese ist chemisch gesehen die Umkehrreaktion der menschlichen Atmung.
Verdauung als chemische Reaktion im Alltag
Zurück zum menschlichen Körper. Dort laufen deutlich mehr chemische Reaktionen im Alltag ab als nur die mit der Atmung zusammenhängenden Prozesse. Die Verdauung ist ebenfalls eine solche – allerdings ist sie noch komplexer als das Atmen. Im Prinzip sind es unzählige chemische Reaktionen, die sich aneinanderreihen. Die erste findet schon im Mund statt, wo Enzyme im Speichel Kohlenhydrate in kleinere Bestandteile zerlegen. Über die Speiseröhre gelangt die Nahrung in den Magen. Dort wird sie mit Magensäure versetzt, weiter zerkleinert und zu einem Brei verarbeitet. Eiweiß (Protein) wird durch wieder andere Enzyme, die im Magen produziert werden, in kleinere Moleküle aufgespalten.
Der Dünndarm nimmt die meisten Nährstoffe auf. Bei diesem Teil der Verdauung werden Enzyme aus der Bauchspeicheldrüse und Gallenblase freigesetzt, um Kohlenhydrate, Fette und Proteine in chemischen Reaktionen weiter abzubauen. Die Zellen im Dünndarm absorbieren die Nährstoffe und geben sie in den Blutkreislauf ab. Der Dickdarm nimmt schließlich das verbleibende Wasser und die Salze aus der Nahrung auf. Bakterien bauen Ballaststoffe ab und produzieren kurzkettige Fettsäuren. In allen Abschnitten erleichtern und beschleunigen die Enzyme die chemischen Reaktionen. Sie lösen die Bindungen zwischen den Molekülen der Nahrung auf.
Kalk ist der Feind einer jeden Armatur.
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Das bisschen Haushalt: Essigreiniger gegen Kalk
Essig ist eine Säure, Kalk ist basisch. Wenn Sie mit Essigreiniger putzen, entsteht eine Säure-Basen-Reaktion. Der Reiniger ist ein klassisches Hausmittel, das verwendet wird, um Kalkablagerungen zu entfernen – diese sind nämlich nicht wasserlöslich. Wenn Essig auf Kalk trifft, findet ebenfalls eine chemische Reaktion im Alltag statt.
Kalk besteht aus Calciumcarbonat, einer chemischen Verbindung, die aus Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff besteht. Essigreiniger enthält Essigsäure. Mischt diese sich mit dem Kalk, reagiert sie mit dem enthaltenen Calciumcarbonat. Das führt zur Bildung von Calciumacetat, Wasser und Kohlenstoffdioxid. Das CO2 entweicht als Gas. Deshalb können Sie bei der Reaktion der Säure mit Kalk ein Aufschäumen beobachten. Zurück bleiben das Wasser und Calciumacetat. Letzteres ist wasserlöslich und kann leicht abgewischt oder abgespült werden.
Chemische Reaktionen im Alltag: Was rastet, rostet
Die Nagelschere im Badezimmer hat in der feuchten Luft Rostschlieren bekommen, gleiches gilt für die Konservendose, die zu lange im Keller gestanden hat. Auch der alte Schlüssel in der Tür zum Gartenhäuschen hat den nassen Herbst nicht unbeschadet überstanden. Rost ist eine ganz klassische chemische Reaktion im Alltag. Es gibt sie, seit es Eisen gibt – mit der Eisenzeit begann auch die Geschichte des Rosts.
Rost ist das Ergebnis einer chemischen Reaktion zwischen Eisen, Sauerstoff und Wasser. Dieser Prozess wird als Oxidation bezeichnet. Eisen in einem Metallgegenstand, wie zum Beispiel einem Schlüssel oder einem Werkzeug, reagiert mit Sauerstoff aus der Luft und Wasser, das sich auf der Oberfläche des Metalls sammelt. Das führt zur Bildung von Eisenoxid, bekannt als Rost.
Es ist wichtig zu wissen, dass die Geschwindigkeit der Rostbildung von verschiedenen Faktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur und Luftverschmutzung beeinflusst wird. Durch die Verwendung von Beschichtungen wie Farben oder Lacken kann die Oxidation verlangsamt oder ganz verhindert werden.
Reaktion am Lagerfeuer: Die Verbrennung
Kerzen brennen, Holz brennt, bestimmte Flüssigkeiten wie Alkohol und Gase wie Methan brennen. Allem gemeinsam ist die chemische Reaktion, die im Alltag, beispielsweise bei Kerzen, gar nicht wahrgenommen wird. Bei der Verbrennung wird eine Substanz mit Sauerstoff kombiniert, bei der Energie in Form von Wärme und Licht freigesetzt wird, eine sogenannte exotherme Reaktion. Es handelt sich um eine Redoxreaktion unter Abgabe von Wärme.
Voraussetzung für eine Verbrennung sind:
- brennbares Material
- Sauerstoff als Oxidationsmittel
- das korrekte Mengenverhältnis von Brennstoff und Umgebungsluft
- die richtige Vermischung von Oxidationsmittel und Brennstoff
- gegebenenfalls Wärme zur Beschleunigung
Verbrennung ist ein grundlegender Prozess in vielen natürlichen und industriellen Anwendungen, wie in der Energieerzeugung, dem Transport und der Verbrennung fossiler Brennstoffe sowie bei der Verbrennung von Biomasse und Abfällen (Nutzfeuer). Verbrennung kann jedoch gefährlich sein und unkontrollierte Brände verursachen, wenn sie nicht ordnungsgemäß überwacht wird (Schadfeuer).
Chemische Reaktionen im Alltag: Der Komposthaufen im Garten
Mülltrennung passiert in jedem Haushalt. Hierzulande wird in einigen Regionen auch Biomüll in einer extra Tonne gesammelt. Wer die Möglichkeit hat, kann biologisch abbaubare Stoffe im eigenen Garten kompostieren. Was dabei passiert, ist eine chemische Reaktion. Nämlich – und das klingt jetzt wenig appetitlich – eine kontrollierte Verwesung. Organisches Material wie Gemüsereste, Gartenabfälle und Laub werden dabei in eine für Pflanzen nährstoffreiche Substanz umgewandelt. Das geschieht durch Mikroorganismen wie Bakterien, Pilze und Würmer, die die organischen Materialien abbauen.
Die wichtigsten chemischen Reaktionen während des Kompostierungsprozesses sind die Oxidation, die Hydrolyse und die Fermentation. Bei der Oxidation reagieren Sauerstoffmoleküle mit organischen Stoffen und setzen Energie frei. Hydrolyse ist eine Reaktion, bei der Wasser verwendet wird, um die Materialien in kleinere Bestandteile aufzuspalten. Bei der Fermentation schließlich bauen Mikroorganismen Zucker und andere organische Verbindungen zu Alkohol und Kohlendioxid ab. Am Ende des Kompostierungsprozesses als chemische Reaktion im Alltag bleiben nährstoffreiche Verbindungen wie Stickstoff, Phosphor und Kalium übrig, die als Dünger für Pflanzen verwendet werden können.
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