Die Chemie des Lebens

Die organische Chemie (Organik) ist ein Teilgebiet, das sich mit den Verbindungen des Kohlenstoffs beschäftigt. Aber Achtung, nicht jede Kohlenstoff-Verbindung ist organisch!

Arbeitsmittel

Einblick

Die organische Chemie begleitet dich jeden Tag. Sie ist in fast allen Produkten des täglichen Bedarfs anzutreffen: Nahrungsmittel, Kleidung, Möbel, Kunststoffe, Kosmetikprodukte, Farbstoffe, Reinigungsmittel, Duftstoffe, … bestehen aus organischen Verbindungen. Auch in deinem Körper spielt die organische Chemie eine wichtige Rolle. Verbindungen wie Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate, Vitamine und Nukleinsäuren (wie die DNS) sind organische Moleküle.

Entscheide, ob folgende Gegenstände und Substanzen aus organischen oder anorganischen Verbindungen bestehen!

Ein großer Teil der organischen Stoffe, die uns im Alltag begegnen, werden synthetisch hergestellt. Mit dem Wissen über organische Strukturen hat man in den letzten 150 Jahren die Welt nachhaltig verändert und den Wohlstand der Gesellschaft verbessert. Die Entwicklung von Medikamenten, die Erzeugung vielfältiger Materialien (z. B. Kunststoffe), die Produktion von Farbstoffen, die Herstellung von Kunstfasern für Kleidung sind Beispiele für Anwendungsbereiche der organischen Chemie.

Bild von Medikamenten
Viele Arzneimittel basieren auf organischen Verbindungen und werden heute synthetisch hergestellt.
mehrere bunte Wäscheklammern aus Plastik
Kunststoffe sind synthetische Materialien. Sie kommen in der Natur nicht vor.
viele bunte Farben als Flüssigkeit
Synthetische Farbstoffe können kostengünstig hergestellt werden.

Grundbausteine des Lebens

Wir kennen ca. 500 000 anorganische Verbindungen, aber mehrere Millionen organische Moleküle. Für diese Vielfalt ist das Element Kohlenstoff verantwortlich. Kohlenstoff steht in der 14. Gruppe des PSE und hat 4 Außenelektronen. Zur Erfüllung der Edelgasregel benötigt Kohlenstoff daher noch 4 Elektronen. Dadurch kann Kohlenstoff viele verschiedene Verbindungen zu anderen Kohlenstoff-Atomen oder zu Atomen anderer Elemente eingehen.

Organische Verbindungen sind immer Kohlenstoff-Verbindungen. Aber natürlich braucht es auch noch andere Elemente. Ein ständiger Begleiter von Kohlenstoff ist Wasserstoff. Häufige Bindungspartner sind Sauerstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und die Halogene (F, Cl, Br, I). Die vielfältige Struktur von organischen Molekülen besteht aus (langen) Ketten, Verzweigungen und Ringen.

Strukturformel Methan, vier Wasserstoffe umgeben ein Kohlenstoffatom
Methan ist das einfachste organische Molekül.
Valenzstrichformel acetylsalicylsaeure
Acetylsalicylsäure, der Wirkstoff in Aspirin. Das Molekül besteht aus C-, H- und O-Atomen.
Valenzstrichformel Nicotin
Nicotin kommt in den Blättern der Tabakpflanze vor. Das Molekül besteht aus C-, H- und N-Atomen.

Aber nicht alle Strukturen aus und mit Kohlenstoff sind organisch. Zwei Erscheinungsformen (Modifikationen) von elementarem Kohlenstoff sind Diamant und Grafit. Lerne anorganische Kohlenstoff-Verbindungen kennen, indem du Gegenstände dazu findest!

Aus anorganisch wird organisch

Bis ins 19. Jahrhundert dachte man, dass Stoffe der belebten Natur (also organische Verbindungen) nur durch Lebewesen mit vis vitalis, der sogenannten Lebenskraft, hergestellt werden könnten. Ein Meilenstein in der Forschung gelang Friedrich Wöhler 1828, als er aus einer anorganischen Verbindung organischen Harnstoff herstellte. Damit war der Grundstein für die Synthese organischer Moleküle gelegt.

Friedrich Wöhler (1800 bis 1882)
Friedrich Wöhler (1800 bis 1882)
Strukturformel von Harnstoff
Harnstoff ist das erste organische Molekül, das im Labor aus einer anorganischen Verbindung hergestellt wurde.

Auch in der Natur werden aus anorganischen Substanzen organische Strukturen aufgebaut. Lange Zeit machte man sich Gedanken darüber, wie Pflanzen wachsen und überleben können. Mit Hilfe von Experimenten und Beobachtungen im 18. und 19. Jahrhundert konnte der Vorgang der Fotosynthese beschrieben werden. Dieser Prozess ist eine wichtige Lebensgrundlage für uns. Er liefert Sauerstoff und Nahrung. Bei der Fotosynthese entsteht Traubenzucker, der zu anderen Verbindungen wie Stärke, Fette und Proteine umgebaut wird. Darüber hinaus wird bei der Fotosynthese Kohlenstoffdioxid (CO2), ein Treibhausgas, in Biomasse gebunden. Daher spielt der Prozess auch eine wichtige Rolle im Klimageschehen.

grüne Kügelchen in pflanzlichen Blattzellen
Die Fotosynthese findet in den Chloroplasten statt.
ein Eichkätzhcne versteckt frisst einen Pilz in einem Moosbett
Die Fotosynthese ist nicht nur die Lebensgrundlage für die Pflanzen selbst, sondern auch für Menschen, Tiere und auch viele Pilze.

Lass die Pflanze wachsen! Du kannst auch beobachten, wie bei der Fotosynthese Traubenzucker und Sauerstoff entstehen.

anorganisch organisch anorganisch
6 CO2 + 6 H2O
Lichtenergie
C6H12O6 + 6 O2
Kohlenstoffdioxid Wasser Traubenzucker Sauerstoff
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