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Chemie

Beitragsreihe Chemie

Prof. Dr. Henning Hopf

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Chemie

Die Wissenschaft Chemie darf nicht mehr in den engen Disziplingrenzen des 19. und 20. Jahrhunderts gesehen werden. Die klassischen Disziplinen sind den Ländern oder Erdteilen auf einer Karte vergleichbar, mit scharfen Grenzlinien, die oft nicht überschritten werden durften und mit Nachdruck verteidigt wurden.
In der Chemie der Zukunft gelten andere Einteilungskriterien, z. B. solche, bei denen es um die Funktion und Wirkungsweise von Stoffen geht oder ihre Dimensionen - von (vergleichsweise großen) biologischen zu (kleinen) molekularen und atomaren Objekten. Diese Betrachtungsweise führt zwangsläufig zu inter- und transdisziplinärem Arbeiten. An die Stelle des Forschungsreisenden und Entdeckers neuer (molekularer) Kontinente, der eine Mannschaft anführt, tritt das Team aus Spezialisten und Spezialistinnen, die dazu in der Lage sind, komplexe Zusammenhänge aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu betrachten und ihre jeweiligen Methoden zur Problemlösung einzusetzen. Der Physiker Alvin Weinberg misst die Bedeutung einer Wissenschaft daran, wie stark sie sich auf andere Wissensgebiete auswirkt, er spricht von “relatedness“. Diese ist gerade für die moderne Chemie als einer “central science“ überaus groß - auch wenn gelegentlich ihr Profil verloren zu gehen scheint bzw. es sich ändert: die Chemie wird zur Molekularwissenschaft par excellence.



Eine kurze Geschichte der Chemie



Dass sich die enorme Vielfalt der Welt - die uns umgebende Natur und auch wir selbst - auf ein “Aufbauprinzip“ zurückführen lassen könnte, in dem eben diese Vielfalt aus kleineren Bausteinen erzeugt wird, hatten bereits die frühen griechischen Philosophen vermutet. Und die Entwicklung der Chemie, die sich, von Alltagsbeobachtungen ausgehend, über die Alchemie in rund 2000 Jahren zu einer exakten Naturwissenschaft entwickelt hat, hat diesen Spekulationen recht gegeben. Heute wissen wir, dass es rund 100 Bausteine, die “chemischen Elemente“ gibt, aus denen unsere Welt besteht - und das schließt das Universum, so wie wir es bisher kennen, ein - und die durch eine unendliche Zahl von Kombinationen und Anordnungen zu immer neuen Strukturen zusammengesetzt werden können. Die Wissenschaft, die sich systematisch mit diesem Umbau der Materie beschäftigt, ist die Chemie, die Wissenschaft von der Metamorphose der stofflichen Welt.



Viele dieser Stoffe haben sich im Laufe von uns unvorstellbaren Zeiträumen im “Laboratorium Erde“ scheinbar von selbst gebildet. Isolieren wir diese Stoffe heute aus der lebenden Natur, so bezeichnen wir sie als “Naturstoffe“; das Reservoir struktureller Vielfalt, das die Natur uns zur Verfügung stellt, ist bis heute auch nicht annähernd ausgeschöpft, ja, wir kennen nicht einmal seine Größe und Komplexität. Im Grunde genommen zählen auch die Mineralien und Erze - also die “nichtlebende“ Natur - zu den Naturstoffen, werden aber aus historischen Gründen nicht unter diesem Begriff zusammengefasst.



Neben dieser natürlichen, gegebenen Chemie hat sich seit dem Ende des 18. Jahrhunderts, zuerst langsam und dann immer rascher, eine synthetische Chemie entwickelt. Eine Chemie, bei der wir Menschen gezielt, mit den obigen Bausteinen experimentieren, sie zu immer neuen Kombinationen zusammensetzen, um zum einen unser Wissen über die Verknüpfungsmöglichkeiten und die sie beherrschenden Gesetze zu erweitern (“Grundlagenforschung“), zum anderen aber um praktische, gesellschaftliche Wünsche zu befriedigen (“angewandte Forschung“), die von einer gesicherten Ernährung, über die Abwendung von Krankheiten bis zur Befriedigung unseres Bewegungsdrangs und unseres (überlebenswichtigen) Informationshungers reichen, um nur einige wichtige Gebiete aufzuzählen. Eine strikte Trennung von Grundlagen- und angewandter Forschung ist nicht möglich, die Übergänge zwischen beiden Gebieten sind fließend.



Chemie und Natur



Die chemischen Elemente haben sich in einem Evolutionsprozess gebildet, der lange vor den Vorgängen ablief, die schließlich zu dem führten, was wir heute “Leben“ nennen. Leben ist ohne die chemischen Elemente unmöglich, das heißt aber nicht, dass jedes chemische Element förderlich für das Leben und sein Fortbestehen wäre. Das Gegenteil ist richtig, es gibt zahllose Stoffe - sowohl Elemente als auch komplexe, in der Natur aus ihnen entstandene Verbindungen - die für uns Menschen hochtoxisch und absolut tödlich sind. Anders ausgedrückt: die Stoffe der Natur haben bestimmte Eigenschaften, die sie aufgrund der naturwissenschaftlichen Gesetze haben müssen, sie sind aber nicht dazu da, um uns Menschen dienlich zu sein. Wir können sie nutzen, und wenn wir das weise und mit Bedacht tun, können wir mit ihre Hilfe eine besseres, längeres, gesünderes und insgesamt angenehmeres Leben führen. Das ändert an ihren Eigenschaften nichts und folglich werden wir bei den erwähnten Stofftransformationen und Neukombinationen auch immer mit für uns giftigen Stoffen zu tun haben. Es ist eine Aufgabe der Chemie, diese unabänderlichen Risiken der Stoffveränderung zu minimieren und zu beherrschen. Eine für uns Menschen “ungiftige“ Chemie kann und wird es nicht geben.



Die gesellschaftlichen Entwicklungen der letzten Jahrzehnte haben den Menschen nachdrücklich vor Augen geführt, dass sie in einem System begrenzten Ressourcen leben. Für die Chemie ist das offenkundig. Spätestens seit den verschiedenen Erdölkrisen haben wir erkannt, dass das Erdöl, auf dem ein beträchtlicher Teil der von uns erzeugten Synthesestoffe, seien es Kunst- oder Farbstoffe, Medikamente, Agrochemikalien etc. beruht, in von Menschen erfassbaren Zeiträumen erschöpft sein wird. Aber dieses Ende bestimmter, von der Natur zur Verfügung gestellter Ausgangsmaterialien zeichnet sich auch für viele andere Stoffe ab, viele Metalle - ohne die es beispielsweise keine Informationstechnologie gäbe - aber auch lebenswichtige Stoffen wie etwa Phosphat (Düngemittelherstellung) werden in absehbarer Zeit “erschöpft“ sein.



Aber sind sie damit verschwunden? Nein, das sind sie nicht. Die chemischen Elemente sind, sieht man von Prozessen der Kernumwandlung ab, wie sie im Kernreaktor oder der Atombombe verlaufen - “ewig“. Aber sie werden durch die menschlichen Aktivitäten zunehmend in eine Form gebracht, die den Menschen (und vielen anderen Lebewesen) nicht mehr dienlich, im Einzelfall sogar schädlich ist. Das erwähnte Erdöl wird von uns überwiegend bei der Energieerzeugung in das Treibhausgas Kohlendioxid (und Wasser) umgewandelt, Metalle durch die menschliche Nutzung in eine letztlich statistische Verteilung gebracht. Es ist keineswegs so, dass diese Prozesse unumkehrbar wären: ein Metall, das in Form von Salzen gleichmäßig über die Ozeane der Erde verteilt wäre, ließe sich durchaus wieder in seinen metallischen Urzustand verwandeln. Aber nur durch einen Aufwand, der seinen Wert und seine Bedeutung entscheidend überstiege. Auch aus Kohlendioxid lässt sich durch die chemische Synthesekunst wieder Rohöl herstellen, aber mit Prozessen, die soviel Aufwand erforderten, das sein Wert in keinem Verhältnis zu den Kosten stünde.


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Prof. Dr. Henning Hopf

Henning Hopf ist Professor für organische Chemie an der Technischen Universität Braunschweig

Institut für organische Chemie, TU Braunschweig

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