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Ammonium

Ammonium

Das Ammonium-Ion NH4+ ist die konjugierte Säure zur Base Ammoniak NH3. Bild:Ammonium.PNG Ammoniak/Ammonium-Gleichgewicht in angesäuerter Lösung: NH3 + H3O+ ⇔ NH4+ + H2O Das Ammonium-Ion ist ein Kation, das chemisch ähnlich reagiert wie Alkalimetall-Ionen und Salze entsprechender Formel bildet, beispielsweise Ammoniumnitrat NH4NO3. In der Natur, beispielsweise im Boden und in Gewässern entsteht Ammonium-Stickstoff in erster Linie beim Abbau tierischer oder pflanzlicher Eiweiße. Das Ammonium wird im Boden und in Gewässern unter Sauerstoffverbrauch zu Nitrit und weiter zu Nitrat oxidiert. Dies erfolgt durch so genannte nitrifizierende Bakterien. Der Vorgang wird Nitrifikation genannt. Er ist im Boden durchaus erwünscht, denn dadurch wird aus Ammoniumdünger oder Gülle das für Pflanzen als Nährsalz wichtige Nitrat gebildet. In Gewässern ist die Nitrifikation Teil der Selbstreinigung. Übersteigt die Abwasserfracht die Selbstreinigungsfähigkeit des Gewässers, so entstehen daraus erhebliche ökologische Probleme.
- Der Vorgang selbst benötigt Sauerstoff. Dadurch kann - insbesondere wenn im Sommer bei höheren Temperaturen die Sauerstoffkonzentration ohnehin sinkt - der Sauerstoffgehalt stark zurückgehen. In Flüssen und Seen führt dies zu einem Sauerstoffdefizit, also Zonen, in denen das Wasser praktisch sauerstofffrei ist. In Seen kann dies zum Umkippen führen. Dabei treten intensive Fäulnisprozesse auf, die zu massiven, negativen Veränderungen des Ökosystems führen.
- Das entstehende Nitrat führt zu einer Überdüngung (Eutrophierung) und damit zur Massenvermehrung von Algen (Algenblüte). Die Algen erzeugen zwar tagsüber einen Überschuss an Sauerstoff, der an die Atmosphäre abgegeben wird. Nachts aber wird Sauerstoff aus dem Wasser veratmet. Zudem führen absterbende Algen zu einem erhöhten Sauerstoffverbrauch der Destruenten am Gewässerboden. Ammonium selbst ist relativ harmlos, steht aber im oben dargestellten Gleichgewicht mit Ammoniak, einem starken Gift. Dieses Gleichgewicht zwischen beiden Stoffen hängt maßgeblich vom pH-Wert und der Temperatur des Wassers ab. Der Anteil des Ammoniaks steigt entsprechend steigendem pH-Wert und steigender Temperatur. Ammoniumgehalte im Wasser von 0,5-1 mg/l werden als bedenklich für Fische eingestuft; Werte über 1 mg/l sind für Fischereizwecke nicht geeignet. Ammonium bildet bei der Elektrolyse mit einer Quecksilberkathode mit dem Quecksilber ein Ammoniumamalgam. Beim Erhitzen zersetzt sich dieses Amalgam unter Bildung von Ammoniak. Es ist unmöglich, Ammonium wie Natrium zu gewinnen. Ammonium im Urin weist auf Konkremente hin. Kategorie:Ammoniakverbindung Kategorie:Funktionelle Gruppe

Sure

Der Begriff Sure (arabisch سورة) bezeichnet einen Abschnitt des Korans, der heiligen Schrift des Islam. Die 114 Suren, die im Verlauf von über zwei Jahrzehnten nach der islamischen Glaubensvorstellung dem Religionsstifter Muhammad von Allah offenbart wurden, sind nicht inhaltlich oder chronologisch, sondern grob ihrer Länge nach absteigend geordnet. Eine Ausnahme bildet al-fatiha (الفاتحة), die Eröffnungssure, die, obwohl relativ kurz, am Anfang des Korans steht. Jede Sure trägt im Arabischen einen eigenen Namen, der auch beim Zitieren als Quellenangabe benutzt wird; die Zitierweise nach Surennummern ist nur im Westen üblich. Üblicherweise werden die Suren nach dem Ort und der Zeit der Offenbarung in mekkanisch und medinensisch unterteilt, dies ist in den üblichen Druckausgaben im Titel mit angegeben. Im Koran selbst kommt das Wort sura zehn mal vor, z.B. in Sure 24, Vers 1: »[Dies ist] eine Sure, die wir hinabgesandt und für verbindlich erklärt, und in der wir klare Zeichen (oder: Verse) hinabgesandt haben.« (Paret). Am Anfang jeder Sure, mit Ausnahme der neunten, die als Mahnung herabgesandt wurde, steht die Basmala. Die Suren gliedern sich wiederum in einzelne, in Reimprosa (sadsch`سجع) verfasste Verse, so genannte Ayat. Die Zahl der Verse wird im Surentitel mit angegeben. Die Herkunft dieses arabischen Wortes ist bis heute im Wesentlichen ungeklärt, ebenso eine eventuelle vorislamische Wortbedeutung. Im heutigen Arabisch wird das Wort nur im hier beschriebenen Sinne benutzt. Siehe auch: Liste islamischer Begriffe auf Arabisch, Portal:Religion, Liste der Koransuren Kategorie:Literarischer Begriff Kategorie:Islam

Chemie

Die Chemie (von arabisch al-kimiya' ) ist die Lehre vom Aufbau, Verhalten und der Umwandlung der chemischen Elemente und ihren Verbindungen sowie den dabei geltenden Gesetzmäßigkeiten. Die Chemie entstand in ihrer heutigen Form als exakte Naturwissenschaft im 17. und 18. Jahrhundert allmählich aus der Anwendung rationalen Schlußfolgerns auf Beobachtungen und Experimente der Alchemie. Einige der ersten großen Chemiker waren Robert Boyle, Humphry Davy, Jöns Jacob Berzelius, Joseph Louis Gay-Lussac, Joseph-Louis Proust, Marie und Antoine Lavoisier und Justus von Liebig. Justus von Liebig

Was ist Chemie?

Definition

Die Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit Stoffen (Substanzen), deren Umsetzung(en) (chemischen Reaktionen), sowie der Darstellung (Synthese), der Bestimmung und der Anwendung dieser Stoffe (bzw. deren Eigenschaften) beschäftigt. Da die für die Chemie relevanten Eigenschaften der Atome fast ausschließlich in ihrer elektronischen Struktur (Elektronenhülle) begründet liegen, können grundlegende Aufgabengebiete der Chemie auch als „Physik der äußeren Elektronenhülle“ betrachtet werden. Der Atomkern hat praktisch keinen Einfluss auf chemische Prozesse. Untersuchungen zum Aufbau von Atomkernen fallen nicht in den Bereich der Chemie, sondern sind Bestandteil der Kernphysik.

Stoff und Stoffumsetzung

Die chemisch kleinsten Grundbausteine, aus denen alle uns umgebenden Materialien bestehen, sind die Elemente, welche sich zu chemischen Verbindungen zusammenschließen. Eine Stoffumsetzung nennt man chemische Reaktion; sie steht im Zentrum der Chemie. In einer chemischen Reaktion kommt es niemals zu Elementumwandlungen, was die Chemie als Naturwissenschaft grundsätzlich von der mittelalterlichen Vorstellung der Alchemie abgrenzt. Elementumwandlungen sind rein physikalische Prozesse (z.B. radioaktiver Zerfall).

Atom und Molekül

Alchemieen umkreisen einen Kern aus zwei Protonen und zwei Neutronen]] Atome sind für den Chemiker die Grundbausteine der Materie, da sie sich chemisch nicht in kleinere Einheiten spalten lassen. Ein chemisches Element besteht aus Atomen mit einer bestimmten Anzahl an Protonen im Kern. Chemische Elemente können dennoch aus verschiedenen Atomen (Isotope) bestehen, die sich in der Anzahl an Neutronen im Kern unterscheiden. Verschiedene Isotope zeigen gleiches chemisches, aber unterschiedliches physikalisches Verhalten (z.B. Siedepunkt, Schmelzpunkt). Die chemischen Elemente können in mannigfaltiger Weise chemische Bindungen untereinander eingehen. Dann spricht man von einer chemischen Verbindung. Je nach Polarität der Bindung zwischen den Elementen unterscheidet man unpolare kovalente Bindungen, polare kovalente Bindungen und ionische Bindungen, in denen mindestens ein Elektron der miteinander eine chemische Verbindung eingehenden Elemente oder Moleküle ganz bei einem Bindungspartner lokalisiert ist. Verbindungen, in denen die Elemente kovalent miteinander gebunden sind nennt man Moleküle. Verbindungen, die ionisch aufgebaut sind, nennt man Salze. Von Molekülionen spricht man, wenn elektrisch geladene Moleküle vorliegen. Des weiteren spricht man von einer metallischen Bindung, wenn die äußeren Elektronen, die für eine chemische Bindung zur Verfügung stehen, zwischen den Atomen delokalisiert und frei beweglich sind. Die chemischen Elemente selbst liegen als Metalle, als Moleküle (z.B. die zweiatomigen Gase der 2. Periode: O2, N2, F2) oder als Atome (ausschließlich die Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe und Rn) vor. Die Art und Weise, wie sich die Atome eines Elementes verbinden, kann dabei immer noch unterschiedlich sein und zu so unterschiedlichen Substanzen wie Graphit und Diamant führen, beides Modifikationen elementaren Kohlenstoffs. Auch kann ein Element als eine metallische und als eine Modifikation mit kovalenten Bindungen vorliegen, z.B. Zinn. Für die chemischen Eigenschaften einer Verbindung ist es jedoch nicht nur entscheidend, welche Atome sie enthält, sondern wie diese miteinander verbunden sind (siehe Chemische Bindung). Bei bestimmten chemischen Verbindungen, vor allem bei Proteinen, sind nicht nur die Bindungen zwischen den Atomen maßgeblich für die chemischen Eigenschaften sondern auch die räumliche Ausrichtung dieser Bindungen. Die Herausforderung bei der chemischen Synthese besteht in der Regel darin, selektiv Bindungen zwischen einzelnen Atomen der Reaktandmoleküle zu lösen und/oder zu knüpfen, um dadurch eine gewünschte Substanz (Reaktionsprodukt) herzustellen.

Bedeutung der Chemie

Geschichte der Chemie

Hauptartikel: Geschichte der Chemie Die Chemie entwickelte sich aus der Alchemie, die in China, Europa und Indien schon seit Jahrtausenden praktiziert wurde. Alchemie war die Untersuchung von Materie, wobei die Vorstellungswelt der Alchemisten nicht auf wissenschaftlichen Untersuchungen basierte, sondern auf Erfahrungstatsachen und empirischen Rezepten. Das Ziel ihrer Untersuchungen war eine Substanz mit dem Namen Stein der Weisen, die Stoffe wie Blei in Gold verwandeln sollte. Alchemisten führten eine große Auswahl Experimente mit vielen Substanzen durch, um diesen Stoff zu finden. Sie notierten ihre Entdeckungen und verwendeten für ihre Aufzeichnungen die gleichen Symbole, wie sie auch in der Astrologie üblich waren. Die mysteriöse Art ihrer Tätigkeit und die dabei fabrizierten farbigen Flammen, Rauch oder Explosionen führten dazu, dass sie als Magier und Hexer bekannt und teilweise verfolgt wurden. Für ihre Experimente entwickelten die Alchemisten die gleichen Apparaturen, wie sie heute noch in der chemischen Verfahrenstechnik verwendet werden. Ein bekannter Alchemiker war Albertus Magnus. Er befasste sich als Kleriker mit diesem Themenkomplex und fand bei seinen Experimenten ein neues chemisches Element, das Arsen. Kein Alchemiker hat allerdings je den Stein der Weisen entdeckt und im 17. Jahrhundert wurde die alchemistische Arbeitsweise durch wissenschaftliche Methodik ersetzt. Einiges vom Wissen der Alchemisten wurde von den ersten Chemikern verwendet, die ihre Arbeit auf logische Schlussfolgerungen ihrer Beobachtungen gründeten und nicht auf der Idee, beispielsweise Blei in Gold zu verwandeln. wissenschaft Entscheidende Impulse erhielt die Chemie als Wissenschaft im 19. Jahrhundert. Die Arbeiten von Justus von Liebig über die Wirkungsweise von Dünger begründeten die Agrarchemie und lieferten wichtige Erkenntnisse über die anorganische Chemie. Die Suche nach einem synthetischen Ersatz für den Farbstoff Indigo zum Färben von Textilien waren der Auslöser für die bahnbrechenden Entwicklungen der organischen Chemie und der Pharmazie. Auf beiden Gebieten hatte man in Deutschland bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts eine absolute Vorrangstellung. Dieser Wissensvorsprung ermöglichte es beispielsweise, den zur Führung des ersten Weltkrieges notwendigen Sprengstoff statt aus importierten Nitraten mit Hilfe der Katalyse aus dem Stickstoff der Luft zu gewinnen (siehe Haber-Bosch-Verfahren). Die Autonomiebestrebungen der Nationalsozialisten gaben der Chemie als Wissenschaft weitere Impulse. Um von den Importen von Erdöl unabhängig zu werden, wurden Verfahren zur Verflüssigung von Steinkohle entwickelt (Fischer-Tropsch-Synthese). Ein weiteres Beispiel war die Entwicklung von synthetischem Kautschuk für die Herstellung von Fahrzeugreifen. In der heutigen Zeit ist die Chemie ein wichtiger Bestandteil der Lebenskultur geworden. Chemische Produkte umgeben uns überall, ohne dass wir uns dessen bewusst sind. Allerdings haben Unfälle der chemischen Großindustrie wie beispielsweise die von Seveso und Bhopal der Chemie ein sehr negatives Image verschafft, so dass Slogans wie "Weg von der Chemie!" sehr populär werden konnten. Die Forschung entwickelte sich um die Wende zum 20. Jahrhundert soweit, dass vertiefende Studien des Atombaus nicht mehr zum Bereich der Chemie gehören, sondern zur Atomphysik bzw. Kernphysik. Diese Forschungen lieferten dennoch wichtige Erkenntnisse über das Wesen der chemischen Stoffwandlung und der chemischen Bindung. Weitere wichtige Impulse gingen dabei auch von Entdeckungen in der Quantenphysik aus (Elektronen-Orbitalmodell).

Chemie im Alltag

Chemische Reaktionen im Alltag finden zum Beispiel beim Kochen, Backen oder Braten statt, wobei oft gerade die hier ablaufenden, recht komplexen Stoffumwandlungen zum typischen Aroma der Speise beitragen. Weiterhin wird Nahrung chemisch zerlegt und mit körpereigenen Abbauvorgängen in Bestandteile und auch Energie umgewandelt (Biochemie). Eine gut beobachtbare chemische Reaktion ist die Verbrennung. Haarfärbung, Verbrennungsmotoren, Handy-Displays, Waschmittel, Dünger, Arzneimittel u.v.m. sind weitere Beispiele für Anwendungen der Chemie im alltäglichen Leben. Im Alltag wird der Begriff 'Chemie' oft in einem eingeschränkten Sinn als Abkürzung für 'Produkt der chemischen Industrie' verwendet, zum Beispiel bei der 'Chemischen Reinigung': Diese reinigt Textilien mit (synthetischen) Lösungsmitteln. Der Reinigungsvorgang selbst ist in der Regel ein Lösen der Verunreinigung (beispielsweise eines Fettflecks) im Lösungsmittel und damit kein chemischer Prozess (Stoffumwandlung) im eigentlichen Sinne, sondern ein physikalischer Vorgang (Lösen)! Im Gegensatz dazu ist das manchmal als 'Putzen ohne Chemie' gepriesene Auflösen von Kalkflecken mit Essig oder Zitronensaft sehr wohl ein chemischer Vorgang, da dabei festes Calciumcarbonat (Kalk) durch die Säuren zu löslichem Hydrogencarbonat bzw. Kohlenstoffdioxid umgesetzt wird.

Chemie als Wissenschaft

Die Chemie befasst sich mit den Eigenschaften der Elemente und Verbindungen, mit den möglichen Umwandlungen eines Stoffes in einen anderen, macht Vorhersagen über die Eigenschaften für bislang unbekannte Verbindungen, liefert Methoden zur Synthese neuer Verbindungen und Messmethoden um die chemische Zusammensetzung unbekannter Proben zu entschlüsseln. Obwohl alle Stoffe aus vergleichsweise wenigen "Bausteinsorten", nämlich aus etwa 80 bis 100 der 118 bekannten Elemente aufgebaut sind, führen die unterschiedlichen Kombinationen und Anordnungen der Elemente zu einigen Millionen sehr unterschiedlichen Verbindungen, die wiederum so unterschiedliche Materieformen wie Wasser, Sand, Pflanzen- und Tiergewebe aufbauen. Die Art der Zusammensetzung bestimmt schließlich die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Stoffe und macht damit die Chemie zu einer recht umfangreichen Wissenschaft.
Wie in allen Naturwissenschaften ist auch in der Chemie das Experiment die tragende Säule. An ihm werden Theorie über die Art der Umwandlung eines Stoffes in einen anderen Stoff entworfen, überprüft, erweitert und wenn nötig auch verworfen. Fortschritte in den verschiedenen Teilgebieten der Chemie sind oftmals die unabdingbare Voraussetzung für neue Erkenntnisse in anderen Disziplinen, besonders in den Bereichen Biologie und Medizin, aber auch im Bereich der Physik (zum Beispiel Herstellung neuer Supraleiter). An der Schnittstelle zwischen Chemie und Biologie hat sich als weites Fachgebiet die Biochemie etabliert, die für das Verständnis der Lebensvorgänge, die untrennbar mit Stoffumsätzen verbunden sind, unentbehrlich ist. Dieser Sachverhalt wird manchmal mit dem Satz "Alles Leben ist Chemie" zum Ausdruck gebracht, da die meisten 'greifbaren' und messbaren Vorgänge im lebenden Organismen auf chemischen Reaktionen beruhen. Für die Medizin ist die Chemie bei der Suche nach neuen Medikamenten und bei der Herstellung von Arzneimitteln unentbehrlich. Die Ingenieurwissenschaften suchen häufig je nach Anwendung nach maßgeschneiderten Materialien (leichte Materialien im Flugzeugbau, beständige und belastbare Baustoffe, hochreine Halbleiter...). Hier hat sich als Schnittstelle zwischen Chemie und den Ingenieurswissenschaften die Materialwissenschaft entwickelt.

Wirtschaftliche Bedeutung der Chemie

Die chemische Industrie ist - gerade auch in Deutschland - ein sehr bedeutender Wirtschaftszweig: In Deutschland liegt der Umsatz der Chemieindustrie bei über 100 Milliarden Euro, die Zahl der Beschäftigten lag nach der Wiedervereinigung Deutschlands bei über 700 000 und ist jetzt unter 500 000 gesunken. Sie stellt einmal Grundchemikalien wie beispielsweise Schwefelsäure oder Ammoniak her - oft im Maßstab von Millionen von Tonnen jährlich -, die sie dann zum Beispiel zur Produktion von Düngemitteln und Kunststoffen verwendet. Andererseits produziert sie viele komplexe Stoffe, insbesondere Medikamente, maßgeschneidert für spezielle Zwecke. Auch die Herstellung von Computern, Kraft- und Schmierstoffen für die Automobilindustrie und vielen anderen technischen Produkten ist ohne industriell hergestellte Chemikalien unmöglich.

Ansehen der Chemie

Die Chemie hat in der Öffentlichkeit - auch aufgrund von Chemiekatastrophen und Umweltskandalen - ein relativ schlechtes Ansehen. Viele Fachleute empfinden dies angesichts des Nutzens und der allgemeinen Bedeutung der Chemie und bezogen auf die heutige Situation in Europa für nicht gerechtfertigt, weil hier unter anderem durch eine ziemlich strikte Gesetzgebung (Chemikaliengesetz, Gefahrstoffverordnung) eine vergleichsweise sichere Handhabung von Chemikalien gewährleistet ist. Um dem entgegenzuwirken, wurde das Jahr 2003 von verschiedenen Trägerorganisationen zum "Jahr der Chemie" ([http://www.jahr-der-chemie.de Netseite]) erklärt.

Fachrichtungen

Üblicherweise wird die Chemie in drei große Bereiche eingeteilt.
- Anorganische Chemie (Chemie der Elemente und der Verbindungen ohne Kohlenstoffkette)
- Organische Chemie (Chemie der Kohlenstoffverbindungen)
- Physikalische Chemie (Anwendung mathematisch-physikalischer Methoden auf chemische Problemstellungen) Die traditionelle aber auch etwas willkürliche Unterscheidung zwischen anorganischer und organischer Chemie wird auch heute noch beibehalten. Ein Grund besteht darin, dass die organische Chemie stark vom Molekül bestimmt wird, die anorganische Chemie oft von Ionen, Kristallen, Komplexverbindungen und Kolloiden. Ein Gebiet, in dem sich die beiden Fachbereiche stark überlappen, ist die Organometallchemie. Die Physikalische Chemie unterscheidet sich von Anorganik und Organik nicht durch das Untersuchungsobjekt, sondern dadurch, dass hier versucht wird, selbiges mittels physikalischer Modelle zu beschreiben. Neben diesen drei großen Bereichen gibt es noch eine ganze Reihe weiterer Fachgebiete, die oft in einem Grenzbereich zu einer anderen Wissenschaft angesiedelt sind.
- Die Allgemeine Chemie befasst sich mit den Grundlagen der Chemie
- Die Technische Chemie beschäftigt sich mit der Umsetzung von chemischen Reaktionen im Labormaßstab auf großmaßstäbliche Industrieproduktion.
- Die in lebenden Organismen vorkommenden und umgesetzten Stoffe sind Thema der Biochemie
- Die für lebende Organismen schädlichen Substanzen werden in der Toxikologie behandelt
- Die Kernchemie, auch Radiochemie genannt, behandelt die Eigenschaften und Umsetzungen radioaktiver Stoffe
- Die Theoretische Chemie versucht durch Rechnung und/oder Computersimulation Eigenschaften von Stoffen vorherzusagen und physikalische Modelle zu entwickeln.
- Die Makromolekulare Chemie befasst sich mit Polymeren
- Die Chemie im Weltall wird von der Kosmochemie behandelt
- Das Hauptziel der Computerchemie ist es, Software zu erstellen und anzuwenden, um Eigenschaften von Molekülen zu berechnen.
- Die Geochemie beschäftigt sich mit dem stofflichen Aufbau der Erde
- ... Eine weitere Möglichkeit ist es, die Chemie nach der Zielrichtung in die untersuchende, 'zerlegende' Analytische Chemie und in die aufbauende, produktorientierte Präparative- oder Synthetische Chemie aufzuspalten. In der Lehrpraxis der Universitäten ist die Analytische Chemie oft als Unterrichtsfach vertreten, während die Synthetische Chemie im Rahmen der organischen oder anorganischen Chemie behandelt wird.

Chemie in der Wikipedia

Das Wikipedia-Chemie-Portal

Allgemeine Chemie

:Chemische Grundbegriffe :Elemente (alphabetisch) :Periodensystem der chemischen Elemente :Atommodell :Substanzen :Chemische Reaktionen :Verbindungen :Chemikalienliste :Liste der Säuren :Liste der Laborgeräte :chemische Gefahrenzeichen :Liste der Liganden-Abkürzungen

Anorganische Chemie

:Metalle :Nichtmetalle :Festkörperchemie :Komplexchemie

Organische Chemie

:Namensreaktionen :Nomenklatur :Kunststoffchemie :Naturstoffchemie :Petrochemie :Stereochemie

Physikalische Chemie

:Thermodynamik :Kinetik :Quantenmechanik :Elektrochemie :Kristallographie :Molekülspektroskopie

Biochemie

:Genetik :Biotechnologie :Medizinische Chemie :Pharmazeutische Chemie

Theoretische Chemie

:Quantenmechanik :Quantenchemie :Thermodynamik :Statistische Mechanik

Analytische Chemie

:Qualitative Analyse :Quantitative Analyse :Anorganische analytische Chemie :Organische analytische Chemie :Lebensmittelchemie :Mikrochemie und Spurenanalyse :Klinische Chemie (vgl. Labormedizin) und Toxikologie :Chemometrik :Chromatographische Analysenverfahren :Spektroskopische Analysenverfahren

Technische Chemie

:Chemische Verfahrenstechnik :Chemische Reaktionstechnik

Spezielle Chemie

:Bioanorganische Chemie :Geochemie :Kosmochemie :Lebensmittelchemie :Metallorganische Chemie (oder Organometallchemie) :Umweltchemie :Wasserchemie

Chemische Grundbegriffe


- Chemische Grundbegriffe

Chemischer Formalismus


- chemischer Formalismus

Berühmte Chemiker


- Bedeutende Chemiker (chronologisch) (nach Geburtsdatum geordnet)
- Bedeutende Chemiker (alphabetisch)
- Bedeutende Chemiker (Kategorien) (nach den Fachgebieten geordnet, dort alphabetisch)
- Liste der Nobelpreisträger für Chemie, Nobelpreisträger

Literatur


- Eine Zusammenstellung von ausgewählten Beiträgen aus Spekturm der Wissenschaft: Digest: Moderne Chemie. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg, Juni 1995,
- Pedro Cintas: Der Weg zu chemischen Namen und Eponymen: Entdeckung, Priorität und Würdigung. Angewandte Chemie 116(44), S. 6012 - 6018 (2004),
- Joachim Kranz; Manfred Kuballa: Chemie im Alltag, Berlin, 2003, 3-589-21692-1

Weblinks


- [http://dc2.uni-bielefeld.de Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie]
- [http://www.versuchschemie.de Chemieforum und Experimente]
- [http://www.chemikalien.de Portal mit Forum zur Chemie]
- [http://www.chemie-lk.de Chemie-Portal mit Forum für den Chemie-Leistungskurs]
- [http://www.TOMCHEMIE.de Chemie-Portal mit Forum und einem Chemiechat, Tomchemie]
- [http://www.chemie.de Deutsches Chemie-Portal]
- [http://www.Netchemie.de Netchemie - Chemie für Schule Studium und Alltag: Lexika, Versuche, Software und Forum]
- [http://www.cci.ethz.ch/de/start.html Chemische Experimente auf dem WEB] - Ziel dieses Angebotes der ETHZ ist es, den Studierenden und Dozierenden auf Video aufgezeichnete Experimente jederzeit bereitzustellen
- [http://www.experimentalchemie.de Experimentalchemie.de] - Chemische Experimente für Unterricht und zu Showzwecken ---- ! als:Chemie ja:化学 ko:화학 ms:Kimia simple:Chemistry th:เคมี

Alkalimetall

Die chemischen Elemente der 1. Hauptgruppe des Periodensystems (Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium) werden auch als Alkalimetalle bezeichnet. Die Atome der Alkalimetalle besitzen ein einzelnes Valenzelektron.

Erklärung des Namens

"Al-quali" ist arabisch für: "aus Pflanzenasche". Das Kalium ist ein Bestandteil der Pottasche.

Eigenschaften

Alkalimetalle sind metallischglänzende (Ausnahme: Cäsium - goldglänzend), weiche Leichtmetalle, alle sind mit dem Messer schneidbar. Sie sind sehr unbeständig und reagieren mit vielen Stoffen äußerst heftig. Deswegen werden sie unter Schutzflüssigkeiten wie Paraffin oder Petroleum aufbewahrt. Als Elemente der ersten Gruppe des Periodischen Systems besitzen sie nur ein schwach gebundenes s1 Elektron, das von elektronegativeren Elementen, Gruppen und Stoffen leicht eingefangen wird. In Verbindungen kommen sie nur als 1-wertiges Kation vor. Der Radius der Elementatome sowie der Kationen nimmt mit steigender Massezahl stark zu. Analog dazu verhalten sich viele andere Eigenschaften der Alkalimetalle:
- Abnahme der Ionisierungsenergie
- Abnahme der Elektronenaffinität
- Abnahme der Elektronegativität
- Zunahme der Basizität Alkalimetalle und ihre Salze besitzen eine spezifische Flammenfärbung: Lithium(-salz) färbt Flammen rot, Natrium(-salz) färbt Flammen gelborange, Kalium(-salz) färbt Flammen violett, Rubidium(-salz) färbt Flammen rot und Caesium(-salz) färbt Flammen blauviolett. Aufgrund dieser Flammenfärbung werden Alkalimetallverbindungen für Feuerwerke benutzt. In der Atomphysik werden Alkalimetalle häufig eingesetzt, da sie sich aufgrund ihrer besonders einfachen elektronischen Struktur besonders einfach mit Lasern kühlen lassen.

Allgemeines Reaktionsverhalten


- Reaktion mit Wasserstoff unter Bildung von salzartigen Hydriden:
2 Me + H2 -> 2 MeH
Die thermische Beständigkeit der Hydride nimmt vom LiH zum CsH ab. Alkalihydride werden gerne als Reduktionsmittel eingesetzt (v.a. in der organischen Chemie).
- Reaktion mit Sauerstoff unter Bildung von festen weißen Oxiden (Li), Peroxiden (Na) und Superoxiden (K,Rb,Cs):
4 Li + O2 -> 2 Li2O
2 Na + O2 -> 2 Na2O2
Me + O2 -> MeO2; Me=K,Rb,Cs
- Reaktion mit Wasser zu den Hydroxiden: 2 Me + 2 H2O -> 2 MeOH + H2; Vom Lithium zum Cäsium steigt die Reaktivität stark an (ab Kalium Selbstentzündung)
- Reaktion mit Halogenen zu den entsprechenden Salzen:
2 Me + Hal2 -> 2 MeHal; Reaktivität steigt vom Lithium zum Cäsium und sinkt vom Fluor zum Iod. So reagiert Natrium mit Iod kaum und mit Brom sehr langsam, während die Reaktion von Kalium mit Brom und Iod zur Explosion führt.
- Halogenkohlenwasserstoffen können sie das Halogen entziehen: CCl4 + 4 Na -> 4 NaCl + C
- Alkalinitrate zerfallen beim Erhitzen zu Sauerstoff und einem Alkalinitrit: 2Me(NO3) ->2Me(NO2)+O2

Siehe auch


- Zintlphasen
- Portal:Chemie Kategorie:Stoffgruppe ja:アルカリ金属 ko:알칼리 금속 ms:Logam Alkali th:โลหะแอลคาไล

Salze

Salze sind chemische Verbindungen (häufig aus Metall und Nichtmetall), die eine aus Ionen bestehende Kristallstruktur haben. Salze sind für den Menschen unentbehrlich. Das wichtigste Salz ist das Kochsalz (=Natriumchlorid). Es wurde im Mittelalter auch das „weiße Gold genannt“. Salz war stets ein wichtiges Handelsgut. Es fand sogar mehrfache Erwähnung in der Bibel. Viele Städte tragen das Wort Salz (oder das Keltische Wort Hall) im Namen. (zum Beispiel Halle, Reichenhall, Hallein, Hall, Schwäbisch Hall, Salzburg, Salzgitter, Bad Salzuffeln, Salzdettford, Bad Salzschlirf). Menschen gewinnen Salz entweder durch Meerwasserentsalzung, Salzstöcke oder aus Solen. Städte, die im Mittelalter über Salzlager verfügten waren in der Regel dadurch sehr reich. Gebrauch von Salzen: Kochsalz, Soda (für Seifensiedereien, Glashütten), Waschstoff, Chlorherstellung (Bleich- und Desinfektionsmittel, für die PVC-Herstellung), Streusalz, Charakteristische Eigenschaften von Salzen:
- Salze sind aus Ionen aufgebaut
- Salzschmelzen und wässrige Lösungen leiten den elektrischen Strom (freie bewegliche Elektronen)
- Salzkristalle leiten den elektrischen Strom nicht!
- Salze sind bei Raumtemperatur Feststoffe. Sie haben einen hohen Schmelzpunkt
- Salzkristalle sind hart und spröde
- Sie bestehen immer aus einem oder mehreren Metallion und einem oder mehreren Säurerestion
- Nach „außen“ hin sind Salze ungeladen
- Salze besitzen in der Regel eine hohe Schmelz- und Siedetemperatur, eine geringe Härte, meist eine geringe thermische Ausdehnung und Kompressibilität. Beispiele: Salpeter, Kochsalz

Möglichkeiten der Salzbildung in Natur und im Labor

1. Reaktionsprodukte einer Säure mit einer Base. Die allgemeine Reaktionsgleichung dazu lautet: Säure + Base → Salz + Wasser.
- Beispiel 1 Salzsäure + Natriumhydroxid → Natriumchlorid + Wasser HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)
- Beispiel 2 Schwefelsäure + Bariumhydroxid → Bariumsulfat + Wasser H2SO4 (aq) + Ba(OH)2 (aq) → BaSO4 (s) + 2 H2O (l) 2. Salzbildung aus Metalloxid und Säure
- Beispiel Herstellung von frischem Kalkwasser Kalziumoxid wird mit Wasser vermischt (und anschließend filtriert) CaO + H2O → Ca(OH)2 3. Salzbildung aus Nichtmetalloxid und Lauge Entsprechend der obigen Reaktion verbinden sich Nichtmetalle mit Lauge zu Salzen Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O + E Anmerkung: Im Grunde entsprechen die Wege 2. und 3. dem ersten, da in Nichtmetalloxide mit Wasser Säuren bildet und Metalloxide mit Wasser Laugen entstehen lassen. 4. Salzbildung aus den Elementen Metalle und Nichtmetalle reagieren teilweise heftig miteinander und bilden dabei Salz.
- Beispiel' Mg + I2 → MgI2

Typen von Salzen

Salze setzen sich immer aus Metallionen und Säurerestionen zusammen. Demzufolge kann man sie nach den Metallionen oder den Säureresten klassifizieren. Letzteres ist umgangssprachlich häufiger, wenn z.B. von Phosphaten die Rede ist. Hier eine Übersicht über verschiedene Salze nach ihren Säureresten geordnet:
- Halogensalze
  - Bromide
  - Chloride
  - Fluoride
  - Iodide
- Salze von anorganischen Säuren
  - Azide
  - Borate
  - Carbonate
  - Chlorate
  - Cyanate
  - Cyanide
  - Dihydrogenphosphate
  - Hydrogencarbonate
  - Hydrogenphosphate
  - Hydrogensulfate
  - Hydrogensulfide
  - Hydrogensulfite
  - Hypochlorite
  - Iodate
  - Iodite
  - Isocyanate
  - Nitrate
  - Nitrite
  - Perchlorate
  - Periodate
  - Phosphate
  - Sulfate
  - Peroxodisulfate
  - Sulfide
  - Disulfide
  - Sulfite
  - Thiocyanate (Rhodanide)
- Salze von organischen Säuren
  - Acetate
  - Butyrate
  - Citrate
  - Formiate
  - Glutamate
  - Lactate
  - Pyruvate
- andere Salze
  - Carbide
  - Oxide
  - Peroxide
  - Silikate
  - Friedelsches Salz

Siehe auch


- Doppelsalze, Speisesalz Kategorie:Stoffgruppe ja:塩 simple:Salt

Stickstoff

Der Name Stickstoff bezeichnet das chemische Element aus dem Periodensystem der Elemente mit dem Symbol N und der Ordnungszahl 7. Man spricht auch von atomarem Stickstoff. Elementar tritt Stickstoff jedoch nur in Form eines kovalenten Homodimers, einer chemischen Verbindung aus zwei Stickstoff-Atomen, auf (→ molekularer Stickstoff, auch Distickstoff (vgl. Disauerstoff), Summenformel N2). Molekularer Stickstoff ist ein Hauptbestandteil der Luft. Er ist in der Umwelt ein wichtiger Dünger, der durch Stickstofffixierung auf natürlichem Wege im Humus angereichert wird. In atomarer Form ist er als Baustein der Proteine ein wichtiges Hauptnährelement aller Organismen. Stickstoff ist ein zentrales Element im Stickstoffkreislauf der Ökosysteme und wurde, da es in Mineralien relativ selten auftritt, auf der Erdoberfläche und im Wasser fast ausschließlich biotisch angereichert. Das Elementsymbol N leitet sich von der lateinischen Bezeichnung nitrogenium (von altgriech. νιτρον „Laugensalz“ und altgriech. γενος „Herkunft“) ab. Die deutsche Bezeichnung Stickstoff erinnert daran, dass molekularer Stickstoff Flammen löscht („erstickt“).

Geschichte

Nitrate und Ammoniumsalze wurden schon von Alchemisten verwendet. Carl Wilhelm Scheele wies 1771 Stickstoff als Bestandteil der Luft nach. Erstmals im Jahr 1774 wurde Ammoniak von Joseph Priestley dargestellt. Durch die Einführung des Frank-Caro-Verfahrens (Kalkstickstofferzeugung nach Adolf Frank und Heinrich Caro) wurde der Luftstickstoff erstmals Anfang des 20. Jh. nutzbar gemacht. Ebenfalls Anfang des 20. Jahrhunderts wurden weitere wichtige Verfahren großtechnisch verfügbar. Zu diesen Verfahren zählen unter anderem die Gewinnung von Salpetersäure (Birkeland-Eyde-Verfahren, nach Kristian Birkeland und Sam Eyde), die katalytische Ammoniakverbrennung nach Wilhelm Ostwald sowie die Ammoniaksynthese nach Fritz Haber und Carl Bosch. 1906 gelang es dem niederländischen Physiker Heike Kamerlingh Onnes erstmals flüssigen Stickstoff mit -195,80 °C herzustellen.

Vorkommen

In der Erdatmosphäre sind 75,5 Massen-Prozent oder 78,7 Volumen-Prozent Stickstoff enthalten. In der Erdkruste kommt Stickstoff nur zu 0,03 % vor. Stickstoffhaltige Mineralien sind relativ selten. In der Natur gibt es zahlreiche wichtige organische Stickstoffverbindungen, wie beispielsweise Eiweiße und Nukleinsäuren. In Form der anorganischen Nitrate und Ammoniumverbindungen erfolgt die Aufnahme bei Pflanzen über die Wurzeln. Umgekehrt werden beim Abbau organischen Materials (beispielsweise durch Verwesung) diese Verbindungen wieder frei gesetzt und stehen dem Stoffkreislauf wieder zur Verfügung (Stickstoffkreislauf).

Gewinnung/Darstellung

Primär wird Stickstoff heute durch die fraktionierte Destillation verflüssigter Luft gewonnen. Dieser ist aber meistens noch durch Sauerstoff und Edelgase verunreinigt. Für das Entfernen des verbliebenen Sauerstoffs gibt es eine biologische Methode unter Verwendung von Reis-Keimlingen. Großtechnisch erfolgt die Herstellung von Stickstoff im Rahmen des Haber-Bosch-Verfahrens zur Ammoniak-Synthese. Eine andere Möglichkeit ist das Binden des Luftsauerstoffs unter Erhitzen an Kohle und das anschließende Auswaschen des entstandenen Kohlendioxids. Der Luftsauerstoff kann auch durch das Überleiten der Luft über glühendes Kupfer oder durch eine alkalische Pyrogallol- bzw. Natriumdithionit-Lösung entfernt werden. Im Labor kann reiner Stickstoff durch Erhitzen auf einer wässrigen Ammoniumnitrit-Lösung oder einer Lösung des Gemisches Ammoniumchlorid/Natriumnitrit etwa 70 °C dargestellt werden: \mathrmT\mathrm Alternativ ist eine Thermolyse von Natriumazid möglich, die zur Darstellung von spektroskopisch reinem Stickstoff verwendet wird. \mathrmT\mathrm

Eigenschaften

Molekularer Stickstoff ist ein farb-, geruch- und geschmackloses Gas, welches bei tiefen Temperaturen zu einer farblosen Flüssigkeit kondensiert. Stickstoff ist in Wasser wenig löslich (2,33 ml Stickstoff in 100 ml Wasser bei 0 °C). Stickstoff geht in seinen Verbindungen vorzugsweise kovalente Bindungen ein. In der 2s2p3 Elektronenkonfiguration führt die Bildung von drei Kovalenzen zur Oktettkomplettierung. Verbindungen, in denen dieser Bindungstypus vorkommt, sind beispielsweise:
- Ammoniak
- Amine
- Hydrazin
- Hydroxylamin Diesen Verbindungen ist allen eine trigonale pyramidale Struktur und ein freies Elektronenpaar zu eigen. Über dieses freie Elektronenpaar können diese Verbindungen als Nukleophile und als Basen agieren. Der in der Natur vorkommende molekulare Distickstoff N2 ist durch die im Stickstoffmolekül vorhandene stabile Dreifachbindung und die damit verbundene hohe Bindungsdissoziationsenergie von 942 kJ/mol sehr reaktionsträge. Entsprechend hoch ist die erforderlichen Aktivierungsenergie, die gegebenenfalls durch geeignete Katalysatoren verringert werden kann. In einer Veröffentlichung im August 2004 gaben Forscher vom Max-Planck-Institut für Chemie in Mainz bekannt, dass sie unter Drücken von über 110 GPa bei einer Temperatur von über 2000 K eine neue kristalline Form, sogenannten polymeren Stickstoff mit Einfachbindungen erzeugt haben [http://www.mpg.de/bilderBerichteDokumente/dokumentation/pressemitteilungen/2004/pressemitteilung200408022/index.html].

Isotope

Neben den beiden natürlichen Isotopen 14N und 15N gibt es künstliche Isotope mit Massenzahlen von 12 bis 19. Deren Halbwertszeit beträgt zwischen 9,97 Minuten und 11 Millisekunden.

Verbindungen

Verbindungen, in denen Stickstoff vorkommt:
- Stickstoffmonoxid
- Stickstoffdioxid
- Stickstofftetroxid
- Distickstoffoxid
- Aminosäuren
- Peptide
- Proteine
- Spermin
- Jodstickstoff
- Farbstoffe
- Nitrate, Nitrite, Nitride

Verwendung

Technisch wird Stickstoff zur Synthese von Ammoniak und Kalkstickstoff sowie als Schutzgas beim Schweißen, als Lampenfüllung und bei chemischen Reaktionen verwendet. Darüber hinaus finden Stickstoffverbindungen mannigfaltige Anwendungen im Bereich der organischen Chemie und dienen als Düngemittel. Stickstoff wird auch zur Füllung von Autoreifen angeboten. Es ist bisher nicht nachgewiesen, dass dies für Fahrzeugreifen im Straßenverkehr irgendeinen Vorteil bewirkt. Kritiker vermuten, dass es sich lediglich um eine PR-Masche der Anbieter handelt. Aufgrund der geringen Siedetemperatur wird flüssiger Stickstoff als Kältemedium in der Kryotechnik eingesetzt. Der Stickstoff entzieht dabei dem Kühlgut die nötige Verdampfungswärme. Vorteilhaft gegenüber der Verwendung von flüssigem Sauerstoff bei ähnlichem Siedepunkt sind die inerten Eigenschaften des Stickstoffs. Flüssiger Stickstoff wird zur Kühlung von Hochtemperatursupraleitern sowie zur Lagerung biologischer und medizinischer Proben verwendet. Im Tiefbau wird er zur Bodenvereisung eingesetzt.

Nachweis

Stickstoff, der in organisch gebundener Form vorliegt, kann qualitativ mittels Lassaignesche Probe und quantitativ mittels der Kjeldahlsche Stickstoffbestimmung oder Elementaranalyse erfasst werden.

Weblinks

Kategorie:Gruppe-15-Element Kategorie:Periode-2-Element Kategorie:Nichtmetall Kategorie:Löschmittel Kategorie:Gas ja:窒素 ko:질소 simple:Nitrogen th:ไนโตรเจน

Nitrit

Nitrit (NO2-) ist das Anion der salpetrigen Säure. Salze, die das Nitrit-Ion enthalten, bezeichnet man als Nitrite (z. B. Natriumnitrit, Kaliumnitrit). Bild:Nitrit.PNG Nitrit-Ionen werden im Boden oder in Gewässern durch Nitritbakterien durch Oxidation aus Ammonium-Ionen unter Verbrauch von Sauerstoff gebildet; sie entstehen auch unter anaeroben Bedingungen durch Reduktion aus Nitrat-Ionen. Nitrite sind in größeren Mengen giftig und an der Bildung der krebserregenden Nitrosamine beteiligt. Nitrit wird u.a. auch als starkes Fischgift angesehen. 0,2-0,4 mg/l führen bei Regenbogenforellen in vier Tagen zu einem Verlust von 50 % des Bestandes. Signifikante Erhöhungen der Fischsterblichkeit treten bei Konzentrationen von 0,15 mg/l auf. Nitrit gilt generell als Krebs erregend.

Verwendung

Im Lebensmittelbereich dürfen Nitrite (Kalium- und Natriumnitrit, E 249 und E 250) ausschließlich als Farbstabilisatoren in Nitritpökelsalz verwendet werden. Bei höheren Temperaturen können zusammen mit Eiweißbestandteilen der Nahrung Nitrosamine gebildet werden, die als Krebs erregend gelten. Daher sollten gepökelte Fleischwaren nie gegrillt werden.

Siehe auch

Nitritpeak

Nitrite haben insbesonde in Kombination mit NaCl konservierende Wirkung.

Weblinks


- [http://www.inform24.de/nitro.html Nitrat, Nitrit und Nitrosamine: Alles Wurscht?] Kategorie:Stoffgruppe

Bakterien

Die Bakterien (Bacteria) (altgriechisch bakterion – Stäbchen) bilden neben den Eukaryoten und Archaeen eine der drei grundlegenden Domänen, in die heute alle Lebewesen eingeteilt werden. Traditionell wird die Bezeichnung „Bakterien“ in der Mikrobiologie für alle mikroskopisch kleinen, meistens einzelligen Organismen gebraucht, die keinen echten Zellkern besitzen und deshalb zu den Prokaryoten gehören. Hierzu zählen auch die Archaeen. Heute werden dagegen die Archaeen einer separaten Domäne zugeordnet. Zur Abgrenzung von dieser Gruppe spricht man manchmal auch von Eigentlichen Bakterien oder Echten Bakterien. Früher wurden sie zur Unterscheidung von den dann Archaebacteria genannten Archaeen mit wissenschaftlichem Namen auch Eubacteria genannt. Dies war eine unglückliche Benennung, weil es auch eine Bakteriengattung Eubacterium gab Da Bakterien Prokaryoten sind, ist ihre DNA nicht in einem vom Cytoplasma durch eine Doppelmembran abgegrenzten Zellkern enthalten wie bei Eukaryoten, sondern bei ihnen liegt die DNA wie bei allen Prokaryoten frei im Cytoplasma, und zwar in einem engen Raum zusammengedrängt (Kernäquivalent), auch Nucleoid genannt. Bakterien wurden erstmalig 1676 von Antoni van Leeuwenhoek mit Hilfe eines selbstgebauten Mikroskops in Gewässern und im menschlichen Speichel beobachtet und von ihm in Berichten an die Royal Society of London beschrieben. Im Jahr 1999 wurde das größte bislang bekannte Bakterium entdeckt: Die so genannte Schwefelperle von Namibia, Thiomargarita namibiensis, ist mit einem Durchmesser von bis zu einem dreiviertel Millimeter ein bereits mit bloßem Auge sichtbares Schwefelbakterium und gilt somit als Blauwal unter den Bakterien.

Aufbau der Bakterien

Blauwal Bakterien besitzen zumeist eine Zellwand, alle besitzen Cytoplasma mit Cytoplasmamembran und Ribosomen. Die DNA liegt als strangförmiges, in sich geschlossenes Molekül, als so genanntes Bakterienchromosom, frei im Cytoplasma vor. Häufig befindet sich im Cytoplasma weitere DNA in Form von ebenfalls strangförmigen, in sich geschlossenen Molekülen Plasmiden, die unabhängig vom Bakterienchromosom vervielfältigt und bei der Fortpflanzung weitergegeben werden oder von einem Individuum auf ein anderes übertragen werden können. Das Genom des Darmbakteriums Escherichia coli besteht aus knapp 4,7 Millionen Basenpaaren, deren Sequenz vollständig bekannt ist. Das DNA-Molekül ist etwa 1,4 Millimeter lang, aber nur 2 Nanometer breit und enthält rund 4400 Gene. Trotz seiner Länge von mehr als dem Tausendfachen des Zelldurchmessers ist es auf einen Bereich von etwa der Hälfte des Zelldurchmessers (vermutlich hochgeordnet) zusammengeknäult (Nucleoid). Neben dem Genom von E. coli sind auch von einer großen Anzahl weiterer Bakteriengenome die Nukleinsäurebasen-Sequenzen vollständig bekannt (siehe Sequenzierte Organismen).

Lebensweise der Bakterien

Lebensweise und Stoffwechsel der Bakterien können sehr verschieden sein. So gibt es Bakterien, die Sauerstoff benötigen (aerobe Bakterien oder Aerobier), Bakterien, für die Sauerstoff Gift ist (obligat anaerobe Bakterien oder obligate Anaerobier), und Bakterien, die sowohl Sauerstoff als auch Sauerstoffmangel aushalten (fakultative Anaerobier). Einige Bakterien sind zur Photosynthese fähig, also phototroph, zum Beispiel die früher auch Blaualgen genannten Cyanobakterien, die meisten sind dagegen chemotroph. Von den Chemotrophen sind die meisten heterotroph, einige jedoch chemoautotroph, und zwar lithoautotroph. Manche Bakterien bilden Dauerstadien (Sporen), die extreme Umweltbedingungen aushalten. Bakterien, die sich extremen Umweltbedingungen angepasst haben, nennt man Extremophile. Die Vermehrung der Bakterien erfolgt meistens asexuell durch Zellteilung, bei einigen durch Knospung. Auch Sexualvorgänge (Konjugation) kommen bei Bakterien vor und sie können so ihr Erbgut austauschen. Dazu produzieren sie so genannte Sexualpili (Proteinröhren), durch die DNA von einer Zelle zur anderen übertragen werden kann. Die DNA-Übertragung kann allerdings auch ohne diese Pili erfolgen, wenn sich zwei Bakterienzellen eng aneinander legen. Die weitaus meisten Bakterien leben in der Natur in Form von Biofilmen.

Bewegung

Bakterien bewegen sich meist frei im Flüssigmedium schwimmend durch Geißeln. Einige Bakterien bewegen sich durch Kriechen, zum Beispiel Myxobakterien und einige Cyanobakterien. Verschiedene Umweltfaktoren können die Bewegungsrichtung der Bakterien beeinflussen. Diese Reaktionen werden als Phototaxis, Chemotaxis, Mechanotaxis und Magnetotaxis bezeichnet.

Endosymbiontenhypothese

Man nimmt heute an, dass einige Organellen, die in den Zellen vieler Eukaryoten vorkommen, ursprünglich eigenständige Bakterien waren (Endosymbiontentheorie); dies betrifft die Chloroplasten und die Mitochondrien. Diese Organellen zeichnen sich durch eine doppelte Hüllmembran aus und enthalten eine eigene DNA.

Ökologische Bedeutung der Bakterien

Unverzichtbar für bedeutende geochemische Stoffkreisläufe sind viele Bodenbakterien, die als Destruenten wirken beziehungsweise Nährsalze für die Pflanzen verfügbar machen. Eine große Gruppe von Bakterien bilden die so genannten Cyanobakterien, die früher etwas irreführend auch als Blaualgen bezeichnet wurden. Da sie Prokaryonten sind, gehören sie nicht zu den Algen. Sie betreiben Photosynthese und sind entsprechend unabhängig von organischer Nahrung, brauchen jedoch Licht zur Energieversorgung. Gemeinsam mit den Grünalgen (Chlorophyta) und anderen Algengruppen bilden sie das Phytoplankton der Meere und Süßgewässer und so die Nahrungsgrundlage vieler Ökosysteme. Spezielle Bakterien kommen als Symbionten im Darm oder in anderen Organen vieler Lebewesen vor und wirken bei der Verdauung und weiteren physiologischen Vorgängen mit. Escherichia coli und Enterokokken sind die bekanntesten Vertreter dieser Gruppe. Aber auch anaerobe Bifidobakterien gehören dazu. Unter die Bakterien fallen auch viele Krankheitserreger. Gegen Bakterien wirken Antibiotika wie Penicilline, die durch Pilze der Gattung Penicillium gebildet werden. Penicillin stört die Synthese der Bakterien-Zellwand, daher wirkt es nur gegen wachsende Bakterien. Hierbei muss beachtet werden, dass auch körpereigene Bakterien durch das Penicillin gestört, bzw. getötet werden. Die Fähigkeit einer großen Anzahl von Bakterien, für den Menschen wichtige Stoffe wie Antibiotika und Enzyme zu produzieren, wird in der Biotechnik genutzt. Neben klassischen Verfahren in der Nahrungsmittelproduktion gehört auch die Nutzung ihrer Fähigkeiten zur Beseitigung problematischer Abfälle sowie zur Produktion von Medikamenten hierher. Häufig werden zu diesem Zweck nützliche Teile des Genoms bestimmter Bakterien in das Genom einfach zu haltender, einfach zu kultivierender und weitgehend ungefährlicher Bakterien wie Escherichia coli eingepflanzt (Gentechnik).

Klassifikation der Bakterien

Phylogenetisches System

Gentechnik Eine phylogenetische Klassifikation anhand morphologischer und stoffwechselphysiologischer Merkmale ist bei den Bakterien in der Regel nicht möglich, sie muss auf der Basis der molekularen Struktur dieser Organismen aufgebaut werden. Die Klassifizierung erfolgt hauptsächlich mit Hilfe phylogenetischer Marker. Solche Marker sind zelluläre Makromoleküle, deren Zusammensetzung sich mit abnehmendem Verwandtschaftsgrad verschiedener Organismen immer mehr unterscheidet. Zu den wichtigsten Molekülen dieser Art zählt derzeit die 16S-Untereinheit der ribosomalen RNA. Die Basensequenz dieser RNA soll die tatsächlichen evolutionären Beziehungen unter den Organismen widerspiegeln. Das derzeit "gültige" phylogenetische System der Bakterien ist das nach Garrity, G. M.; J. A. Bell und T. G. Lilburn: "Taxonomic Outline of the Prokaryotes. Bergey's Manual of Systematic Bacteriology", Second Edition, Release 5.0, Springer-Verlag, New York, 2004 (DOI: 10.1007/bergeysoutline200405), das gleichzeitig eine Klassifikation der Archaeen vornimmt. Nachstehend wird dieses System, beschränkt auf die Bakterien im eigentlichen Sinne (Domäne Bacteria) bis auf Ordnungsebene wiedergegeben.

Klassisches System

Aus praktischen Gründen werden Bakterien dennoch nach ihrer Form und ihrer Organisation unterteilt. Dabei werden kugelige Bakterien als Kokken, längliche, zylindrische Bakterien als Stäbchen und spiralige, wendelförmige Bakterien als Spirillen bezeichnet. Diese Grundformen können einzeln auftreten oder sich zu typischen Formen zusammenfinden (Haufenkokken = Staphylokokken, Kettenkokken = Streptokokken, Doppelkokken = Diplokokken). Des Weiteren bilden vor allem Stäbchenbakterien häufig, Spirillen immer eine oder mehrere Geißeln, so genannte Flagellen, aus, mit deren Hilfe sie sich fortbewegen können. Anzahl und Anordnung der Geißeln sind Unterscheidungsmerkmale. Einige Bakterien bilden Schleimhüllen, "Kapseln", aus, einige verschiedenartige Sporen. Weiterhin wichtig für die Klassifikation ist die Lebensweise, besonders der Stoffwechseltyp, sowie die Möglichkeit, die Bakterien auf bestimmte Weise zu färben. Die so genannte Gramfärbung (eingeführt vom dänischen Bakteriologen Gram) lässt Rückschlüsse auf die Zusammensetzung und Struktur der Zellwand zu; die so genannten grampositiven Bakterien bilden wahrscheinlich sogar eine natürliche Verwandtschaftsgruppe, ein monophyletisches Taxon. Serologisch unterscheidbare Variationen von Bakterien nennt man Serotypen.

Taxonomie medizinisch relevanter Bakterien

In der folgenden Übersicht werden die medizinisch relevanten Bakterien und ihre taxonomische Zuordnung dargestellt: Bakterien mit dünner Zellwand (meist gramnegativ)
- Spirochaetales - Spirochäten
  - Spirochaetaceae
    - Borrelia
    - Treponema
    - Cristispira
    - Spirochaeta
    - Brachyspira
  - Leptospiraceae
    - Leptospira
    - Leptonema
    - Turneria
- Gekrümmte und wendelförmige Bakterien
  - Aquaspirillum
  - Bdellovibrio
  - Campylobacter
  - Spirillum
- Aerobe Stäbchen und Kokken
  - Pseudomonadaceae
    - Pseudomonas
    - Xanthomonas
  - Legionellaceae
    - Legionella
  - Neisseriaceae
    - Acinetobacter
    - Branhanella
    - Kingella
    - Moraxella
    - Neisseria
  - N.N.
    - Bordetella
  - N.N.
    - Brucella
  - N.N.
    - Flavobacterium
  - N.N.
    - Francisella
- Fakultativ anaerobe Stäbchen
  - Enterobakterien (Enterobacteriaceae)
    - Citrobacter
    - Edwardsiella
    - Enterobacter
    - Erwinia
    - Escherichia
    - Hafnia
    - Klebsiella
    - Morganella
    - Proteus
    - Providencia
    - Salmonella
    - Serratia
    - Shigella
    - Yersinia
  - Vibrionaceae
    - Aeromonas
    - Photobacterium
    - Plesiomonas
    - Vibrio
  - Pasteurellaceae
    - Actinobacillus
    - Haemophilus
    - Pasteurella
  - N.N.
    - Calymmatobacterium
  - N.N.
    - Cardiobacterium
  - N.N.
    - Chromobacterium
  - N.N.
    - Eikenella
  - N.N.
    - Gardnerella
  - N.N.
    - Streptobacillus
  - N.N.
    - Zymomonas, beispielsweise Zymomonas mobilis
- Anaerobe Stäbchen
  - Bacteroidaceae
    - Bacteroides
    - Fusobacterium
    - Leptotrichia
- Anaerobe Kokken
  - Veillonellaceae
    - Veillonella
  - Peptococcaceae
    - Peptococcus
    - Peptostreptococcus
- Rickettsiales
  - Rickettsiaceae
    - Coxiella
    - Rickettsia
    - Rochalimeae
  - Bartonellaceae
    - Bartonella
      - Bartonella baciliformis
      - Bartonella quintana
      - Bartonella schoenbuchensis
- Chlamydiales
  - Chlamydiaceae
    - Chlamydia Bakterien mit mehrlagiger Mureinschicht (Firmicutes, meist grampositiv)
- Aerobe und fakultativ anaerobe Kokken
  - "Staphylococcaceae"
    - Staphylococcus
    - Gemella
    - Macrococcus
  - Streptococcaceae
    - Streptococcus
    - Lactococcus
  - "Enterococcaceae"
    - Enterococcus
- Endosporenbildende Stäbchen und Kokken
  - Bacillaceae
    - Bacillus
    - Clostridium
- Aerobe Stäbchenbakterien
  - Milchsäurebakterien - Lactobacillaceae
    - Lactobacillus
  - N.N.
    - Listeria
  - N.N.
    - Erysipelothrix
- Unregelmäßig geformte Stäbchen
    - Corynebacterium
    - Eubacterium
    - Propionibacterium
- Bakterien mit Neigung zu Verzweigungen beziehungsweise Fadenbildung (Actinomycetales)
  - Actinomycetaceae
    - Actinomyces
    - Arachnia
    - Bacterionema
    - Bifidobacterium
  - Micrococcaceae
    - Micrococcus
    - Kocuria
    - Nesterenkonia
    - Arthrobacter
    - Rothia
  - Dermatophilaceae
    - Dermatophilus
    - Kytococcus
  - Mycobacteriaceae
    - Mycobacterium
  - Nocardiaceae
    - Nocardia
    - Pseudonocardia
  - Streptomycetaceae
    - Streptomyces Bakterien ohne feste Zellwand
- Mycoplasmatales
  - Mycoplasmataceae
    - Mycoplasma
    - Ureaplasma
  - Acholeplasmataceae
    - Acholeplasma

Literatur

Bücher


- Albert Balows (Ed.): The Prokaryotes; a handbook on the biology of bacteria: ecophysiology, isolation, identification, applications, 4 Bände (Vol. 1 - 4), New York u. a., Springer-Verlag, 1992, ISBN 0-387-97258-7, ISBN 3-540-97258-7
- Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker: BROCK - Mikrobiologie, Heidelberg, Spektrum Akademischer Verlag, 2000, ISBN 3-8274-0566-1

Aufsätze


- Herbert Zuber: Thermophile Bakterien. Chemie in unserer Zeit 13(6), S. 165 - 175 (1979),
- Birgit Sattler, Hans Puxbaum, Roland Psenner: Bakterien der Lüfte: Vom Winde verweht. Biologie in unserer Zeit 32(1), S. 42 - 49 (2002),
- Silke Wendler: Das Cytosklett der Bakterien. Biologie in unserer Zeit 32(1), S. 6 (2002),
- Hans-Curt Fleming, Jost Wingender: Biofilme - die bevorzugte Lebensform der Bakterien: Flocken, Filme und Schlämme. Biologie in unserer Zeit 31(3), S. 169 - 180 (2001),

Weblinks


- [http://141.150.157.117:8080/prokPUB/index.htm The Prokaryotes; an evolving electronic resource for the microbiological community ]
- [http://141.150.157.80/bergeysoutline/main.htm Bergey's phylogenetisches System der Prokaryoten ]
- [http://www.dsmz.de/bactnom/bactname.htm Liste aller Bakteriennamen, bei der "Deutschen Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH" ]
- [http://www.intestinal.de/html/bakterien_im_darm.html Bakterien im Darm ]
- [http://www.bakteriologieatlas.de Atlas mit Bildern von Bakterienkulturen] Kategorie:Mikrobiologie Kategorie:Archaeen und Bakterien ja:真正細菌 ko:세균 th:แบคทีเรีย

Gülle

Gülle ist ein zähflüssiger Wirtschaftsdünger, der hauptsächlich aus Harn und Kot besteht, je nach Beigabe von Einstreu und Wasser spricht man von Dick- oder Dünngülle, Schwemmmist oder Flüssigmist. Gegenüber der Jauche ist der eigentliche Begriff Gülle ausschließlich auf tierische Exkremente beschränkt, wird aber in Südwestdeutschland und in der Schweiz meist synonym für diese verwendet.

Methoden der Güllebeseitigung


- Kompostierung
- Trocknung
- Vermischung mit Trockenstoffen
- Ausbringung auf den Feldern durch Maschinen, die die Gülle direkt in den Boden einimpfen oder auf diesem oberflächlich verteilen Die Ausbringung von Gülle auf landwirtschaftlichen Nutzflächen unterliegt rechtlichen Beschränkungen. In Deutschland wird das Ausbringen von Gülle grundsätzlich durch die [http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/d_ngev/index.html Düngeverordnung (DüngeV)] geregelt. In Ergänzung dazu haben die Bundesländer ebenfalls Verordnungen erlassen. Dort ist genau definiert, was Gülle ist und zu welchen Jahreszeiten die Ausbringung zulässig ist. Die standortunabhängigen Grenzwerte berücksichtigen jedoch weder die Unterschiede im Aufnahmevermögen verschiedener Böden noch die Problematik der Abschwemmung in Oberflächengewässer.

Nutzung von Gülle

Die Gülle wird überwiegend als wirtschaftseigener Dünger auf den Feldern ausgebracht. Die Ausbringung auf der Bodenoberfläche ist aus Sicht der Nährstoffeffizienz negativ zu beurteilen, da die leichtlöslichen Stickstoffverbindungen verloren gehen. Eine Verbesserung ist die schnelle Einarbeitung in den Boden. Vor der Ausbringung können die enthaltenen Kohlenstoffverbindungen aber auch energetisch genutzt werden. Dazu wird die Gülle in einem Sammelbehälter auf ca. 38°C erwärmt und mit Mikroorganismen versetzt. Diese bauen die Kohlenstoffverbindungen ab und bilden dabei Gase, überwiegend Methan. Das Biogas wird aufgefangen und in einem Verbrennungsmotor verbrannt. Durch die Motorbewegung entsteht Elektrizität. Biogas zählt zu den regenerativen Energien und seine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz muss von den Elektrizitätsunternehmen mit einem gesetzlich geregelten Entgelt bezahlt werden (Erneuerbare-Energien-Gesetz). Sämtliche Nährstoffe bleiben dabei erhalten und die Gülle kann danach wie üblich ausgebracht werden. Zusätzlich ändern sich die Fließeigenschaften der Gülle, da das Stroh abgebaut wurde und die Gülle dadurch besser fließt und leichter von den Pflanzen abtropft. Einige Landwirte berichten auch von geringeren Geruchsbelastungen. Je nachdem von welcher Tierart die Gülle stammt, unterscheiden sich die Nährstoffgehalte. Das muss bei der Ausbringung berücksichtigt werden.

Probleme und Kritiken

Mensch und Gesundheit

Da die Gülle auf Grünland nicht untergepflügt werden kann, kann es bei ihrer Ausbringung zu starken Geruchs- und möglicherweise auch zu Gesundheitsbelastungen für die Anwohner kommen. Vor allem in den Marschgebieten von Schleswig-Holstein, wo die Grünlandwirtschaft überwiegt, ist die Belastung hoch, ebenso im Oldenburger Münsterland (Niedersachsen; vgl. Landkreis Vechta). Massive Probleme mit Gülle entstehen immer da, wo es durch Massentierhaltung zu großen Tierkonzentrationen kommt.

Mensch und Umwelt

Die Auswirkungen auf die Umwelt sind nicht zu vernachlässigen. (Ammonium, Nitrat) und andere Inhaltsstoffe können in das Grundwasser einsickern und durch Abschwemmung (Erosion) in Oberflächengewässer eingetragen werden, wodurch sie letztendlich in das Meer gelangen. Im Sommer 2002 kam es dadurch zu einem starken Fischsterben vor der dänischen Küste und im Sommer 2003 zur Algenplage an den deutschen Küsten. Mit viel Geld werden Kläranlagen gebaut, um die Umwelt zu schützen, bei der Landwirtschaft wird dies jedoch in Gebieten mit starkem Viehbesatz nicht berücksichtigt, da die Gülleausbringung häufig über das natürlichen Aufnahmevermögen der Böden bzw. des Bewuchses hinausgeht und in Folge dessen die Gewässer verschmutzt.

Siehe auch


- Güllegrube
- Biogas
- Jauche

Weblinks


- [http://bundesrecht.juris.de/bundesrecht/d_ngev/index.html Düngeverordnung (DüngeV) (Deutschland)]
- [http://www.umweltfibel.de/bremer/bre_bv_3.htm Beispiel für Gülleverordnung (Land Bremen)] Kategorie:Biomasse Kategorie:Dünger Kategorie:Sekundärrohstoff Kategorie:Nicht essbares Tierprodukt

Nitrifikation

Als Nitrifikation bezeichnet man die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3) bzw. Ammonium-Ionen (NH4+) zu Nitrat (NO3-). Die Nitrifikation ist ein Teilprozess des Stickstoffkreislaufs in Ökosystemen. Das durch Destruenten aus abgestorbener Biomasse frei gesetzte Ammoniak bzw. Ammonium wird durch nitrifizierende Bakterien in zwei Schritten zu Nitrat oxidiert. Dazu ist Sauerstoff (O2) aus der Umgebung erforderlich.
- Im ersten Schritt nehmen Nitritbakterien (Nitrosofizierer, z. B. der Gattungen Nitrosomonas, Nitrosospira oder Nitrosococcus), aus der Umgebung Ammoniak auf und oxidieren es zu Nitrit-Ionen, die nach außen abgegeben werden:
NH3 + 3/2 O2 → NO2- + H+ + H2O + Energie (ΔG°' = -235 kJ)

- Im zweiten Schritt nehmen Nitratbakterien (Nitrifizierer, z. B. der Gattungen Nitrobacter, Nitrospira oder Nitrococcus), welche mit den Nitritbakterien vergesellschaftet auftreten, die Nitrit-Ionen auf und oxidieren diese zu Nitrat-Ionen. Diese Art der Symbiose ist zwingend erforderlich, da das im ersten Schritt gebildete Nitrit in höheren Konzentrationen toxisch wirkt und zur Selbstvergiftung führen würde, wenn es nicht durch Nitrifizierer weiter oxidiert würde. Nach Ausscheidung der Nitrat-Ionen stehen diese den Pflanzen als stickstoffhaltiger Mineralnährstoff zur Verfügung:
NO2- + ½ O2 → NO3- + Energie (ΔG°' = -76 kJ)

- Diese beiden Schritte ergeben in Summe:
NH3 + 2 O2 → NO3- + H+ + H2O + Energie
Die nitrifizierenden Bakterien (Nitrifikanten) führen einen chemo-litho-autotrophen Stoffwechsel: Die anorganischen Stickstoff-Verbindungen dienen sowohl als Elektronendonator (Lithotrophie) und als Energiequelle (Chemotrophie). Die bei der Oxidation frei werdende Energie wird zur Synthese von ATP aus ADP und Phosphat benötigt. ATP wird wiederum zum Aufbau von Biomasse aus Kohlenstoffdioxid eingesetzt. Die nitrifizierenden Bakterien können ihren Kohlenstoffbedarf aus Kohlenstoffdioxid allein decken. Das bedeutet, sie sind autotroph und betreiben sogenannte Chemosynthese. Das Kohlenstoffdioxid wird über den Calvin-Zyklus assimiliert. Bei der Nitrifikation fällt ein Sauerstoffverbrauch von 4,33 g O2 je g NO3-N an (Sauerstoff dient als Elektronenakzeptor). Es wächst Nitrifikatenbiomasse im Ausmaß von 0,24 g CSB je g NO3-N zu (Zellertrag, engl. yield). 1,42 Gramm CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) entsprechen einem Gramm organischer Trockenmasse. Die Nitrifikation ist mit einer Produktion von Säure (H+-Bildung) verbunden, der pH-Wert wird abgesenkt. Das belastet die Pufferkapazität des Wassers und kann das Wasser bzw. den Boden versäuern. Da Nitrifizierer nur im neutralen bis leicht alkalischen Bereich stoffwechseln, kann durch die Versäuerung die vollständige Umwandlung des fischtoxischen Ammoniums/Ammoniak in Abwasser-Kläranlagen verhindert werden (Autoinhibition). Siehe auch: Ammonifikation, Denitrifikation Kategorie:Ökologie Kategorie:Biochemie

Umkippen

Das Umkippen eines Sees bedeutet, dass das Phosphat als begrenzender Nährstoff wegen des Sauerstoffmangels am Boden nicht mehr als Eisenphosphat sedimentiert werden kann und in voller Menge düngewirksam in Lösung bleibt. Dadurch entsteht im Epilimnion eine so hohe Primärproduktion, dass durch den Abbau der Biomasse über dem Seeboden (im Hypolimnion) der im Wasser gelöste Sauerstoff fast gänzlich aufgezehrt wird. Die Wirkung wird zur eigenen Ursache (positive Rückkopplung). Die Etablierung dieser Rückkopplung wird in der Limnologie als Umkippen bezeichnet. Im Extremfall wird ein See in seiner Gesamtheit sauerstofffrei (anaerob). Vom Umkippen spricht man nur bei stehenden Gewässern, also Seen oder kleineren Binnenmeeren sowie Teilen davon, beispielsweise der Ostsee oder der Danziger Bucht. In Fließgewässern wird durch die Bewegung des Wasserkörpers ständig Sauerstoff eingetragen.

Hintergrund

Temperaturschichtung

Das Wasser in Seen ist im mitteleuropäischen Raum geschichtet. Dabei ist das dichteste Wasser unten, das am wenigsten dichte oben. Die größte Dichte besitzt Wasser von 4°C (s. Dichteanomalie des Wassers). Im Sommer schwimmt also wärmeres Wasser obenauf, im Winter kälteres. Bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes schwimmt obenauf eine noch weniger dichte Eisschicht. Im Sommer, während der Wachstumsphase, kann sich das Wasser an der Oberfläche bis auf 20°C oder noch wärmer aufheizen, während in 30 oder 40 Metern Tiefe sehr viel kälteres Wasser liegt. Da das wärmere Wasser eine deutlich geringer Dichte hat, wird die Schichtung durch die Dichteunterschiede stabilisiert.

Sprungschicht

Wenn man Temperaturmessungen in Abhängigkeit von der Tiefe macht, stellt man fest, dass die Temperatur in ein paar Metern Tiefe plötzlich und rapide abfällt. Diese Tiefenzone heißt deshalb Sprungschicht.

Sauerstoffeintrag

Das Wasser des Epilimnions oberhalb der Sprungschicht (Metalimnion) hat eine fast einheitliche Temperatur und Dichte. Es kann deshalb von Wind und Konvektion täglich durchmischt werden. Dabei wird Sauerstoff eingetragen. Auch findet hier wegen des großen Lichtangebotes der größte Teil der Sauerstoff produzierenden Photosynthese statt. Das Wasser im Hypolimnion unterhalb der Sprungschicht erhält von außen keinen Sauerstoff. Im Gegenteil, absterbende Algen und Planktontiere sowie deren Kot und Leichen sinken von oben ab. Beim biologischen Abbau ihrer Substanz wird so viel Sauerstoff verbraucht, wie bei der Entstehung ihrer Biomasse durch Photosynthese im Epilimnion entstanden war.

Durchmischung

Nur zweimal im Jahr (Ausnahme u.a.Bodensee: nur einmal) werden Seen der gemäßigten Zonen durchmischt - und zwar dann, wenn im Frühjahr und Herbst für kurze Zeit der gesamte Wasserkörper nahe 4°C aufweist und damit die Dichteunterschiede gering sind. Dann können die Konvektionsströmungen sowie Frühjahrs- bzw. Herbststürme den ganzen Wasserkörper umwälzen und es wird Sauerstoff bis zum Grund getragen. In der Zeit zwischen den beiden Mischungsphasen (Zirkulationen) wird in und unterhalb der Sprungschicht nur Sauerstoff gezehrt. (Siehe Ökosystem See)

Eutrophierung

Wenn mehr Nährstoffe in einen See eingetragen werden als ihn z.B. über den Abfluss oder durch Sedimentation wieder verlassen, spricht man von Eutrophierung. Dann wird immer mehr organisches Substrat (Biomasse) im See gebildet. Es besteht die Gefahr, dass zu viele Pflanzen, v. a. Algen, wachsen. Sie produzieren zwar tagsüber durch Photosynthese Sauerstoff, nachts jedoch, wenn es dunkel ist, verbrauchen sie Sauerstoff. Es kann so weit kommen, dass das Wasser nachts nahezu sauerstofffrei ist. Als Folge können zunächst empfindlichere Lebewesen und schließlich sogar die Algen selbst sterben. Das tote Material sinkt nach unten ins Metalimnion und Hypolimnion und wird dort unter Verbrauch von Sauerstoff weiter abgebaut.

Umkippen

Durch die Sprungschicht wird verhindert, dass Sauerstoff in die unteren Gewässerschichten eingetragen wird. Es wird aber immer mehr organisches Material am Seeboden abgelagert. Beim Abbau dieses Materials wird Sauerstoff gezehrt, so lange, bis er verbraucht ist. Dann sterben auch die Organismen, die den aeroben (sauerstoffzehrenden) Abbau durchgeführt haben. Wenn die Tiefenzone eines Sees sauerstofffrei - anaerob - ist, wird dort das dreiwertige Eisen zu zweiwertigem reduziert :::::::::Fe3+ ---> Fe2+ Beim Abbau von Biomasse wird aus dieser der Phosphor als Phosphat freigesetzt. Zusammen mit dem im Wasser gelösten dreiwertigen Eisen bildet sich das sehr schwerlösliche Eisenphosphat, das im Bodensediment des Sees abgelegt wird. Zweiwertiges Eisen bildet dagegen mit dem Phosphat keinen Niederschlag. Bei Sauerstoffmangel bleibt deshalb das Phosphat im Wasser gelöst und wird mit der nächsten Zirkulation wieder düngewirksam über den ganzen See verteilt. Nun beginnt unter dem Einfluß des vermehrt verfügbaren Phosphats im Epilimnion eine vermehrte Primärproduktion von Biomasse durch Algen. Dadurch kommt es auch zu einem vermehrten Absinken abbaubarer Biomasse zum Seeboden und damit zu einem beschleunigten Verbrauch des dortigen Sauerstoffs. Die Wirkung wird zur eigenen Ursache. Der See kann diesen Teufelskreis (positive Rückkopplung) nicht mehr aus eigener Kraft verlassen. Den Eintritt des Sees in diese Rückkopplung wird in der Limnologie mit dem Begriff Umkippen oder einfach Kippen beschrieben.

Ursachen des Umkippens

Überdüngung - Eutrophierung, Zunahme des Phosphats im See bis zum Eintritt der positiven Rückkopplung zwischen Primärproduktion und Phosphorlöslichkeit am Boden des Sees.

Gegenmaßnahmen

Es ist möglich, Seen zu sanieren. Die Seesanierung erfolgt
- durch Beseitigung der Ursachen, etwa Kläranlagenbau, Einbau von Phosphatfällungsanlagen in Kläranlagen, Verhinderung von Nitrat- und Phosphateintrag durch Weideland
- durch Sauerstoffzufuhr (Belüftung)
- durch Ausbaggern anaerober Schlämme
- durch Einsatz von anderen Spezies, die dann in die Nahrungskette eingreifen. Um die Algendezimierung zu fördern, kann man Raubfische einsetzen, die die Population der Friedfische verkleinern. Als Folge gibt es weniger Friedfische, die dann wiederum weniger Zoophyten fressen. Dadurch ergibt sicher wiederum, dass die Population der Zoophyten ansteigt und somit die Algen bekämpft werden. In den siebziger und achtziger Jahren wurden auch zum Teil herbivore Fische in Seen eingesetzt, u. a. chinesische Graskarpfen. Dies hat sich jedoch nicht bewährt. Die Graskarpfen vermehrten sich ungeregelt und brachten die Biozönose aus dem Gleichgewicht. In einigen Fällen wurden kleinere Seen komplett abgelassen, um die eingesetzten Fische und ihren Nachwuchs wieder loszuwerden. Unter Ökologen sind diese Methoden deshalb sehr umstritten. Umstritten sind diese sog. Top-Down-Methoden aber auch deshalb, weil sich in fast allen Fällen das Nahrungsnetz von selbst so umstrukturiert hat, dass am Ende doch wieder die maximal mögliche Primärproduktion zustande kam. Die Raubfische verminderten die Friedfische, die deshalb nicht nur die Algen fressenden Wasserflöhe in Ruhe liessen, sondern auch die Wasserfloh fressenden Raubinsektenlarven. Es zog sich einfach eine Trophiestufe dawischen und für die Algen war es wieder wie vorher.
- durch Mähen und Entfernen übermäßig entwickelter Wasserpflanzen.
- durch das Einsetzen eines Olszewski-Rohres, durch welches das mit Nährstoff angereicherte Tiefenwasser anstelle des Oberflächenwassers abfließen kann. Es funktioniert ohne zusätzliche Pumpleistung nach dem Prinzip der kommunizierenden Röhren.

Siehe auch


- Ökosystem See, Algenblüte

Weblinks


- [http://www.seetal-plus.ch/Natur/SeeSanierung.html Beispiel für eine Sanierung mit Sauerstoff in der Schweiz] Kategorie:Hydrologie Kategorie:Limnologie

Ökosystem

sind ein Beispiel für ein komplexes marines Ökosystem]] Ein Ökosystem ist ein System, dass die Gesamtheit der Lebewesen (Biozönosen) inklusive ihrer unbelebten Lebensräume (Biotope) umfasst. Der Begriff wurde 1935 von dem britischen Biologen und Geobotaniker Arthur George Tansley in die Ökologie eingeführt. Umgangssprachlich wird auch von dem Ökosystem gesprochen, womit die Gesamtheit aller Ökosysteme und ihren Wechselwirkungen der gesamten Erde gemeint ist.

Beschreibung

Bei Ökosystemen handelt es sich um offene, dynamische und komplexe Systeme.
- offen: Ökosysteme verändern sich durch äußere, neue Einflüsse,
- dynamisch: Ökosysteme entwickeln sich ohne äußere Einflüsse,
- komplex: in Ökosystemen wirken sämtliche Mechanismen und Strategien der Ökologie in vielfältigen Beziehungen. In einem Ökosystem laufen unterschiedliche Interaktionen zwischen den Lebewesen untereinander und den abiotischen Standortfaktoren im Biotop ab. Biotische und abiotische Bestandteile beeinflussen sich gegenseitig (Wechselwirkungen) und verändern sich durch Sukzession und Evolution.

Funktionsprinzipien von Ökosystemen

Die Lebewesen der Biozönose beeinflussen den Stoffkreislauf und die abiotischen Faktoren (