Chemiker: Vom Goldmacher zum Moleküldesigner

Was ist Chemie?

Chemie ist die Wissenschaft, die sich mit den Eigenschaften und der Umwandlung von Stoffen befasst. Sie untersucht sowohl die in der Natur vorkommenden als auch künstlich hergestellte Substanzen und analysiert ihren Aufbau aus den verschiedenen chemischen Elementen. Zentral ist dabei der Begriff der chemischen Reaktion: der Umwandlung eines oder mehrerer Stoffe in andere Substanzen.

Der Ursprung des Worts »Chemie« – und damit die Entstehung der heutigen Naturwissenschaft – ist unklar. Die älteste Wurzel ist »chemi«, das ägyptische Wort für »schwarz«. Das Griechische machte daraus »chy-meia«, was so viel wie »Metallguss, Legierungskunst« bedeutete. Im Arabischen hieß dies »al-Kimiya«, in Europa wurde »Alchemie« daraus, später zu »Chemie« verkürzt.

Die sprachlichen Wandlungen zeigen, dass die Metallverarbeitung eine der Wurzeln des Faches ist. Die »Chemie« befasste sich demnach auch schon in früher Zeit damit, neue Stoffe aus bekannten herzustellen und die Veränderung von Substanzen zu verstehen.

Wie arbeiten Chemiker?

Die Tätigkeit eines Chemikers oder einer Chemikerin besteht aus zwei Hauptaufgaben: der Analyse von bestehenden und der Synthese von neuen Substanzen. Chemische Analysen nutzen ein breites Arsenal unterschiedlichster Nachweismethoden, um die Bestandteile einer Substanz sowie deren mengenmäßige Anteile zu ermitteln, dabei werden sowohl chemische als auch physikalische Methoden genutzt. In Lebensmittelkontrolle, Umweltschutz und Kriminalistik sind solche Analysen unverzichtbar.

Chemische Synthesen finden nicht nur in Universitätslaboren statt. Sie sind vor allem das tägliche Brot der vielen großen und kleinen Unternehmen der chemischen Industrie. Diese beliefert uns mit Produkten vom Lippenstift über die Plastiktüte bis zum Kunstdünger – und alle sind das Ergebnis chemischer Synthesereaktionen.

Im Gegensatz zu heute haftete der Arbeit der mittelalterlichen Alchemisten der Ruf von Magie und Schwarzer Kunst an. Insbesondere ihre steten (erfolglosen) Versuche, wertloses Material in gediegenes Gold zu verwandeln, waren geheimnisumwittert und Quelle immer neuer Gruselgeschichten. Dabei wurde auch damals in den Laboratorien wenig »gezaubert«. Stattdessen pulverisierte, destillierte, kochte und vermischte man unterschiedlichste Materialien – ganz ähnlich wie heute!

Was ist der »Stein der Weisen«?

Der sagenhafte »Stein der Weisen« soll unedle Stoffe (»Dreck«) in Gold umwandeln und darüber hinaus auch gleich noch ein Elixier für das ewige Leben liefern. Demjenigen, der ihn besaß, versprach diese Verheißung unbegrenzten Reichtum und Macht. Die Suche nach dem Stein der Weisen beherrschte daher das Tun der mittelalterlichen Alchemisten. Zwar wurde das Ziel nie erreicht, dennoch entsprangen dem Tun der Alchemisten zahlreiche erfolgreiche Methoden und Produkte: Sie entwickelten das Schwarzpulver, Verfahren zur Aufarbeitung von Metallerzen und die Destillation von Alkohol.

Gibt es Designermoleküle?

Nicht in dem Sinne, dass Chemiker Moleküle mit besonders ansprechender Gestalt für reiche Käuferschichten kreieren würden. Doch mit Supercomputern lassen sich heute die Eigenschaften von noch gar nicht existierenden Molekülen so genau vorausberechnen, dass mit ihrer Hilfe Moleküle mit ganz bestimmten Fähigkeiten quasi am Reißbrett entworfen werden können. Derartige Computerprogramme greifen auf riesige Datenbanken zu, in denen die Eigenschaften fast aller bekannten chemischen Verbindungen gespeichert sind. Nachdem einige besonders viel versprechende »Designermoleküle« mit solch einem Supercomputerprogramm entworfen wurden, werden sie im Labor synthetisiert, um zu überprüfen, ob die gewünschten Eigenschaften tatsächlich vorliegen.

Mit welchen Disziplinen ist die Chemie verwandt?

Die Chemie hat Berührungspunkte mit Physik, Geowissenschaften und Biologie und spielt auch in der Medizin eine immer größere Rolle. Besonders eng verzahnt ist die Chemie mit der Physik, etwa wenn die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen untersucht wird. Die Chemie nutzt auch physikalische Analysemethoden, etwa die Röntgenstruktur- und die Spektralanalyse mithilfe von Laserlicht. Den Geowissenschaften hilft die Chemie bei der Untersuchung der Zusammensetzung von Gesteinen oder des Verhaltens von Schadstoffen in der Umwelt. Befasst sie sich mit Reaktionen und chemischen Grundlagen von Lebensvorgängen, wirkt die Biologie mit der Chemie zusammen, oft redet man hier auch einfach von »Biochemie«. Die »medizinische« Chemie beschreibt die Wirkung von Medikamenten auf molekularer Ebene. Dies greift die Pharmazie auf, die diese Substanzen herstellt. Die Labormedizin oder »klinische Chemie«, kommt ins Spiel, wenn Blut-, Urin- oder andere Proben analysiert werden sollen.