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Grüne Chemie bewertet die Gestaltung eines chemischen Produkts oder Verfahrens von Anfang an. Die Gestaltung soll Gefahren, Abfall, unnötigen Energieverbrauch, Einwegmaterialien und Unfallrisiken verringern. Ziel ist außerdem, den Einsatz oder die Entstehung gefährlicher Stoffe zu verringern.
Die Prüfung eines Prozesses bedeutet, vier Fragen zu beantworten, eine für jeden Teil des Prozesses.
| Teil des Prozesses | Frage |
|---|---|
| Ausgangsstoffe | Welche Stoffe gelangen in den Prozess? |
| Veränderung | Vermischen sich die Stoffe nur, oder entstehen neue Stoffe? |
| Produkte | Welche Stoffe entstehen nach Ablauf des Prozesses? |
| Auswirkungen | Gibt es Abfall, überschüssige Hitze, gefährliches Gas oder schwer abbaubares Material? |
Im Periodensystem lassen sich die Symbole der Elemente ablesen. Für ihre chemische Bedeutung muss zusätzlich geklärt werden, ob das Symbol hier für ein Atom, ein Element, ein elementares Molekül oder ein zusammengesetztes Molekül steht.
Ein Atom ist das kleinste Teilchen, das ein chemisches Element noch charakterisiert. Ein chemisches Element ist eine Atomsorte mit derselben Protonenzahl. Ein Molekül ist eine elektrisch neutrale Einheit aus mehr als einem Atom.
Die folgende Tabelle unterscheidet vier Begriffe aus den Reaktionsbeispielen.
| Begriff | Bedeutung | Beispiel |
|---|---|---|
| Atom | Ein Teilchen eines Elements. | ein -Atom oder ein -Atom |
| Element | Eine Art von Atomen mit derselben Protonenzahl. | Eisen, Kohlenstoff, Sauerstoff |
| Elementares Molekül | Ein Molekül, das aus Atomen desselben Elements besteht. | , , , |
| Zusammengesetztes Molekül | Ein Molekül, das aus Atomen verschiedener Elemente besteht. | , , |
Nicht jede Verbindung besteht aus einzelnen Molekülen. Kochsalz bildet zum Beispiel eine sich wiederholende Ionenanordnung. Die folgenden Beispiele zeigen mit Molekülen, wie einfache Reaktionsgleichungen gelesen werden.
Eine chemische Reaktionsgleichung hält Reaktanten, Produkte und ihre relativen Mengen fest. Die Stoffe links vom Pfeil sind Reaktanten, die Stoffe rechts davon sind Produkte. Der Pfeil bedeutet „ergibt“, und die Zahlen vor den Formeln heißen Koeffizienten.
Das Grundmuster ist:
Zustandssymbole werden nach der Formel geschrieben.
| Symbol | Bedeutung |
|---|---|
| fest | |
| flüssig | |
| Gas | |
| in Wasser gelöst |
Zum Ausgleichen einer Reaktion dürfen wir die Koeffizienten ändern. Die tiefgestellten Zahlen in einer Formel dürfen wir dagegen nicht beliebig verändern, denn sie bestimmen den Stoff. bezeichnet Wasser, dagegen Wasserstoffperoxid.
Photosynthese wird oft als summarische Reaktion geschrieben. Der eigentliche Prozess besteht aus vielen Schritten, aber die zusammenfassende Gleichung hält die Atome vor und nach der Reaktion fest. Bei der Photosynthese entstehen aus Kohlendioxid und Wasser Zucker und Sauerstoff.
Eine unausgeglichene Gleichung kann wie folgt geschrieben werden:
Wenn wir Atome zählen, stimmen die beiden Seiten nicht überein.
| Element | Links | Rechts |
|---|---|---|
Beginne mit den sechs Kohlenstoffatomen in einem Zuckermolekül. Dafür brauchen wir links . Für die zwölf Wasserstoffatome des Zuckers sind nötig. Links stehen jetzt Sauerstoffatome. Sechs stecken bereits im Zucker. Die übrigen Sauerstoffatome bilden :
Dies ist eine formale Zusammenfassung und keine einzelne Elementarreaktion. Deshalb steht die Kohlenhydratformel ohne Zustandssymbol.
Die Anzahl der Atome jedes Elements ist nun auf beiden Seiten der Gleichung gleich.
| Element | Links | Rechts |
|---|---|---|
Beim Ausgleichen bleiben die chemischen Formeln unverändert. Passe nur die Koeffizienten an und prüfe anschließend, ob auf beiden Seiten gleich viele Atome jedes Elements stehen.
Nachdem wir eine Reaktion ablesen können, können wir beurteilen, ob der Prozess den Prinzipien der grünen Chemie entspricht. Ein Prozess kann nützlich, aber dennoch nicht umweltfreundlich sein, wenn er Schadstoffe erzeugt, unnötig gefährliche Stoffe verwendet oder zu viel Energie benötigt.
| Alltagsprozess | Chemische Veränderung | Beurteilung nach grüner Chemie |
|---|---|---|
| Plastikmüll verbrennen | Organische Stoffe im Kunststoff reagieren mit Sauerstoff. Dabei entstehen Wärme, Rauch und gasförmige Produkte. | Diese Entsorgung erzeugt zusätzliche Schadstoffe und verhindert den Abfall nicht an der Quelle. |
| Reiniger richtig dosieren | Reinigungsmittel lösen Schmutz, ohne dass unnötig viel davon verwendet wird. | Die richtige Dosierung vermeidet zusätzlichen Verbrauch und Rückstände. Die Gefahrenhinweise auf dem Produkt gelten trotzdem. |
| Essensreste kompostieren | Mikroorganismen bauen organische Stoffe schrittweise ab. | Fachgerechte Kompostierung kann organische Abfälle verringern. Feuchtigkeit und Sauerstoffzufuhr müssen so eingestellt sein, dass möglichst wenig Geruch, Sickerwasser und Schädlingsbefall entstehen. |
| Haushaltsreiniger wahllos mischen | Stoffe, die einzeln sicher verwendbar sind, können miteinander reagieren und gefährliche Gase bilden. | Dadurch steigt das Unfallrisiko. Reinigungsmittel dürfen nur nach ausdrücklicher Herstelleranweisung gemischt werden. |
Haushaltsbleiche und Desinfektionsmittel dürfen nicht mit anderen Reinigern gemischt werden. Dabei können Dämpfe entstehen, deren Einatmen gefährlich ist. Beachte die Produktkennzeichnung und die Hinweise zur Belüftung.
Die Herkunft eines Stoffes reicht nicht aus, um seine Sicherheit zu beurteilen. Dafür müssen auch Zusammensetzung, Dosis und Verwendung betrachtet werden. Kompostierung kann helfen, bei schlechter Durchführung aber weiterhin Gerüche, Sickerwasser oder Schädlinge verursachen. Ein hergestellter Reiniger kann sicherer sein, wenn seine Zusammensetzung bekannt ist, die Dosierung stimmt und weniger Abfall entsteht.
Vergleichen wir drei Möglichkeiten, mit trockenem Laub im Garten umzugehen.
| Option | Was passiert | Urteil |
|---|---|---|
| Verbrenne sie | Blätter reagieren mit Sauerstoff und erzeugen Rauch. | Für grüne Chemie nicht geeignet, da Verschmutzung entsteht. |
| In den Restmüll werfen | Das Laub reagiert nicht sofort, muss aber zusammen mit anderem Abfall behandelt werden. | Besser als Verbrennen, verhindert den Abfall aber nicht. |
| Richtig kompostieren | Organisches Material wird langsam zu Kompost abgebaut. | Für diese Entsorgungsfrage die beste Wahl, weil Verbrennung vermieden und organisches Material weiter genutzt wird. Kompostierung allein ist jedoch noch kein Design eines chemischen Produkts oder Verfahrens. |
Unter diesen drei Möglichkeiten der Abfallbehandlung ist richtiges Kompostieren die beste Wahl. Dieser Weg vermeidet die Verbrennung, verringert den Restmüll und nutzt vorhandene organische Stoffe weiter. Das ist verantwortungsvolle Abfallwirtschaft. Grüne Chemie beginnt hier erst, wenn zusätzlich ein chemisches Produkt oder Verfahren gezielt neu gestaltet wird.
Bestimme bei einem alltäglichen chemischen Prozess die Stoffe am Anfang, die Veränderungen, die Stoffe am Ende und die Gefahren, die sich bereits an der Quelle vermeiden lassen.
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Ein einzelnes Teilchen im Diagramm steht für ein Atom.
