Die Bausteine des Lebens

Dr TOBY BLENCH

Chemiker in der wissenschaftlichen Forschung

Das Leben (Pflanzen, Tiere und Menschen) basiert auf dem Element Kohlenstoff. Kohlenstoff ist besser als alle anderen Elemente darin, komplexe und stabile Moleküle zu bilden. Es gibt davon auch sehr viel im Universum - es ist das vierthäuflgste Element. Deshalb gibt es (mit Ausnahme von Wasserstoffmolekülen) mehr Moleküle, die Kohlenstoff enthalten, als alle anderen Elemente zusammen.

Aber man braucht mehr als nur Kohlenstoff für das Leben. Ebenfalls wichtig ist Wasser. Etwa 60 % des menschlichen Körpers bestehen aus Wasser. Es ist so wichtig, weil es an vielen der Vorgänge beteiligt ist, durch die der Körper funktioniert. Auch an den Reaktionen, bei denen die komplexen Moleküle entstehen, die für das Leben wichtig sind, ist Wasser beteiligt, denn es stellt ein gutes Lösemittel für sie dar.

Eine sehr wichtige Klasse dieser komplexen Moleküle des Lebens sind die Aminosäuren, die Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel enthalten. Es gibt nur 20 verschiedene Aminosäuren im menschlichen Körper, aber sie verbinden sich auf viele verschiedene Weisen zu größeren Molekülen, den Proteinen. Proteine gibt es im ganzen Körper. Sie haben viele verschiedene Aufgaben: Sie tragen zum Aufbau von Haaren, Muskeln und Sehnen bei; sie tragen dazu bei, den Zellen im Körper Struktur zu geben; sie sind im Blut; sie helfen bei der Verdauung der Nahrung und erledigen alle möglichen wichtigen Aufgaben in deinem Körper.

So können in nur wenigen Schritten sehr einfache Dinge wie Atome zu etwas so Kompliziertem wie dem Leben werden.

Temperatur

Durchschnittliche Temperatur der Erdoberfläche: 15 °C

Tiefste je auf der Erde gemessene Temperatur: -89 °C, Wostok-Station, Antarktika, 21. Juli 1983

Höchste je auf der Erde gemessene Temperatur: 70 °C, Lut-Wüste, Iran, 2005

Temperatur auf der Oberfläche des Mondes Durchschnitt am Tag: no °C

Durchschnitt in der Nacht: -150 °C

Durchschnittliche Temperatur auf der Oberfläche der Sonne: 5500 °C

Durchschnittliche Temperatur im Kern der Sonne: 15000000 °C

Durchschnittliche Temperatur des Weltraums: -270.4 °C

Was sind chemische Elemente und wo kommen sie her?

Einfach gesagt, ist ein chemisches Element eine reine Substanz, die nur aus einer Atomsorte besteht. Warum ist das interessant? Nun, es gibt nur 118 bekannte Elemente, und alles in der Welt besteht aus einer

Kombination von einem oder mehreren dieser Elemente. Die

Wissenschaft davon, wie sich diese Elemente verhalten und

Verbindungen bilden, ist die Chemie.

Wenn alles aus diesen Elementen besteht, wo kommen sie her? Die beiden kleinsten Elemente, Wasserstoff und Helium, wurden am Anfang des Universums beim Urknall gebildet, und einige Zeit danach sammelten sie sich in großen Mengen und bildeten Sterne. In Sternen wie der Sonne verbrennt der Wasserstoff bei sehr hohen Temperaturen zu Helium; diesen Vorgang nennt man Kernfusion. Wenn der Stern älter wird, sammelt sich immer mehr Helium an, und der Stern beginnt, Helium zu verbrennen, was zu größeren Elementen wie Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff führt. Da diese Elemente die Basis des Lebens sind, könnte man sagen, dass wir aus Sternenmaterial bestehen!

Je nachdem, wie groß und heiß der Stern ist, entstehen größere Elemente in verschiedenen Fusionsprozessen, bis Eisen erreicht ist. Danach ist ein Hauptweg zur Bildung noch schwererer Elemente die Explosion von Sternen. Das nennt man Supernova. Eine Supernova liefert die riesigen Energiemengen, die zur Bildung der schweren Elemente nötig sind, also für Elemente, deren Atome mehr als ein Eisenatom wiegen.

Atome werden danach nummeriert, wie viele Protonen sie im Kern haben. Atome verschiedener Elemente haben eine unterschiedliche Atomnummer. Ein Atom hat auch ein Gewicht. Um dieses Gewicht zu benennen, vergleicht man es mit dem Gewicht von Kohlenstoffatomen. Wissenschaftler stellen mit diesen Zahlen nützliche Tabellen von Atomen auf.

All diese Prozesse erklären 94 der Elemente, die alle natürlich vorkommen. Die übrigen 24, die man »transuranische Elemente« nennt, weil sie schwerer als das Element Uran sind, werden künstlich mit besonderen Maschinen wie Kernreaktoren oder Teilchenbeschleunigern hergestellt. Sie sind nicht sehr stabil und zerfallen in kleinere, stabilere Elemente; diesen Vorgang nennt man Kernspaltung. Solche instabilen Elemente nennt man »radioaktiv«. Beim Zerfall setzen radioaktive Elemente Energie frei, die wir zur Stromerzeugung nutzen können; das geschieht in Kernkraftwerken.

Warum wiegen wir in verschiedenen Welten verschieden viel?

  • Dein Gewicht ist die Gravitationskraft zwischen dir und der Erde.
  • Deine Masse ist die Menge an Materie, aus der du bestehst.

Masse wird in Kilogramm (kg) gemessen. Aber wird das Gewicht nicht auch in Kilogramm gemessen? Ist das nicht verwirrend? Ja, das ist es.

Gewicht wird meist in Kilogramm angegeben, aber es sollte eigentlich in Newton (N) gemessen werden. Das Newton ist eine Einheit der Kraft.

Eine Masse von 1 kg wiegt auf der Erde ungefähr 10 N.

Wenn du durch das Sonnensystem reist, verändert sich deine Masse nicht. Aber dein Gewicht.

Wenn du auf einem Planeten oder Mond landest, dessen Gravitation (Schwerkraft) kleiner ist als die der Erde, ist dein Gewicht anders, obwohl deine Masse die gleiche bleibt. Was heißt das in der Praxis?

Wenn du auf der Erde 34 kg wiegst, dann wiegst du auf anderen

Körpern im Sonnensystem so viel:

Merkur: 12,8 kg

Venus: 30,6 kg

Mond: 5,6 kg

Mars: 12,8 kg

Jupiter: 80,3 kg

Saturn: 36,1 kg

Uranus: 30,2 kg

Neptun: 38,2 kg

Du könntest also auf dem Mond oder Merkur einfach Hochsprünge machen, aber auf dem Jupiter würdest du nicht einmal einen Schritt über die Latte schaffen, wenn sie am Boden liegt! (Wenn der Jupiter überhaupt festen Boden hätte - er besteht aber aus Gas, das immer dichter wird, je tiefer du zum Kern sinkst!)

 
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