Chemische Evolution

Die chemische Evolution beschreibt die chemischen Prozesse nach dem Urknall.
Sekundenbruchteile nach der Urexplosion bildeten sich erste Strukturen aus. Aus Erkenntnissen der Teilchenphysik lassen sich kosmische Prozesse berechnen und vorhersagen. So ist zu erwarten, dass sich noch innerhalb der ersten Sekunde jeweils drei Quarks zu einem Proton bzw. einem Neutron vereinigten. Dabei sank die Temperatur auf 10¹⁰ Grad. Bei dieser Energiedichte können aus Photonen nicht mehr Elektronen und ihre Antiteilchen, die Positronen, erzeugt werden. Positronen und Elektronen anihilieren, d. h. zerstrahlen – es bleibt ein geringfügiger Überschuss an Elektronen. Bereits eine Minute nach dem Urknall vereinigen sich jeweils zwei Neutronen mit zwei Protonen zum Atomkern He²⁺(Helium). Nach drei Minuten ist die Temperatur auf 10⁹ Grad gefallen. Das expandierende Weltall setzt sich jetzt aus etwa 24% Helium und etwa 76% Wasserstoffkernen zusammen (sowie Spuren leichter Elemente). Elemente mit höherer Ordnungszahl als Helium (von den Astronomen als „Metalle“ bezeichnet) wurden in späteren Entwicklungsstadien des Kosmos gebildet. Bei weiterer Abkühlung des Universums entstanden elektroneutrale Wasserstoff- und Heliumatome (sowie Spuren von Lithium) durch Elektroneneinfang. Dieser Prozess reduzierte drastisch die Anzahl freier Elektronen und der Kosmos wurde „durchsichtig“, d. h. Photonen vermochten nun ungehindert den Raum zu durchqueren, ohne an freien Elektronen gestreut zu werden. Etwa 300.000 Jahre nach dem Urknall herrschten Temperaturen, bei denen sich Elektronen und Kerne zu Atomen vereinigen konnten. In den folgenden Zeiträumen bildeten sich an einigen Stellen des Alls Massenverdichtungen. Es entstanden die ersten Gestirne. Diese ersten Sterne bestanden nur aus Wasserstoff und Helium, wodurch ihre Lebenszeit im Vergleich zu rezenten Sternen „nur“ bei wenigen Millionen Jahren lag.
Nach weiteren hunderten Millionen Jahren nach dem Urknall (einige Astrophysiker nennen etwa eine Milliarde Jahre) betrug die Temperatur nur noch etwa 18 K, um dann bis zum Wert von 3 K (genau: 2,73 +- 0,01 K) abzusinken.
Bei diversen „Brennprozessen“ der Sterne bilden sich mittelschwere Elemente (He, C, O, N, S etc.). Ein Beispiel: Bei einem dreifachen Alpha-Prozess – d. h. freie Heliumkerne, die aufeinander treffen – entsteht ¹²C (Kohlenstoff). Welche Elemente gebildet werden können hängt von der Masse der Sterne ab.
Die Synthese schwerer Elemente (Metalle) erfolgt bei Supernova-Explosionen (Tod eines Sterns).
Der weitere Verlauf, d. h. die Verbindung der Atome zu Molekülen, hängt in den häufigsten Fällen mit thermischen Energien als Katalysator zusammen. In den seltensten Fällen auch autokatalytisch. Letzteres aber vor allem bei der Biogenese. Über diese gibt es heute aber wenig Wissen jedoch viele Hypothesen.

CS-Gas

Corticoide

In der Nebennierenrinde gebildete Hormone, die aus der Ausgangssubstanz Cholesterin gebildet werden.

Unterschieden werden die Gluko-C. und die Mineralo-C.. Die Gluko-C., z.B. Cortison, wirken entzündungshemmend, durch Umwandlung von Eiweißen in Glukose blutzuckersteigernd. Sie vermindern die Immunabwehrkraft und werden daher bei Allergien (überschießende Immunreaktion) eingesetzt. Die C. werden auch als Streßhormone bezeichnet, weil sie unter Streß vermehrt gebildet werden. Die Mineralo-C. wirken auf den Mineralstoffwechsel. Sie steigern die Kaliumausscheidung und halten Natrium im Körper zurück.
Futtermittelzusätze und Tierarzneimittel.

CSB

Cyanurchlorid

Cyanwasserstoff

Cobaltbombe

CKW

CN-Gas

Cobalt

Cobalt ist grau, glänzendes Metall der achten Hauptgruppe des Periodensystems. Das chemische Kurzzeichen ist Co, seine Ordnungszahl 27, seine Schmelztemperatur bei 1490°C und seine Siedetemperatur bei 3100°C. Die Halbwertszeit des radioaktiven Cobalt 60 beträgt 5,26 Jahre.

Cobalt ist ein Werkstoff mit merklich großer Permeabilität, d.h. er ist wie auch seine Legierungen magnetisch. Entdeckt wurde Cobalt im Jahre 1735.

Die Bezeichnung Cobalt leitet sich von Kobold her, der Name weist auf die Ausfallserscheinungen hin, unter denen die Bergleute beim Abbau der giftigen Kobalt-Erze litten. Die Abkürzung Co leitet sich von Cobaltium ab. Jahrhunderte haben die blauen Kobaldsalze Porzellan, Kacheln und Emaille ihre Farbe gegeben.

Aus seinen Legierungen baut man hitzebeständige Teile von Düsentriebwerken, färbt Glas, Metalle und Emaille. Das radioaktive Cobalt 60 wird u.a. zur Lebensmittelbestrahlung und Desinfektion von medizinischen Artikeln eingesetzt. Mit dem radioaktiven Isotop versucht man auch Krebstumore zu bekämpfen.

Cobalt ist giftig, wenn es verschluckt oder eingeatmet wird und kann Krebs verursachen. Cobalt beeinflusst die Funktion der Schilddrüse und das Nervensystem.

Cobalt ist außerdem das Zentralatom des Vitamins B 12, das ausschließlich von Mikroorganismen gebildet wird und überwiegend in tierischer Nahrung vorkommt und für den Menschen von essentieller Bedeutung ist.

Cochenille

Chloroform

C. wird auch als Trichlormethan bezeichnet und ist eine farblose Flüssigkeit mit süßlichem Geruch. Die Löslichkeit in Wasser ist gering, in Alkohol, Ether, Benzin, Benzol und Aceton dagegen gut.

C. wird für chemische Synthesen und als Lösungsmittel für Öle, Harze und Kautschuk verwendet.

Gesundheitsgefährdungen:
Durch Einatmen, Verschlucken oder Aufnahme über die Haut kann zu Gesundheitsschäden führen:

Erbrechen mit Bauchschmerzen
Gesundheitsschädlich beim Verschlucken.
Gesundheitsschädlich: Gefahr ernster Gesundheitsschäden bei längerer Exposition durch Einatmen und durch Verschlucken.
Irreversibler Schaden möglich.
Kann zu Rauschzustand führen
Reizt die Haut
Schädigung des Herzes
Schädigung von Leber und Nieren möglich
Schwindel, Kopfschmerzen, Benommenheit bis zur Bewusstlosigkeit oder andere Hirnfunktionsstörungen können auftreten.

Stoffe, die wegen möglicher krebserzeugender Wirkung beim Menschen Anlaß zur Besorgnis geben. Wegen der Geruchsgewöhnung besteht selbst bei hohen Konzentrationen keine Warnwirkung.

Daten zu C.:
Schmelzpunkt: -63°C
Siedepunkt: 61°C
Einstufungen: MAK-Wert: 50 mg/m³ bzw. 10 ml/m³ ppm)
Geruchsschwelle: 250 - 1000 mg/m³

Chlorophyll

C. ist der grüne Blattfarbstoff, der im Prozeß der Photosynthese die Energie des Sonnenlichts aufnimmt (absorbiert) und in biochemische Energie überführt.

Diese Energie wird in der Pflanze zum Aufbau von Kohlenhydraten wie Glucose (Traubenzucker), Stärke etc. verwendet. Die Magnesium-haltigen C.-Moleküle sind dicht gepackt in einer hochgeordneten Struktur in die Membran der Chloroplasten eingelagert. Chloroplasten sind die photosynthetisch aktiven Zellorganellen der grünen Pflanzenteile (Zelle).

Chlorose

Chlorthalonil

C. ist ein fungizider Wirkstoff, der sowohl in der Landwirtschaft als auch in Holzschutzmitteln eingesetzt wird.

Über seine toxikologischen Eigenschaften ist nur wenig bekannt. Von Arbeitern aus der Land- und Forstwirtschaft sind Vergiftungserscheinungen bekannt geworden. Aus Tierversuchen gibt es (widersprüchliche) Hinweise auf eine krebserzeugende Wirkung.

In den USA wird C. von der EPA in die Gruppe der zehn gefährlichsten Pestizide eingeordnet, die 80% des durch Pestizide bedingten Krebsrisikos darstellen. In Deutschland gibt es für Holzschutzmittel mit C. als Wirkstoff keine Anwendungsbeschränkungen.

Chlorwasserstoff

Auch Salzsäuregas genannt ist ein farbloses, stechend riechendes, unbrennbares Gas.

In Wasser gelöster C. wird Salzsäure genannt. C. ist stark wasseranziehend (hygroskopisch). Bei 0 GradC lösen sich in 1 l Wasser 525 l C.. An feuchter Luft bildet C.-Gas einen Nebel aus feinen Salzsäuretröpfchen.

Herstellung und Verwendung:
C. ist eine der wichtigsten Grundchemikalien der chemischen Industrie und spielt eine bedeutende Rolle innerhalb der Chlorchemie. In Europa ist die BRD der größte C.-Produzent. Die Jahresproduktion der früheren Bundesländer sank von 900.000 t (1990) auf 839.000 t (1991).

Verwendet wird C. unter anderem zur Herstellung organischer Chlorverbindungen, als Katalysator und zur Holzverzuckerung. Im Haushalt wird Salzsäure manchmal zur Entfernung von Urinstein verwendet. Zu beachten ist jedoch, daß Salzsäure nie zusammen mit anderen WC-Reinigern oder Desinfektionsmitteln verwendet werden darf, da dabei hochgiftige Chlorgase entstehen können!
Toxikologie:

C.-Gas ist wegen seiner starken Säurewirkung ein Reizstoff für Schleimhäute und die oberen Atemwege. Der MAK-Wert von C. beträgt 5 ml/m3 (ppm). Bereits bei Werten von 0,06 ml/m3 beobachtet man Änderungen im Atemrythmus und der Atemtiefe. Erfolgt die Exposition kurzzeitig in Konzentrationen unterhalb des MAK-Wertes, so klingen gesundheitliche Störungen bald wieder ab.

Bei Einhaltung des MAK-Wertes wurden auch bei jahrelanger Exposition keine chronischen Erkrankungen festgestellt. Bei Werten oberhalb des MAK-Wertes kann es jedoch zur Ausbildung einer chronischen
Bronchitis kommen. Einwirkungen hoher C.-Konzentrationen auf den menschlichen Organismus sind bislang nur im Zusammenhang mit PVC-Bränden bekannt geworden. Bei diesen Bränden entstehen neben Dioxinen große Mengen an C.. PVC in Müllverbrennungsanlagen stellt ebenfalls eine Quelle von C. dar.

Chromosomen

Die DNS, die das Erbgut (Genom) bildet, ist auf eine bestimmte Anzahl von Untereinheiten - die C. - verteilt.

Die Anzahl der C. variiert bei den unterschiedlichen Organismen-Arten und ist ein artspezifisches Merkmal. Der Mensch besitzt 23 C.-Paare, damit also 46 C. im doppelten (diploiden) Satz.
Ein C. höherer Organismen wird von einem vielfach aufspiralisierten DNS-Doppelhelix-Faden und eingebetteten Histonen gebildet und wird nur während der Zellteilung (Mitose) in aufspiralisierter Form mikroskopisch sichtbar. Die C. sind das wichtigste Element im Zellkern. Auf den C. sind die Gene linear angeordnet. C. haben vier Funktionen:
1. Speicherung der genetischen Information,
2. Fähigkeit der identischen Verdopplung der genetischen Information bei der Zellteilung (Mitose),
3. Übertragung der genetischen Information von DNS auf RNA (Ribonukleinsäure),
4. Verteilung der genetischen Information bei geschlechtlicher Fortpflanzung
Da alle höheren Organismen i.d.R. durch Verschmelzung von Eizelle und Samen entstehen, ist ihr C.-Satz doppelt (diploid). Beim Menschen ist das in der befruchteten Eizelle und in allen anderen Körperzellen mit Ausnahme der Geschlechts-C. des Mannes der Fall. Der Bildung von Samen- und Eizelle geht die meiotische Teilung voraus, bei der der doppelte (diploide) C.-Satz zum einfachen (haploiden) reduziert wird. Daher haben Eizelle und Samen einen einfachen (haploiden) C.-Satz. V.a. bei Pflanzen treten höhere Zahlen an C.-Sätzen auf. Bei der Pflanze Aronstab (Arum maculatum) z.B. ist der C.-Satz 24.576fach.

Chlorierte Kohlenwasserstoffe

C. (CKW) ist der Sammelname für eine große Klasse organisch-chemischer Verbindungen, die außer Kohlenstoff und Wasserstoff auch Chlor enthalten.

Vielfältige Verwendung in Industrie und Haushalt (z.B. Trichlorethan(1,1,1-), Tetrachlorkohlenstoff) und Pflanzenschutzmittel (Chlorpestizide). Die weite Verbreitung sowie die hohe Stabilität der CKW führt dazu, daß sie heute überall in der Umwelt, in Trinkwasser, Nahrung und Luft vorkommen. Spuren von CKW wurden auch schon in einigen Mineralwässern gefunden.

Sie reichern sich im menschlichen Organismus an (u.a. in Gehirn, Leber, Nieren, Herz und Keimdrüsen) und bewirken so, trotz geringer akuter Giftigkeit, chronische Schäden (Bioakkumulation, Nahrungskette). C.-bedingte Schäden stehen an zweiter Stelle bei den Berufskrankheiten. C. können die Haut durchdringen und greifen das Zentralnervensystem an.

Einatmen der Dämpfe führt zu Schleimhautreizungen und Lungenentzündungen. Am Auge können sich Hornhauttrübungen ergeben. Viele C. sind carcinogen und mutagen. Beim Arbeiten mit C. (z.B. Abbeizen, Lackieren) ist auf gute Belüftung und Schutzkleidung (Handschuhe, Brille) zu achten. Ein besonderes Problem bildet die Entsorgung von C..Produktionsmenge 1991, früheres Bundesgebiet: 5.200 t Wirkstoffgewicht.

Chlorfreies Papier

Mit dem Begriff C. wird Papier bezeichnet, zu dessen Herstellung Zellstoff eingesetzt wird, welcher ohne Einsatz von elementarem Chlor oder chlorhaltigen Verbindungen produziert wird.

Dies führt zu einer starken Reduzierung der Einleitungen an chlorierten Kohlenwasserstoffen (CKW) ins Abwasser. Um dies zu ermöglichen, müssen die traditionellen Verfahren der Zellstoff-Gewinnung (Sulfit-, Sulfat- oder Holzstoffverfahren; Papier) durch neue Zellstoffproduktionsverfahren unter Einsatz anderer, meist organischer Aufschlußmittel ersetzt werden. Derzeit werden hauptsächlich drei Verfahren angewandt:

1. Beim Organosolv- (Organocell-) Verfahren wird eine Mischung von Wasser und Methanol als Extraktions- und Lösungsmittel sowie in einem zweiten Kochprozeß Natronlauge (Natriumhydroxid) eingesetzt. Das Methanol wird anschließend wieder zurückgewonnen. Gegenüber bisherigen Aufschlußverfahren entstehen kaum Abwässer und Abgase. Aufgrund sehr geringer Ligninreste kann der Zellstoff mit Ozon und Wasserstoffperoxid auf hohe Weißgrade aufgehellt werden. Chlorhaltige Bleichmittel werden nicht mehr benötigt. Weißgrad und Festigkeitseigenschaften entsprechen denen der Sulfit- bzw. Sulfateigenschaften.
2. Das ASAM-Verfahren verwendet als Aufschlußchemikalien geringe Mengen Sulfit sowie Natriumcarbonat und Natronlauge (Natriumhydroxid). Zusätzliches Lösungsmittel ist Methanol, welches nahezu 100-%ig wieder in den Produktionskreislauf zurückgeführt wird. Durch die nahezu vollständige Abtrennung des Lignins vom Zellstoff wird dieser in einer solchen Reinheit gewonnen, daß auf chlorhaltige Bleichmittel verzichtet werden kann. Hinsichtlich des Weißgrades, der Festigkeit und Ausbeute ist das ASAM-Verfahren mit den klassischen Verfahren konkurrenzfähig.
3. Beim Acetosolv-Verfahren erfolgt der Aufschlußprozeß mit Essigsäure unter einem 0,1-%igen Zusatz von Salzsäure (Chlorwasserstoff). Eine Bleiche mit Wasserstoffperoxid wird in diesen Kochungsprozeß direkt integriert. Hinsichtlich von Weißgrad und Festigkeitseigenschaften besitzt dieser Zellstoff zum Teil bessere Werte als Sulfit- und Sulfatzellstoff.
Obwohl klare Vorteile gegenüber den klassischen Verfahren vorhanden sind, muß berücksichtigt werden, daß noch keines dieser neuen Verfahren in großtechnischem Maßstab eingesetzt wurde. Einen Grund zur Kritik bietet die Tatsache, daß es sich hier um die Herstellung von Zellstoffen aus Primärfasern handelt.

Durch Einsatz der neuen Aufschlußverfahren kann zwar der Schadstoffausstoß (Emission) bei der Zellstoffproduktion gesenkt werden, eine Ressourceneinsparung oder Abfallreduzierung, wie durch erhöhten Einsatz von Altpapier möglich, wird hierdurch jedoch nicht erreicht. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, warum führende deutsche Umweltorganisationen und -zeitschriften lauthals damit werben, daß sie nur auf C. drucken, anstatt direkt Altpapier zu verwenden.

Chlorfluorkohlenstoffe

(CFK) Richtige Bezeichnung für die im allgemeinen als FCKW bezeichneten halogenierten Kohlenwasserstoffe, die gar kein Wasserstoffatom enthalten.

Wegen dieser unsystematischen Bezeichnung werden teilhalogenierte Stoffe, die wie Chlordifluormethan ein Wasserstoffatom enthalten, als H-FCKW bezeichnet.

Folgende C. fallen unter die FCKW-Halon-Verbots-Verordnung vom 6.5.1991:
1. Trichlorfluormethan (R11)
2. Dichlordifluormethan (R12)
3. Chlortrifluormethan (R13)
4. Tetrachlordifluorethan (R112)
5. Trichlortrifluorethan (R113)
6. Dichlortetrafluorethan (R114)
7. Chlorpentafluorethan (R115)

C. sind mangels Wasserstoffatomen so stabil, daß sie in die Stratosphäre (Atmosphäre) aufsteigen können und erst dort durch UV-Strahlung gespalten werden. Je größer der Gehalt an Chloratomen im C. ist, um so größer ist die Zahl der zum Ozonabbau beitragenden Chlor-Radikale in der Ozonschicht.

Die FCKW-Halon-Verordnung gilt weiterhin für die bromhaltigen Halone (1211), (1301), (2402) sowie für Tetrachlormethan und 1,1,1-Trichlorethan (Methylchloroform).

Chloracetophenon

Chloraceton

Cellophan

Cellulose

Gerüstsubstanz fast aller Pflanzen; weitaus häufigste organische Verbindung.

Aus Holz, Schilf, Stroh u.a. gewinnt man durch chemischen Aufschluß reine C. (Zellstoff). C. ist der Ausgangsstoff zur Herstellung von Papier und Pappe sowie Textilien, Fotofilmen, Kleister u.a.

C. kann auch durch Recycling aus Altpapier zurückgewonnen werden. C. findet Verwendung im Bauwesen als Dämmstoff (Cellulosedämmstoff, Isofloc), mit Gips gebunden als Wandbauplatte (Fermacell) und als Pappe in Verbindung mit Teer und Bitumen für Abdichtungsarbeiten.

Chemische Kampfstoffe

C. werden allgemein in folgende Gruppen eingeteilt: Atmungsgifte, Binärkampfstoffe, Entlaubungsmittel, Hautkampfstoffe, Lungenkampfstoffe, Nervenkampfstoffe, Reizstoffe.

{b1l}Daneben existieren noch Psychokampfstoffe, wie z.B. Lysergsäurediäthylamid (LSD), die zu Verwirrung und Handlungsunfähigkeit führen und somit ideale Sabotagegifte darstellen.
Geschichte: Bereits im Altertum und Mittelalter machten Menschen von der giftigen Wirkung bestimmter Stoffe Gebrauch. Die rasante Entwicklung der chemischen Industrie im 19. Jh. führte dazu, daß eine große Anzahl von chemischen Verbindungen produziert wurde, die wegen ihrer Giftigkeit als C. geeignet erschienen. 1907 sprach man zwar in der Haager Landkriegsordnung (HLO) ein Verbot der Anwendung C. aus, aber am 22.4.1915 wurde von deutscher Seite an der Westfront mit Chlor erstmals ein C. eingesetzt; die nach ihrer farblichen Kennung bezeichnete Giftgasmunition (Blau-, Gelb-, Grün-, Weißkreuz) forderte auf beiden Seiten etwa 100.000 Tote und 1,2 Mio Verletzte.
Obwohl das Genfer Giftgasprotokoll von 1925 erneut den Einsatz C. untersagte, wurde weiter und intensiver als vorher an der Entwicklung neuer Kampfstofftypen geforscht. Aus dieser Zeit stammen die Nervenkampfstoffe Tabun, Sarin und Soman. Im Zweiten Weltkrieg wurden C. in Asien von japanischer Seite eingesetzt, in deutschen Gaskammern brachte man mit dem Atmungsgift
Zyklon B Mio von Menschen um. Im anschließenden "Kalten Krieg" setzte bei den C. wie auch bei atomaren Waffen ein Wettrüsten ein. Eine neue Variante der chemischen Kriegsführung demonstrierten die USA mit dem Einsatz von Entlaubungsmitteln im Vietnamkrieg. Den vorläufigen Höhepunkt dieser Entwicklung setzt die Produktion von Binärkampfstoffen.
Seit 1925 sind über 30 Kriege dokumentiert, in denen C. eingesetzt wurden. Am Beispiel der beiden Golfkriege wurde deutlich, daß die C. als "
Atombombe des armen Mannes" in Zukunft vor allem in Ländern der sog. "Dritten Welt" stärkere Bedeutung erlangen werden. Es ist zu bezweifeln, ob internationale Anstrengungen zur endgültigen Ächtung C. erfolgreich sein werden.
Die Beseitigung von C. ist technisch zwar in Form einer Hochtemperaturverbrennung möglich, doch ist das Betreiben einer solchen Anlage mit einem hohen Sicherheitsrisiko verbunden, vom Transport der Kampfstoffe ganz zu schweigen. Die in der BRD einzige Anlage zur C.-Entsorgung in Munster (GEKA = Gesellschaft des Bundes zur Entsorgung chemischer Kampfstoffe und Rüstungs-Altlasten mbH) ist auf Jahre hin ausgelastet. Die Kosten für die Entsorgung werden auf mindestens das dreifache der Produktionskosten geschätzt.

Lit.: D.Wöhrle, D.Meisner: Die zunehmende Verbreitung eines Massenvernichtungsmittels; in Nachrichten aus Chemie, Technik und Laboratorium, 1989