Über Stoffe




















Viele Stoffe –
die Tooltips zeigen, welche.

Worum geht es auf dieser Seite ?

Im Projekt „Die Struktur der Stoffe” geht es um die Struktur der Stoffe. Da ist es natürlich wichtig, zu wissen, was Stoffe eigentlich sind. Auf dieser Seite erfahren Sie mehr zu den Fragen :

  • Was ist ein Stoff ?
  • Wann sind 2 Stoffe gleich oder verschieden ?
  • Welche Probleme und Missverständnisse ergeben sich rund um den Begriff des Stoffes ?

Stoffe in Chemie und Physik

Der Name des Projekts ist nicht der einzige Anlass, sich darüber Gedanken zu machen, was man denn nun genau unter einem Stoff versteht. Ein anderer Grund ist wichtiger.

Viele Lehrbücher der Chemie beginnen damit, den Unterschied zwischen Physik und Chemie aufzuzeigen. Da heißt es dann zum Beispiel, dass Chemie „die Lehre von den Stoffen und Stoffänderungen” und Physik „die Lehre von den Zuständen [gemeint ist : der Stoffe, M.S.] und Zustandsänderungen” ist (Holleman / Wiberg : Lehrbuch der Anorganischen Chemie, 101. Auflage, Berlin 1995, S. 1).

Was ist ein Stoff ?

Geht man den beiden Fragen „Was ist ein Stoff ?” und „Wann sind 2 Stoffe verschieden ?” genauer nach, so findet man manche Ungenauigkeiten und, selbst im gleichen Buch, Widersprüche. Ein Beispiel soll das illustrieren.

Stoffe werden oft anhand wahrnehmbarer und messbarer Eigenschaften wie Farbe, Schmelzpunkt oder Dichte identifiziert, d.h. von anderen Stoffen unterschieden. Man findet nun sowohl die Aussage, dass 2 Körper (Gegenstände), die in allen solchen Eigenschaften übereinstimmen, zum gleichen Stoff gehören, als auch die Aussage, dass bei einem Stoff diese Eigenschaften immer gleich sind.

Einschub – Aussagen und ihre logische Umkehrung : Man sollte sich an dieser Stelle klarmachen, dass es sich hier um 2 völlig unterschiedliche Aussagen handelt, die nicht voneinander abhängen oder sich gegenseitig bedingen.

Die erste Aussage (wir nennen sie im folgenden Aussage 1) besagt : Wenn 2 Gegenstände gleiche Eigenschaften haben, sind sie vom gleichen Stoff. Dazu äquivalent ist die Aussage (im folgenden Aussage 1a genannt) : Wenn 2 Gegenstände nicht vom gleichen Stoff sind, haben sie unterschiedliche Eigenschaften. Das kann man sich ganz einfach so überlegen : Wenn 2 Gegenstände nicht vom gleichen Stoff sind, haben sie unterschiedliche Eigenschaften, denn hätten sie gleiche Eigenschaften, dann wären sie (gemäß Aussage 1) vom gleichen Stoff, und das ist ein Widerspruch zur Voraussetzung, dass sie eben nicht vom gleichen Stoff sind.

Sehen wir uns nun die andere Aussage (im folgenden Aussage 2 genannt) an. Sie besagt : Wenn 2 Gegenstände vom gleichen Stoff sind, dann haben sie gleiche Eigenschaften. Darüber, was der Fall ist, wenn die beiden Gegenstände nicht vom gleichen Stoff sind, sagt Aussage 2 gar nichts aus. Sie könnten gleiche oder auch unterschiedliche Eigenschaften haben. Dies ist etwas anderes als Aussage 1a. Da Aussage 1a äquivalent zu Aussage 1 ist, ist Aussage 2 auch etwas anderes als Aussage 1.

Es bleibt noch feszustellen, dass die Aussage „Wenn 2 Gegenstände unterschiedliche Eigenschaften haben, sind sie nicht vom gleichen Stoff.” äquivalent zu Aussage 2 ist. Sie heißt im folgenden Aussage 2a.

Wie helfen diese beiden Aussagen, den Begriff des Stoffes zu definieren ?

Beide Aussagen scheinen auf den ersten Blick sowohl selbstverständlich als auch hilfreich zur Klärung des Stoffbegriffes zu sein.

Man könnte auf den Gedanken kommen, den Begriff des Stoffes mit Hilfe der beiden Aussagen 1 und 2 zu definieren, etwa so :

Haben 2 Gegenstände gleiche Eigenschaften, dann sind sie vom gleichen Stoff. Haben sie aber unterschiedliche Eigenschaften, dann sind sie von verschiedenen Stoffen.

Leider steht diese Definition, so klar und einsichtig sie auch ist, im Widerspruch zum allgemein üblichen Gebrauch des Wortes „Stoff” in der Chemie. 2 Beispiele sollen dies illustrieren.

Diamant und Graphit unterscheiden sich deutlich in Farbe, Härte, elektrischer Leitfähigkeit und vielen anderen Eigenschaften, müssten also 2 verschiedene Stoffe sein. Tatsächlich sieht man sie nur als 2 Zustandsformen desselben Stoffes, nämlich Kohlenstoff an.

Ebenso wird Granit ganz selbstverständlich als ein Stoff bezeichnet, obwohl verschiedene Granitstücke unterschiedliche Zusammensetzung (unterschiedliche Anteile an Quarz, Feldspat und Glimmer) und damit auch unterschiedliche Eigenschaften (z.B. Dichte) haben können.

Was ist ein Stoff ? – Eine Frage ohne eindeutige Antwort

Festzuhalten bleibt, dass die Chemie sich nicht genug Gedanken über eine klare Definition ihres Gegenstands, des Stoffes, gemacht hat, dass aber andererseits jeder Chemiker eine intuitive Vorstellung darüber hat, was denn ein Stoff ist, und wann Stoffe verschieden sind. Sichtbare und messbare Eigenschaften spielen dabei genauso eine Rolle wie Bindungsverhältnisse, die Atomanordnung und historisch gewachsene Vorstellungen.

Aufgabe dieses Projekts kann es nicht sein, der Wissenschaft Chemie eine umfassende und widerspruchsfreie Definition des Begriffs „Stoff” zu geben – das wäre Größenwahn.

Probleme rund um den Stoffbegriff

Wir können aber einige Schwierigkeiten bei der Definition des Begriffs Stoff aufzeigen und einige Missverständnisse bei der Benutzung dieses Begriffs ausräumen.

  • der Reinstoff als Modell
  • Schwierigkeiten bei der Definition des Stoffbegriffs – demnächst
  • Missverständnisse rund um den Stoffbegriff – demnächst

Was ist ein Stoff ? – eine vorläufige Antwort

Wir können (und müssen) eine, notwendigerweise pragmatische, Definition dessen geben, was wir in diesem Projekt unter einem Stoff verstehen wollen, und wann wir 2 Stoffe gleich oder verschieden nennen wollen.

Stoffe sind Erscheinungsformen der Materie.
Haben 2 Körper (Gegenstände) gleiche physikalische und chemische Eigenschaften, so gehören sie zum gleichen Stoff.
Unterscheiden sich 2 Körper in mindestens einer Eigenschaft oder in ihrer Zusammensetzung, werden aber traditionell in der Regel zum gleichen Stoff gezählt, so werden sie auch im Projekt „Die Struktur der Stoffe” zum gleichen Stoff gezählt, andernfalls nicht.




















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