Die Chemie und ihre Methoden: Eine philosophische Betrachtung

347 Pages·1999·8.896 MB·German

by  Nikos Psarros (auth.)

Nikos Psarros
Die Chemie und ihre Methoden
Eine philosophische Betrachtung
@WILEY-VCH
Nikos Psarros
Die Chemie
und ihre Methoden
Eine philosophische Betrachtung
@WIL EYVCH
Weinheim . New York . Chichester
-
Brisbane Singapore Toronto
Priv-Doz. Dr. Nikos Psarros
Institut fur Philosophic
Univcrsitat Leipzig
BurgstraUc 21
D-04109 Leipzig
Psarrosidrz.u ni -1eipzig.de
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Titelhild: Mit freundlicher Genchmigung dcr BASF AG. Ludwigshafen.
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Psarros, Nikolaos:
Die Chemie und ihrt Methoden : cine philosophische Bctrachtung /
Nikos Pqarros. - Weinheim : New York ; Chichester ; Brisbane ;
Singapore ; Toronto : Wiley-VCH. 1999
ISBN 3-527-29816-Y
'C WILEY-VClI Verlag GmbH, D-69469 Weinheim (Federal Republic of Germany). l9YY
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Vorwort
In der Einleitung ihrer Jogischen Propddeutik“ bemerken WILHELMKA MLAHu nd
PAULL ORENZENih,r Buch verfolge das Ziel, die Disziplin des Denkens und Redens
[herzustellen], die uns endlich ermliglichen wiirde, unsere hoffnungslos gegeneinander
aufgefahxenen Standpunkte und Meinungen abzubauen und, in aller Ruhe sozusagen,
miteinander, im vemiinftigen Gesprkh, einen neuen Anfang zu machem.. Die von
h e n e ingeschlagene Methode war es, den Weg des in der Alltagswelt ins Stocken
geratenen Dialogs bis zu seinen lebensweltlichen Wurzeln zuriickzwerfolgen und von
dort Schritt fiir Schritt einen methodischen Neuanfang zu machen. Mittlerweile ist das
in der Jogischen Propddeutik“ enthaltene Progpmm vor allem durch den LORENZEN-
Schuler PETERJ ANICHu nd seine Mitarbeiter in Marburg fortgefiihrt und ausgeweitet
worden. Die vorliegende Arbeit mlichte sich in diese Tradition der methodischen Phi-
losophie einordnen und in diesem S h ea ls Beitrag verstanden werden, den Dialog in
und uber einen wichtigen Bereich unserer Lebenswelt, nhlich die Wissenschaft Che-
mie, wieder in Gang zu bringen.
Absicht dieser Arbeit ist es also, Vorschliige zur methodischen Rekonstruktion der
chemischen Fachsprache zu unterbreiten, beginnend bei fundamentalen Fachbegriffen
wie ‘Stoff, ‘chemische Reaktion’ und ‘chemische Verbindung’. Sie richtet sich, wie
die ,,Logische Propddeutik“, an die ctenMuschten Kennem, &e das Bedi,irfnis verspii-
ren, die Grtinde - in unserem Falle - fiir die Auwahl des heute altigen chemischen
Fachvokabulars und gewisser fiir diese Wissenschaft grundlegender An- und Einsich-
ten nachzuvollziehen. Darhberhinaus richtet sich diese Arbeit natiirlich auch an den
Ar&nger, der einen “lebensnahen” Zugang in die Welt der Stoffe und der Stofim-
wandlungen sucht, und an den Lehrer, dem es immer suspekt erschien, da5 seine
Schiiler gerade das entdecken mussen, was von den jeweils giiltigen chemischen Theo-
rien als “wahr” ausgewiesen wird.
Aus dem Gesagten folgt, dall der Leser vom Inhalt der folgenden Kapitel keine Aus-
kiinfte uber die neuesten Ermngenschaften der chemischen Forschungdiont erwarten
dad, sondem vielleicht etwas Neues Uber den A u f b a u der chemischen Fachspra-
che und ihren Bezug zu den Handlungen der Chemiker erfahren wird. Damit dies ge-
lingt, wird er gebeten - wie der Leser der ,,Logkchen PropddeutiK’ - sich von den
iiberkommenen Vorstellungen iiber die Chemie und ihre Gegensthde zu distanzieren,
indem er ((den Standpunkt einnimmt, dal3 er die W li r t e r , die er dazu [zu ihrer
Formuliemg - NP] verwenden mute, noch gar nicht zur Verfiigung hab).
*
Ale Zitate sind aus W. Kamlah und P. LorenZen, Logische Propddeutik: Vorschule des
verniinjigen Redens, MaImheim (u.a.) 1973, entnommen worden.
VI Vorwort
Dieses Buch widme ich meinen Eltem als Dank f?ir ken Einsatz und ihre Opfer fir
meine Ausbildung.
Zu seinem Entstehen haben viele Umstilnde und Personen beigetragen: Es ist durch die
gro8ziigge Unterstiitzung durch ein Stipendium des Stifterverbandes fiir die Deutsche
Wissenschaft und ein Habilitationsstipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft
ermiiglicht worden. Der Arbeitskreis um Prof. PETERJ ANICHi n Marburg hat die
Randbedingungen geschaen, die fiu die Bewaltigung dleser Aufgabe von entschei-
dender Bedeutung waren. Meinen Kollegen DIRKH ARTMA”, ERWINB AIER,P AUL
BURGERM, ATHIAS GUTMA”, GERDH ANEKAMRP,A INERL ANGEW, OLFGANSGC HO-
NEFELD, W.H.E. SCHWARZ und MICHAEL WEINGARTEN miichte ich mich fiir die
fiuchtbaren Diskussionen, die konstruktive Kritik, die vielen wichtigen Hinweise und
eine gute Arbeitsatmosph&e danken. Meiner Frau ELISABETHP,E TERH ENTZEu nd
FRANKW EBERg ebuhrt mein Dank fiir ihre Geduld, sich durch hunderte von Seiten
“durchgebissen” und mit Aluibie allen Fehlern nachgespiirt zu haben.
Und last but not least bin ich meinem akademischen Lehrer Professor PETERJ ANICH
zu grofiem Dank verpflichtet: Nicht nur weil er mir den AnstoB fiir diese Arbeit gege-
ben, sondern weil er mir eine ganz neue Sicht der Welt vennittelt hat.
Marburg, im Januar 1999 Nikos Psarros
Inhaltsverzeichnis
v
vorwort ......................................................................................................
1. Die Chemie als Gegenstand philosophischer Reflexion ................................. 1
1.1 Philosophie der Chemie .ein Desiderat?. ..................................................... 1
1.2 Das philosophische Instrumentarium. .....................................................
1.3 Welt hinter (Atom)Gittern: Das naturalistische Bild der Chemie .............
1.4 To do is to be: Eine kulturalistische Alternative. ...........................
1.4.1 Exkurs: Die chemiebezogenew issenschaftstheoretische Literatur im
Spannungsfeld zwischen Naturalismus und Kulturalismus. ......................... 13
1.5 Die methodische Rekonstruktion einer "Natur"wissen schaft ....................... 20
1.5.1 Die lebensweltliche Basis .......................................................................... 20
1.5.2 Exkurs: Handlungen .................................................................................. 21
1.5.3 Vom Handwerk zur Wissenschaft .............................................................. 22
1.5.4 Natur und KulW ....................................................................................... 23
1.5.5 Das h i pde r methodischen Ordnung ................ ............................. 24
1.6 Der Aufbau einer wissenschaftlichen Fachsprache ............................. 25
2. Chemische Prototheorie Teil I: Basisbegriffe. ...............................
2.1 Die lebensweltliche Basis der Chemie ..........................................
2.2 Die ersten Fachworter. ............... ........................................... 28
2.3 Fest, fliissig und ga&rmig ........................................................................ 29
2.4 Materielle und substantielle Eigenschaften ................................................. 31
2.4.1 Klassifikation der substantiellen Eigenschaften .......................................... 33
2.5 Protochemische Operationen. ..................................................................... 36
2.6 Definitionen der ublichen protochemischen Operationen ............................ 37
2.7 Stoffe und Stomassen .............................................................................. 38
2.7.1 Exkm: Massentermini .............................................................................. 40
2.8 Protochemische Operationen: Einteilung und methodische Ordnung. ..........4 3
2.8.1 Normen ..................................................................................................... 45
2.8.2 Herstellungsverfahren. ............................................................................... 46
2.8.3 Protochemische Operatorenregeln. ................................... .......5 1
2.9 Die Wissenschaft der Stoffe ....................................................................... 52
3 . Quantitative und qualitative Bestimmungsmethoden fiir prospektiv
relevante substantielle Eigenschaften und die Temperatur. .......................... 53
3.1 Meatheoretische Grundlagen ..................................................................... 53
3.1.1 Metrisierung. ............................................................................................. 55
VlII Inhaltsverzeichnis
3.1.2 Intensive und extensive MeDgroRen.. ...............
3.1.3 Fundamentale und abgeleitete MeRgroRen ..........................
3.1.4 Prototypengebundeneu nd prototypenfreie
3.2 Die statistische Behandlung von MeBergebnissen ...............
3.2.1 Der diskrete, symmetrische Zufallsgen
3.2.2 Unsymmetrische, diskrete und kontinuierliche Zufallsgeneratoren ............. 62
3.2.3 Statistische Eigenschaflen von MeRgeraten ................................................ 64
3.3 Klassifikation und Messung von Dichte, Farbe, Klang, Geruch,
Geschmack, Festigkeit und HWe. .............................................................. 65
3.3.1 Dichte ....................................................................................................... 65
3.3.2 Farbe ............................................... .................
3.3.3 Methodische Rekonstruktion ............ .................................................. 80
3.3.4 Klang ........................................................................................................ 84
3.3.5 Geruch und Geschmack. ............................................................................ 85
3.3.6 Historisch iiberlieferte Geruchs- und Geschmacksklassifikationssysteme... .88
3.3.7 Methodischer Aufbau eines Geruchs- und Geschmacks-
klassifikationssystems fiir die Zwecke der Chemie .............. ..... 94
3.3.8 Festigkeit und W e... ......................... ................................................. 96
3.4 Temperatur ......................................... ............................................... 102
3.4.1 Temperaturdefinitionenu nd Thermometer .................. ..................... 102
3.4.2 Protothermometrie ..................................................... ..................... 109
3.4.3 Aufbau einer geriiteprototypenfreienT e a ............................. 111
3.4.4 Aufbau einer absoluten Tempemturskala ................................. 116
4. Chemische Prototheorie, Ted 11: Abgeleitete BegrZfe ...................
4.1 Die Ziele der Chemie ...............................................
4.2 Chemische und chemisch seine Stoffe. ......................
4.2.1 Exkurs: Das Ideationsverfahren ................................
4.3 Chemische R ~ o n e..n.... ...................................................................... 121
4.3.1 Reaktionszeilen. ........................................................................
4.3.2 Typologie chemischer Reaktionen ......................................
4.4 Analyse und Synthese ........................................................
4.4.1 Besondere Zerlegungsreaktionen ........................................
4.5 Chemische Verbindungen und chemische Phasen .................................... 128
4.5.1 Zum Normenstatus des Sakes der konstanten Proportionen .............
4.6 Chemische Elemente .................................................. ..................... 133
4.1 Die chemische Nomenklatur .................................. ..................... 135
4.7.1 Die Namen der Elemente. ......................................
4.8 Chemische Eigenschaften ........................................................................ 137
5. Rekonstruktion der chemischen Theorie, Teil I:
Das Forschungsprogramm der allgemeinen Chemie ................................. 139
5.1 Wo es stinkt und knallt: Das chemische Experiment, Teil I ...................... 140
5.2 In der Denkstube I: Naturgesetze ..........................................
5.2.1 Verlaufs- und Zustandsgesetze .............................................
5.3 Wo es stinkt und knallt: Das chemische Experiment, Teil I1 ..
5.4 Die Exhaustion von Naturgesetzen .......................................
Inhaltsverzeichnis JX
5.5 In der Denkstube 11: Theorien und Forschungsprogramme. ....................... 154
5.6 Chemische Naturgesetze .......................................................................... 156
5.6.1 Beschreibende Gesetze ............................................................................ 159
5.6.2 Fundamentale chemische Gesetze ............................................................ 161
5.7 Gesetze der chemischen Reaktionsstatik. .................................................. 162
5.7.1 Hypotheses fingo: Molekiile und Atome ................................................... 164
5.7.2 Valenz und Oxiclationszahl ...................................................................... 168
5.7.3 Molekiil- und Atommasse ........................................................................ 169
5.7.4 Mol und M o l d. .................................................................................... 172
5.7.5 Chemische Formeln und chemische Gleichungen ...........................
5.7.6 Chemische Gruppen. ......................................................................
5.7.7 Das System der rationalen chemischen Nomenklat ur ................................ 180
5.7.8 Das Periodensystem der Elemente. ................................
5.8 ThermodynamischeN ormen und Gesetze und ihre Anwendung
in der chemischen Thermodynanuk. ......................................................... 193
5.8.1 Der allgemeine Energieerhaltungs ...................................................... 194
5.8.2 Der erste Hauptsatz der Thermodynarmk. .......... ................... 203
5.8.3 Enthalpie ................................................................................................. 208
5.8.4 Der Satz der konstanten Wmesummen .................................................. 210
5.8.5 Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik ............................................... 212
5.8.6 Entropie. .................................................................................................. 214
5.8.7 Der dritte Hauptsatz der Thermodynamik ................................................. 217
5.8.8 Helmholtzsche und Gibbsche hieE nergie .............................................. 218
5.8.9 Das prinzip des kleinsten Zwanges. .......................................................... 220
5.8.10 Die korpuskular-statistischeI nterpretation der Thermodynamik. ...............2 24
5.8.11 Die kinetische Gasthwrie ........................................................................ 225
5.8.12 Statistische Mechanik .............................................................................. 229
5.8.13 Vorteile der Verwendung der Zustandssummen in
thermodynatnischen Berechnungen .......................................................... 232
5.8.14 Naturalistische Miainterpretationen der statistischen Mechanik
5.8.15 Bemerkungen zur Geschichte der korpuskular-statistischen
Interpretation der Thermodynamik ................. ................................... 241
5.9 Die Gesetze der chemischen Reaktionskinetik. ..........................
5.9.1 Kinetische Reaktionsgesetze und Reaktionsmechanismen.. ........
5.9.2 Reversible Reaktionen und das Massenwirkungsgesetz. ........................... 251
5.9.3 Die Temperatumbhhgigkeitd er chemischen Reaktionsgeschwindigkeit .. 2 55
5.9.4 Katalysierte Reaktionen ........................................................................... 260
5.10 Modelle ................................................................................................... 261
5.10.1 Fonnale Modelle ...............................................................
5.10.2 Technische Modelle ................................................................................. 263
6 . Rekonstruktion der chemischen Theorie. Teil 11:
“R&unlicheyyS truktur und chemische Bindung ......................................... 269
6.1 Die chemische Reaktionsgleichunga ls Kalkiil .......................................... 269
6.1.1 Das Spiel mit den Steinchen - zur Tdologied er K U e... ................. 271
6.1.2 Chemische KalkiUe .................................................................................. 272
6.1.3 Der Summedormel- und der serielle Strukturformel kalkiil ....................... 272
X Inhaltsverzeichni s
6.1.4 Die pragmatische Begriindung chemischer Kalkule .................................. 276
6.2 Ionische, kovalente und ko
6.2.1 Ionische und kovalente Verbindungen .............
6.2.2 Koordinationsverbindung
6.3 ........................ 283
6.4
6.4.1 Kernphysik und Kernche ........................ 301
6.5 Die quantenmechanische
6.5.1 Teilchenwellen und Sc
6.5.2 ...............................
6.5.3
6.5.4
6.5.5
6.6
................................ 309
7. ........................ 312
7.1
7.2
7.3 Physlkaiische Molekde.. ...........
7.4 Biomolekiile... ............................................. ................................ 317
7.5 Sind die Molekiile die “Bausteine der Welt”? .......... ........................ 318
8. Literaturverzeichnis... ....................... ........................ 319
9. Register .................... ...................... ................................ 329
Die Chemie undihre Methoden
Nikos Psarros
Copyright91999WILEY-VCH Veerlag GmbH
1. Die Chemie als Gegenstand
philo sophischer Reflexion
1.1 Philosophie der Chemie - ein Desiderat?
Anders als ihre Kollegen aus den beiden anderen groBen naturwissenschaftlichen Dis-
ziplinen Biologie und Physik hinterfragen die Chemiker selten die phlosophischen
Grundlagen ihrer wissenschaftlichen Tgtigkeit. Die Reflexion setzt meistens erst dann
ein, wenn die Resultate oder der gesellschaftliche Rahmen dieser Tiltigkeit (d.h. die
chemische Forschung und Industrie) innerhalb unserer Gesellschaft auf Kntik stoat,
und hat eher defensiven Charakterl. Sollten sie je zur Sprache kommen, werden che-
miespezifische philosophische Probleme nach persiinlichen Vorlieben mit Anleihen an
verschiedene Schulen behandelt und ziemlich schnell ‘‘gekliW”, wobei man allerdings
mit gewissem Recht behaupten kann, dal3 die meisten zeitgencissischen Cheder ei-
nen naiven Realismus vetreten, d.h. die Auffassung, daD die in der Chemie vorkom-
menden Begriffe und “Gesetze” naturgegebenen Bestandteilen unserer Welt entspd-
chen. Stellvertretend fur diese Einstellung mogen folgende Aussagen angefiihrt wer-
den:
c t h Prinzip ist die Chemie fur den Menschen nichts Neues, sondern etwas AllMgliches. Die
Vorgiinge der unbelebten wie auch belebten Natur sind und waren zu allen Zeiten der Erdge-
schichte nicht ohne chemische Reaktionen denkbar. [...I Es bedarf also keines weitmen Hinwei-
ses, daI3 die Chemie fur den Menschen ein allgegenwartiger Bestandteil seines Alltags ist, wie
man sich auch das Leben selbst nicht ohne chemische Reaktionen vorstellen kann. Dariiber kann
eine einhellige Meinung bestehem (WEISE1 984 - Spenungen nicht i. 0.)
und
ccNach wie vor ist der Cheder der Spezialist der Molelde. Er kennt ihren Bay ihre Reaktivi-
tftt und hteraktionen wie kein zweiter. Hier ist ihm hum eine ernsthafte Konkurrenz erwach-
sem (RETSC1H98E2R).
Diese Weltanschauung kommt auch in den Einleitungen mehrerer Chemielehrbiicher
zum Ausdruck: Die groBe Mehrheit dieser Werke geht nach lapidaren Feststellungen
des Typs dnorganic chemistry deals with substances having virtually every known,
Ein anschauliches Beispiel dieses Sachverhaltes bieten die im Sammelband ,,Chemie und
Gesellschaft: Hemusfordenrng an eine Welt im Wundef“( BOCHE1 984) enthaltenen Beitrtige
namhafler Cheder.