Atome und Moleküle: Unterschied zwischen den Versionen

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Alles um uns herum ist aus Atomen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, Erde, Luft, die Sonne und was es sonst noch alles gibt. Außer Atomen gibt es nichts anderes. Die Atome sind aber so klein, dass man sie weder mit den [[Auge|Augen]] noch mit den stärksten Mikroskopen sehen kann.  
[[File:Graphite ambient STM.jpg|thumb|Ein Bild mit [[Kohlenstoff]]atomen, das mit einem [[Mikroskop|Rastertunnelmikroskop]] erzeugt wurde.]]
Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. [[Pflanzen]], [[Tiere]], [[Mensch]]en, die [[Erde]], die [[Luft]], die [[Sonne]] und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den [[Auge|Augen]] noch mit den stärksten [[Mikroskop]]en genau betrachten kann.  


Der Name "Atom" kommt von dem griechischen Wort "atomos", was "das Unzerschneidbare" oder "das Unteilbare" bedeutet. Ausgedacht haben sich das die griechischen Philosophen Leukipp und Demokrit, die vor etwa 2500 Jahren gelebt haben. Damals gab es noch keine Forscher wie heute. Philosophen dachten über Beobachtungen in der Natur nach und versuchten diese zu erklären.  
In der Mitte des Atoms liegt der Kern. Darum herum bilden die Elektronen so etwas wie eine Wolke. Aus Atomen besteht beispielsweise [[Eisen]], [[Kupfer]] oder [[Gold]]. Auch [[Helium]] besteht nur aus Atomen. Man braucht es als Gas für [[Ballon]]s, weil es leichter ist als [[Luft]] und somit die Ballons aufsteigen lässt. Insgesamt gibt es mindestens 118 verschiedene Atome.  


== Wie sehen Atome aus? ==
Moleküle haben mehrere Kerne und eine Wolke von Elektronen darum herum. Ein einfaches Molekül ist [[Wasser]]. Es gibt sehr viele verschiedene Moleküle. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder [[Medikament]]e herstellt.
[[File:Graphite ambient STM.jpg|mini|Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, dass mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.]]
Atome sind viel kleiner, als man es sich vorstellen kann. Darum kann man sie auch nicht sehen. Es gibt kein Mikroskrop, mit dem man ein einzelnes Atom betrachten könnte. Ein Rastertunnelmikroskop hat eine Art elektronischen Finger: Damit kann es die Oberfläche eines Gegenstandes abtasten und der Computer erzeugt daraus ein Bild.


Am Beispiel der Luft kann man sich gut vorstellen, dass man Atome nicht sehen kann: Die Luft enthält auch Atome, die schwirren aber alle getrennt herum. Erst wenn viele Atome zusammen vorliegen, kann man sie sehen. Man müsste 10 Millionen Atome, also 10 mal 1000 mal 1000 Stück, hintereinander legen, um eine Länge von 1 Millimeter zu haben.
Auch Atome kann der Mensch verändern. In einem [[Atomenergie|Atomkraftwerk]] spaltet man große Atomkerne in kleinere Teile auf. Dazu nimmt man das Element Uran. Dabei entsteht sehr viel Wärme, die man als Energie nutzt. Was da abläuft, nennt man „Kernspaltung“.


== Sind Atome wirklich unteilbar? ==
Das Gegenteil läuft in der [[Natur]] ab: Zum Beispiel auf der [[Sonne]] und auf den [[Stern]]en geschieht das Umgekehrte: Da verschmelzen mehrere kleine Atomkerne zu einem großen. Das hat jeweils mit dem Element Helium zu tun. So entsteht eine enorme Hitze. Diesen Ablauf nennt man „Kernfusion“. Viele [[Wissenschaft]]ler tüfteln zwar daran, aber es ist ihnen noch nicht gelungen, dies nachzuahmen und so selber Energie zu gewinnen.
[[Datei:3D anamation of the Rutherford atom.ogv|mini|Animation zum sogenannten Kern-Hülle-Modell eines Atoms.]]
Der Name "Atomos" beruhte auf einer Vermutung. Denn vor 2500 Jahren hatte man noch keine Geräte, um etwas anderes nachzuweisen. Mit Hilfe dieser kleinen, unteilbaren Teilchen, konnte man aber viele Beobachtungen aus der Natur erklären.


Allerdings stellte ein englischer Physiker namens Joseph John Thomson 1897 fest, dass es noch kleinere Teilchen gibt. Sie bekamen den Namen Elektronen und wurden als ein Bestandteil der Atome erkannt. Sie sind auch für den elektrischen Strom verantwortlich.
Der Name „Atom“ kommt von dem [[griechisch]]en [[Wort]] „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige [[Altes Griechenland|griechischen]] [[Philosophie|Philosophen]]. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die [[Natur]] und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute [[wissen]] wir, dass Atome eben doch teilbar sind.


[[Datei:CERN CMS vacuum tank.jpg|mini|Eines der Messgeräte im CERN, dass über 20 m hoch ist. Beachte die Größe der Menschen davor. Damit will man noch kleinere Teilchen entdecken.]]
==Was sind Atome?==
Später entdeckte man noch Protonen und Neutronen als Atombestandteile, die etwas größer als Elektronen sind. Inzwischen geht man von einem Aufbau wie in dem kurzen Film rechts dargestellt aus.
[[Datei:CERN CMS vacuum tank.jpg|mini|Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in [[Genf]]. Das Gerät ist über 20 m hoch. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.]]
* In der Mitte des Atoms gibt es einen festen Kern, der Protonen und Neutronen enthält.
Mit ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome sichtbar machen. Sie erscheinen dann als unscharfe [[Kugel|Kügelchen]]. Allerdings ist das nur eine [[Computer]]-Darstellung. Denn tatsächlich bestehen Atome aus einem Kern und einer sogenannten Elektronen-Hülle. Die Hülle ergibt sich nur dadurch, dass die Elektronen so schnell um den Kern herum sausen, dass man meint, sie seien gleichzeitig überall. Wenn sich die Elektronen von den Atomem ablösen lassen und weiter bewegen, dann fließt [[Elektrizität|elektrischer Strom]].
* Die sogenannte Atomhülle entsteht dadurch, dass die Elektronen um den Kern herumschwirren wie Planeten um die Sonne.


Inzwischen hat man noch viel mehr, noch kleinere, Teilchen gefunden. Dabei ist aber ein riesiger Aufwand notwendig. In der Schweiz gibt es die Forschungsgemeinschaft CERN. Sie haben einen unterirdischen Tunnel, der etwa 27 km lang ist. Dort wird nach noch kleineren Teilchen gesucht, aber man benötigt dafür riesige Messgeräte. Die Quarks sind solche Teilchen, die kleiner als Elektronen und Protonen sind.
Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv geladen. Sie halten die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest, weil diese negativ geladen sind. Sie ziehen sich ähnlich wie die zwei verschiedenen Pole von [[Magnet]]en an.


== Wieviele Atome gibt es? ==
Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der [[Wasserstoff]]. Das ist ein [[Gas]], und darf nicht mit [[Wasser]] verwechselt werden. Der Wasserstoff hat den ersten Platz im [[Periodensystem]] der Elemente. Das ist eine Tabelle, die alle Atomsorten zeigt.
Natürlich kann man Gesamtanzahl nicht zählen. Denn sie sind ja zu klein und man kommt ja nicht überall hin, wo Atome sind. Denn auch die fernen Sterne bestehen aus Atomen. Physiker haben aber versucht die Zahl ungefähr zu berechnen. Sie schätzen die Gesamtzahl der Atome im gesamten Universum auf unglaubliche 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 Stück.


Überschaubarer ist dagegen die Anzahl der verschiedenen Arten von Atomen. Im Jahr 2014 sind 118 verschiedene Atomsorten bekannt. Es gibt einige Stoffe, die nur aus einer Sorte von Atomen bestehen. Das sind die sogenannten Elemente. Man darf das aber nicht mit den Elementen Feuer, Wasser, Luft und Erde verwechseln. Im Mittelalter dachte man, alles ist aus diesen vier Elementen aufgebaut. Die modernen Naturwissenschaften hat diesen Begriff übernommen, aber anderes erklärt.
Für [[Physik]]er sind die Atom-Bestandteile Protonen, Neutronen und Elektronen zu ungenau. Sie kennen noch kleinere Bestandteile. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins [[Gymnasium]] oder sogar auf die [[Universität]] gehen.


Weil bisher 118 Atomsorten bekannt sind, gibt es also mindestens 118 Elemente. Einige wirst du sicher mit ihrem Namen kennen:
==Was sind Moleküle?==
* Eisen ist ein wichtiger Werkstoff, das man für Maschinen, Autos und vieles mehr verwendet.
[[Datei:H2O_(water_molecule)_white.png|mini|So sieht ein [[Wasser]]molekül im [[Modell]] aus. Rot in der Mitte ist der [[Sauerstoff]], grau außendran die beiden [[Wasserstoff]]-Teilchen.]]
* Sauerstoff ist der wichtige Luftbestandteil., den wir zum Atmen brauchen.
{{Aussprache
* Gold wird für Schmuckstücke verwendet.  
| Wort1 = H<sub>2</sub>O
* Stickstoff macht einen großen Anteil der Luft aus.
| Datei1 = LL-Q188 (deu)-Beat Ruest-H2O.wav
* Wasserstoff enthält die leichtesten Atome. Man nutzt Wasserstoff als Energiespeicher, weil er gut brennbar ist.
}}
In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das [[Wasser]]. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der [[Chemie|Chemiker]] schreibt es so: H<sub>2</sub>O. H<sub>2</sub> bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom.


Auf der Erde sind es übrigens die Sauerstoffatome, von denen es hier am meisten gibt. Danach die Atome des Metalls Silicium. Sie sind zum Beispiel im Gestein enthalten, von dem es ja viel gibt. Im ganzen Weltall überwiegen die Wasserstoffatome.
Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück [[Holz]], [[Papier]] oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das [[Gas]] [[Kohlendioxid]]. Wir können auch einfach [[Atmung|atmen]], dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.


== Was bedeutet die Formel H<sub>2</sub>O? ==
Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.
Wie du schon weißt, ist alles um uns herum aus Atomen aufgebaut. Elemente wie Eisen oder Gold enthält nur eine Sorte von Atomen. Die meisten Stoffe enthalten aber verschiedene Atome.


Da gibt es die Gemische, wie die Luft. Sie enthält zum Beispiel Luft Atome der Elemente Sauerstoff, Stickstoff. Auch Bronze ist ein Gemisch, dass Kupfer- und Zink-Atome enthält.
==Besteht die Welt nur aus Atomen und Molekülen?==
[[Datei:H2O_(water_molecule)_white.png|mini|Modelldarstellung von einem Wassermolekül H<sub>2</sub>O]]
Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch [[Licht]] ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.


Bei anderen Stoffen habe sich verschiedene Atomsorten fest miteinander verbunden und man hat viele kleine, immer gleiche Atompäckchen. Das sind die Moleküle. Bekannte Stoffe, die Moleküle enthalten sind zum Beispiel das Wasser und Zucker. Man nennt solche Stoffe auch Verbindungen.
Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. [[Bronze]] zum Beispiel besteht aus [[Kupfer]] und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.


H<sub>2</sub>O ist eine spezielle Schreibweise der Chemiker für ein Wassermolekül. Man liest es "Hah-zwei-Oh". Damit wird angegeben, dass das Wassermolekül aus zwei Atomen Wasserstoff H und einem Sauerstoffatom O zusammengesetzt ist. Diese Buchstaben sind die Atomsymbole und jedes Element hat sein eigenes Symbol. Chemiker müssen alle diese Symbol auswendig kennen, damit sie wissen, was mit C<sub>6</sub>H<sub>12</sub>O<sub>6</sub> gemeint ist. Das ist nämlich die Formel für Traubenzucker.
Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. [[Sauerstoff]] und [[Stickstoff]] gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.  


== Was ist Atomkraft? ==
Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.
Eigentlich sind Atome sehr stabil und gehen nicht kaputt. Man hat aber inzwischen Atomsorten gefunden, die kaputt gehen können. Da Atome ja aus noch kleineren Teilchen bestehen, kann man das gut erklären. Der Grund ist, dass der Atomkern zu groß ist, um zusammenzuhalten. Das Atom oder genauer der Atomkern zerfällt und einige Bestandteile des Atoms fliegen weg. Das nennt man auch Radioaktivität oder radioaktive Strahlung. Diese ausgestoßenen Teilchen sind sehr schnell und das nutzt man aus, um daraus Energie zu gewinnen. Die Energie wird als Wärme in Wasser aufgefangen. Da dabei der Kern kaputt geht, sagt man neben Atomkraft auch Kernkraft.


Leider kann die Nutzung der Atomkraft gefährlich sein. Es gab schon einige Unfälle in Atomkraftwerken. Das letzte große Unglück geschah im Jahr 2011 im Atomkraft von Fukushima auf Japan.
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Der Grund für die Gefährlichkeit sind die radioaktiven Strahlen. Die schnellen Teilchen mit viel Energie können auch Körperzellen zerstören, was zu Krebs führen kann. Besonders schlimm ist es, wenn man radioaktive Atome in den Körper aufnimmt. Das kann nach einem Unfall in einem Atomkraftwerk passieren, da bei der Explosion viele Atome freigesetzt werden, die radioaktiv sind. Wenn diese radioaktiven Atome auf Gemüse oder Obst gelangen, kann es sein, dass man sie isst. Im Körper aufgenommen trifft einem die Strahlung direkt von innen heraus, was noch gefährlicher ist.
 
Viele Forscher sind übrigens am Anfang der Erforschung der Atome und der Radioaktivität an den Folgen einer radioaktiven Verstrahlung gestorben. Man wusste noch nicht, wie gefährlich sie ist und wie man sich davor schützen kann.
 
== Was ist eine Atombombe? ==
[[Datei:Nagasakibomb.jpg|mini|Der Atompilz nach dem Abwurf der Bombe über Nagasaki]]
Atomkraftwerke sind nicht ganz ungefährlich. Allerdings möchte man dabei die Atomkraft friedlich nutzen, um Energie zu bekommen. Was als Unfall in einem Atomkraftwerk passieren kann, eine Explosion, ist manchmal gewollt: bei einer Atombombe. Sie soll besonders viel zerstören. Außerdem werden viele radioaktive Atome frei, wodurch Menschen krank werden. So sind Atombomben noch nach der Explosion sehr gefährlich.
 
Deshalb sind die meisten Länder der Meinung, dass man Atombomben nicht mehr bauen sollte. Es gibt aber immer noch viele Atombomben. Die größeren Länder behalten sei, weil sie sich verteidigen wollen, wenn andere Länder sie bedrohen. Bisher wurden erst zwei Atombomben von Amerikanern über Japan abgeworfen. Das passierte im zweiten Weltkrieg. In den getroffenen Orten Hiroshima und Nagasaki starben über 100.000 Menschen.
 
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[[Kategorie:Wissenschaft und Technik]]

Aktuelle Version vom 30. Oktober 2024, 14:41 Uhr

Ein Bild mit Kohlenstoffatomen, das mit einem Rastertunnelmikroskop erzeugt wurde.

Alles um uns herum ist aus Atomen oder Molekülen aufgebaut. Pflanzen, Tiere, Menschen, die Erde, die Luft, die Sonne und was es sonst noch alles gibt. Die Atome und Moleküle sind aber so klein, dass man sie weder mit den Augen noch mit den stärksten Mikroskopen genau betrachten kann.

In der Mitte des Atoms liegt der Kern. Darum herum bilden die Elektronen so etwas wie eine Wolke. Aus Atomen besteht beispielsweise Eisen, Kupfer oder Gold. Auch Helium besteht nur aus Atomen. Man braucht es als Gas für Ballons, weil es leichter ist als Luft und somit die Ballons aufsteigen lässt. Insgesamt gibt es mindestens 118 verschiedene Atome.

Moleküle haben mehrere Kerne und eine Wolke von Elektronen darum herum. Ein einfaches Molekül ist Wasser. Es gibt sehr viele verschiedene Moleküle. Der Mensch kann sie auch selber verändern, zum Beispiel wenn er etwas verbrennt oder Medikamente herstellt.

Auch Atome kann der Mensch verändern. In einem Atomkraftwerk spaltet man große Atomkerne in kleinere Teile auf. Dazu nimmt man das Element Uran. Dabei entsteht sehr viel Wärme, die man als Energie nutzt. Was da abläuft, nennt man „Kernspaltung“.

Das Gegenteil läuft in der Natur ab: Zum Beispiel auf der Sonne und auf den Sternen geschieht das Umgekehrte: Da verschmelzen mehrere kleine Atomkerne zu einem großen. Das hat jeweils mit dem Element Helium zu tun. So entsteht eine enorme Hitze. Diesen Ablauf nennt man „Kernfusion“. Viele Wissenschaftler tüfteln zwar daran, aber es ist ihnen noch nicht gelungen, dies nachzuahmen und so selber Energie zu gewinnen.

Der Name „Atom“ kommt von dem griechischen Wort „atomos“, das bedeutet: „das Unzerschneidbare“ oder „das Unteilbare“. Ausgedacht haben sich das einige griechischen Philosophen. Sie beobachteten vor etwa 2500 Jahren die Natur und versuchten zu erklären, was sie sahen. Eine gute Vorstellung von Atomen und Molekülen hat man aber erst etwa seit dem Jahr 1900. Heute wissen wir, dass Atome eben doch teilbar sind.

Was sind Atome?

Eines der Messgeräte im CERN, das ist ein Forschungsinstitut in Genf. Das Gerät ist über 20 m hoch. Damit will man Atome untersuchen und noch kleinere Teilchen entdecken.

Mit ganz modernen Spezialmikroskopen kann man Atome sichtbar machen. Sie erscheinen dann als unscharfe Kügelchen. Allerdings ist das nur eine Computer-Darstellung. Denn tatsächlich bestehen Atome aus einem Kern und einer sogenannten Elektronen-Hülle. Die Hülle ergibt sich nur dadurch, dass die Elektronen so schnell um den Kern herum sausen, dass man meint, sie seien gleichzeitig überall. Wenn sich die Elektronen von den Atomem ablösen lassen und weiter bewegen, dann fließt elektrischer Strom.

Im Atomkern befinden sich zwei Arten von Teilchen: Protonen und Neutronen. Die Protonen sind positiv geladen. Sie halten die Elektronen wie an einem unsichtbaren Faden fest, weil diese negativ geladen sind. Sie ziehen sich ähnlich wie die zwei verschiedenen Pole von Magneten an.

Atome unterscheiden sich durch die Größe des Kerns. Sie haben also mehr oder weniger Protonen und Neutronen. Das kleinste von ihnen ist der Wasserstoff. Das ist ein Gas, und darf nicht mit Wasser verwechselt werden. Der Wasserstoff hat den ersten Platz im Periodensystem der Elemente. Das ist eine Tabelle, die alle Atomsorten zeigt.

Für Physiker sind die Atom-Bestandteile Protonen, Neutronen und Elektronen zu ungenau. Sie kennen noch kleinere Bestandteile. Aber um das wirklich gut zu verstehen, muss man mindestens ins Gymnasium oder sogar auf die Universität gehen.

Was sind Moleküle?

So sieht ein Wassermolekül im Modell aus. Rot in der Mitte ist der Sauerstoff, grau außendran die beiden Wasserstoff-Teilchen.
Klexikon K yellow.png Hör’s dir an  
H2O

In einem Molekül haben sich verschiedene Atome zusammengeschlossen. Am besten kennen wir das Wasser. Das ist ein sehr einfaches Molekül. Es besteht aus je zwei Wasserstoffatomen, die sich mit einem Sauerstoffatom verbunden haben. Der Chemiker schreibt es so: H2O. H2 bedeutet: vom Wasserstoff gibt es zwei. O steht für Sauerstoff, und zwar nur für ein Atom.

Moleküle kann man ganz einfach selbst herstellen oder verändern. Man muss nur ein Stück Holz, Papier oder sonst etwas anzünden. Dann verbinden sich die Atome oder Moleküle zusätzlich mit Sauerstoff. Zum Großteil entsteht daraus das Gas Kohlendioxid. Wir können auch einfach atmen, dann blasen wir Kohlendioxid heraus, welches unser Körper selber gemacht hat.

Der Mensch kann Moleküle auch gezielt herstellen. Es gibt große Betriebe, die das erforschen. Sie suchen nach neuen Materialien oder Medikamenten. Dazu verändern sie Moleküle oder bauen neue zusammen.

Besteht die Welt nur aus Atomen und Molekülen?

Diese Frage muss man mit Ja und Nein beantworten. Erstens gibt es da eben noch die kleineren Teile. Aber auch Elektronen, die sich als elektrischer Strom durch eine Leitung bewegen, sind weder Atom noch Molekül. Auch Licht ist weder das eine noch das andere, sondern etwas ganz anderes.

Vieles besteht aber auch aus einem Gemisch. Bronze zum Beispiel besteht aus Kupfer und Zinn. Diese Atome liegen in der Bronze nebeneinander. Sie sind nicht als Moleküle miteinander verbunden. Bronze ist also ein Gemisch von Atomen.

Auch die Luft ist ein Gemisch, und zwar aus verschiedenen Molekülen. Sauerstoff und Stickstoff gehören dazu. Je nach dem ist mehr oder weniger Kohlendioxid drin und noch viele andere Gase. Auch winzige Wassertröpfchen gehören dazu.

Auch alle Pflanzen oder Tiere bestehen aus einem Gemisch, meist aus Molekülen. Das Geheimnis der Natur ist eben auch die geniale Anordnung der verschiedenen Atome und Moleküle, und wie sie zusammenarbeiten.


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