SCHULINTERNES CURRICULUM FÜR DAS FACH CHEMIE Grundlagen/Voraussetzungen: - Lehrplan Chemie für das Gymnasium und die Regelschule Thüringen, 1999, - Vorkenntnisse und Fertigkeiten der Schüler aus dem Unterricht im Fach „Naturwissenschaften― an der DSW Klassen 4-6 Binnendifferenzierung zwischen gymnasialem und Realschul-Bildungsgang : - soweit nicht gesondert gekennzeichnet, enthalten beide Bildungsgänge die gleichen Themen- und Kompetenzbereiche, - der gymnasiale Bildungsgang ist jedoch gegenüber dem Realschul-Bildungsgang grundsätzlich durch vertiefende und komplexere Betrachtungsweisen gekennzeichnet, um somit grundlegende Voraussetzungen für den Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe zu schaffen, - die Inhalte des gymnasialen Bildungsganges sind außerdem durch eine größere Stoffvielfalt und stärkere quantitative Betrachtungen geprägt, - der Realschul-Bildungsgang soll die wesentlichen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten an exemplarischen Beispielen vermitteln, sodass die notwendigen Grundlagen für eine beruflichen Ausbildung gelegt werden, - die mit (G) gekennzeichneten Inhalte sind ausschließlich Themen des gymnasialen Bildungsganges, A) Sekundarstufe 1 Klasse 7 (eine Wochenstunde, epochaler Unterricht empfohlen) Ziele und Inhalte Kompetenzen 1. Einführung: Chemie als Naturwissenschaft, Gegenstand, Bedeutung Experimente, Untersuchen und Beschreiben, Sicherheitsregeln im Umgang mit Chemikalien und Gefahrstoffen sowie im Chemieunterricht, Arbeit mit dem Gasbrenner, Einführung in das Protokollieren unter Anleitung (G), Arbeiten und Erkenntnisgewinn mit Hilfe von Modellen 2. Stoffe und Eigenschaften : - Reinstoffe und Stoffgemische, Erkennen, Ordnen und Klassifizieren, auf Grund ihrer Eigenschaften (Metalle, Nichtmetalle), - Trennmethoden, - quantitative Stoffeigenschaften (G), - Teilchenmodell 3. Chemische Reaktionen : - Beispiele aus der Praxis, - Merkmale, Wortgleichungen, - exo-, endotherme Reaktionen, - Hinweis auf Reaktionsarten und weitere Stoffgruppen: Synthese, Analyse, Oxidation, Reduktion bzw. Säuren, Laugen (G)
- Lehrplan Chemie für das Gymnasium und die Regelschule Thüringen, 1999, - Vorkenntnisse und Fertigkeiten der Schüler aus dem Unterricht im Fach
„Naturwissenschaften― an der DSW Klassen 4-6
Binnendifferenzierung zwischen gymnasialem und Realschul-Bildungsgang:
- soweit nicht gesondert gekennzeichnet, enthalten beide Bildungsgänge die gleichen Themen- und Kompetenzbereiche,
- der gymnasiale Bildungsgang ist jedoch gegenüber dem Realschul-Bildungsgang grundsätzlich durch vertiefende und komplexere Betrachtungsweisen gekennzeichnet, um somit grundlegende Voraussetzungen für den Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe zu schaffen,
- die Inhalte des gymnasialen Bildungsganges sind außerdem durch eine größere Stoffvielfalt und stärkere quantitative Betrachtungen geprägt,
- der Realschul-Bildungsgang soll die wesentlichen chemischen Kenntnisse und Fertigkeiten an exemplarischen Beispielen vermitteln, sodass die notwendigen Grundlagen für eine beruflichen Ausbildung gelegt werden,
- die mit (G) gekennzeichneten Inhalte sind ausschließlich Themen des gymnasialen Bildungsganges,
Chemie als Naturwissenschaft, Gegenstand, Bedeutung
Experimente, Untersuchen und Beschreiben, Sicherheitsregeln im Umgang mit Chemikalien und Gefahrstoffen sowie im Chemieunterricht, Arbeit mit dem Gasbrenner, Einführung in das Protokollieren unter Anleitung (G), Arbeiten und Erkenntnisgewinn mit Hilfe von Modellen
2. Stoffe und Eigenschaften:
- Reinstoffe und Stoffgemische, Erkennen, Ordnen und Klassifizieren, auf Grund ihrer Eigenschaften (Metalle, Nichtmetalle),
- Beispiele aus der Praxis, - Merkmale, Wortgleichungen, - exo-, endotherme Reaktionen, - Hinweis auf Reaktionsarten und weitere Stoffgruppen: Synthese,
Analyse, Oxidation, Reduktion bzw. Säuren, Laugen (G)
Klasse 8 (zwei Wochenstunden)
1. Chemische Grundgesetze und Atombau
Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atommodell:
- Kugel-, Kern-Hülle-, Schalenmodell, - Erweiterung des Teilchenbegriffes: Proton, Kernladungszahl,
Vergleich von Modellvorstellungen zum Atombau entsprechend des Kenntnisstandes, Historische Bezüge zur Chemie, Untersuchen und Beschreiben von Eigenschaften, Experiment als Weg des Erkenntnisgewinns, Üben des Denkens in Modellen, Anwendung mathematischer Fertigkeiten im Chemieunterricht Übung und Festigung im Protokollieren von Versuchsergebnissen (G),
1.2 Atombau und PSE:
- Leistungen von MENDELEJEW und MEYER (G) - 1. - 20. Hauptgruppenelement, - Beziehungen zwischen Atombau und der Stellung im PSE, - Elementgruppen, - Oktettregel, stabile und instabile Elemente
1.3 Einführung in die chemische Zeichensprache:
Elementsymbole, Interpretieren der Symbole
1.4 Molekülverbindungen:
- Vorkommen, Bedeutung, Eigenschaften, Teilchenaufbau, von einigen Vertretern (z.B.: Wasserstoff, Sauerstoff, Wasser, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid),
- Begriffe: Molekül, Verbindung, - Formeln als chemische Zeichen für Moleküle, - Einführung: Wertigkeit der Atome, Aufstellen von einfachen
Formeln (Oxide, Schwefelverbindungen)
1.5 Grundgesetze:
- Gesetz von der Erhaltung der Masse, - Gesetz der konstanten Proportionen (G)
1.6 Reaktionsgleichungen:
- Wortgleichung, Formeln/Symbole, Faktoren, Schrittfolge - Bezug zur Stoff-, Energieumwandlung und der
Teilchenumordnung
1.7 Atombindung/Elektronenpaarbindung:
- Definition, - bei ausgewählten Stoffen und Molekülen (z.B.: Chlor, Sauerstoff,
- Mengengrößen in der Chemie: Masse, Volumen, Teilchenanzahl, Stoffmenge, molare Masse, AVOGADRO-Konstante, molares Volumen,
- Einfache Berechnungen, - AVOGADRO-Gesetz (G)
2. Redoxreaktionen I
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Oxidation und Reduktion:
- Verbrennen von Stoffen an der Luft und in reinem Sauerstoff, - Entzünden von Feuer und Bekämpfen von Bränden, - Einfluss von Konzentration, Zerteilungsgrad, Durchmischung und
Entzündungstemperatur
Beschreiben des Ablaufs chemischer Reaktionen anhand von experimentellen Untersuchungen und Beobachtungen, Anwendung von Schritten der experimentellen Methode (z.B. Reaktion von Kupfer(II)-oxid mit Wasserstoff), (G) Interpretieren von Reaktionsgleichungen, Bedeutung chemisch-technischer Verfahren
2.2 Redoxreaktionen:
- Teilreaktionen, Sauerstoffübergang, Oxidations-, Reduktionsmittel, Umkehrbarkeit, Redoxreihe der Metalle,
Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Alkalimetalle (G) und Halogene:
- Elementeigenschaften, Vorkommen, Bedeutung, Zusammenhang Atombau und Stellung im PSE, chemische Bindung,
- Vergleich der Elementgruppen, (G) - Reaktivität und Atombau, (G) - Nachweis durch Flammenfärbung (G)
Experimentelle Fertigkeiten, Untersuchen von Eigenschaften, historische Bezüge, Begriff „chemische Bindung―, Protokollieren (G)
3.2 Alkalihalogenide als Ionenverbindungen:
- Eigenschaften, Herstellung, Vorkommen, Verwendung, - Struktur und Bindung: Ionengitter, -bindung, -verbindung, Formeln, - Ionenbildung, Ionenschreibweise, - Zusammenhang Verwendung-Eigenschaften-Struktur, - Lösen von Ionenkristallen, Ionen in wässriger Lösung - Vergleich Bindungsarten, - Zusammenfassung: Klassifizieren von Stoffen/-gruppen (Elemente,
Arten von Verbindungen)
Klasse 9 (zwei Wochenstunden)
Thema 1: Chemische Bindungen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atombindung und Ionenbindung:
- Wiederholung, Merkmale der Bindungsarten, - Elektronegativität, Bezug zu Bindungen - Bindungspolarität / Dipolmoleküle, bindende und nicht bindender
Elektronenpaare,
weiterentwickeln der Fähigkeiten im Experimentieren und Aufstellen chemischer Gleichungen, arbeiten bei zunehmender Selbstständigkeit mit Modellvorstellungen, systematisieren, ökologische Fragestellungen, Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften an Beispielen
1.2 Wasserstoffbrückenbindung:
- als Ursache für wichtige Eigenschaften des Wassers, - Wasser als Lösungsmittel auf Grund des Dipolcharakters, Hydratation
1.3 Metallbindung:
- Eigenschaften der Metalle: elektrische und Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit, Schmelzbarkeit,
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Darstellung und Untersuchung von sauren und alkalischen Lösungen: - Säuren und Basen in wässriger Lösung, - stoffliche und Teilchenvorgänge, Reaktionsschemata,
Ionengleichungen, - Stoffmengen- und Volumenkonzentration (G), Herstellen von Lösungen
unterschiedlicher Konzentration, - Umgang mit Säuren und Basen, - ARRHENIUS-Säure- und Base-Definition, allgemeine Gleichungen,
stoffliche Ebene, - Indikatoren, Lackmus, Phenolphthalein, Unitest, - pH-Wert, Nachweis des Vorhandenseins von H+- und OH—Ionen,
Zusammenhang Konzentration der H+, - starke und schwache Säuren, verschiedene pH-Werte, Funktion im
Stoffwechsel, Wirksamkeit von Stoffen in Abhängigkeit vom pH-Wert
sicherer Umgang mit Gefahrstoffe, Erhöhung der Selbstständigkeit beim Planen, Durchführen und Auswerten von Experimenten quantitative Betrachtungen, Nachweisreagenzien, (G) wiederholen von Bindungen, Eigenschaften und Verwendung von Salzen, üben einzelner Schritte der experimentellen Methode (G), ökologische Gesichtspunkte
- Salze: Entstehung bei Neutralisationsreaktionen, Bildung von Ionengittern und Ionenkristallen,
- weitere Salzbildungsreaktionen: Säure mit Metall, Metalloxid und Salz, Reaktionsschemata, Halogenide als Salze,
- Bau und Eigenschaften von Salzen, Bindung, wichtige Eigenschaften, - Nachweis von Ionen in Salzen, Kohlenstoffdioxid, Chlorid-, Bromid-,
Carbonat- und Sulfat-Ionen, Reaktionsschemata, Ionenschreibweise, (G)
- einfache Analysen mit zunehmender Selbstständigkeit bei Planung, Durchführung und Auswertung (G)
Thema 3: Kohlenwasserstoffe
Ziele und Inhalte Kompetenzen
3.1 Erdöl und Erdgas als fossile Brennstoffe und Rohstoffe:
- Petrolchemie, historische Entwicklung, allgemeine Rohstoff- und Energiesituation
- Erdölverarbeitung: Entschwefelung (G), Destillation und - produkte,
- Mineralöle und Vergaserkraftstoffe: Zusammensetzung, Eigenschaften, Verbrennung
- vollständige und unvollständige Verbrennung (G), - Nutzung fossiler Brennstoffe, mögliche Folgen (u. a.
Treibhauseffekt), Maßnahmen zur Verminderung der Belastung, Reaktionsgleichungen
erweitern der Kenntnisse über die Bindungsarten, Nutzung von Modellvorstellungen, Erklären von Widersprüche zwischen erwartetem und beobachtetem Reaktionsverhalten, Aspekte der Rohstoff- und Energieversorgung sowie des Umweltschutzes, Sicherheit beim stöchiometrischen Rechnen (G)
3.2 Alkane als gesättigte Kohlenwasserstoffe:
- Begriff: Organische Chemie, historische und moderne Abgrenzung, organische Verbindungen, Element Kohlenstoff
- Bindung in Alkanen, Molekülstruktur, homologe Reihe, - Eigenschaften, - Reaktionsverhalten in Abhängigkeit von der Molekülgröße, (G) - Biogas: Herstellung, Bedeutung - Isomerie, Anwendung der chemischen Symbolik, Nomenklatur, - Substitution mit Halogenen, Reaktionsgleichungen, - FCKW als Umweltgifte, Ersatz der umweltbelastende Stoffe,
3.3 Alkene und Alkine als ungesättigte Kohlenwasserstoffe:
- Cracken von Erdöl, Reaktionsgleichungen - Molekülstruktur, Mehrfachbindungen, ungesättigte
Verbindungen, - Nomenklatur, - Eigenschaften, - Reaktionsverhalten in Abhängigkeit von der Molekülgröße, (G) - Addition, Definition, Untersuchung, Reaktionsgleichungen,
Hydrierung und Dehydrierung - Nachweis der Mehrfachbindung mit Brom, - Polymerisation, Makromolekülbildung, Reaktionsgleichungen an
Bsp.
3.4 Ringförmige Kohlenwasserstoffe:
- Strukturaufklärung, historischer Erkenntnisweg, - physikalische Eigenschaften und Reaktionsverhalten - Molekülstruktur von Benzol und Cyclohexan, KEKULÉ - cancerogene Wirkung, verantwortungsvoller mit Gefahrstoffen
Reaktionsgleichungen Verwendung, physiologische Bedeutung, Suchtgefahr - Phenol: Eigenschaften, Vergleich zu anderen Alkanolen, Molekülstruktur,
Acidität der Hydroxylgruppe, Phenolatbildung, Bedeutung, Umweltgift (G)
vertiefen der Kenntnisse zum Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und Reaktionsverhalten, selbstständiges Planen, Durchführen und Auszuwerten experimenteller Untersuchungen, sicherheitsbewusstes experimentelles und kooperatives Arbeiten, Anfertigen von Protokollen (G), Sicherheit beim Lösen stöchiometrischer Aufgaben zur Massen- und Volumenberechnung (G), biologische Sachverhalte, Alltagsbeobachtungen und Umweltprobleme chemisch interpretieren
4.6 Organische Verbindungen mit mehreren funktionellen Gruppen:
- Glycerol als mehrwertiger Alkohol, Molekülstruktur, Reaktionen - Fette als Ester des Glycerols, Reaktion mit höheren Monocarbonsäuren,
Nachweis der Mehrfachbindungen in Fetten, Bedeutung der Fette - Aminosäuren: Molekülstruktur an Beispielen, Eigenschaften, Nomenklatur,
Kondensationsreaktion - Peptide als makromolekulare Stoffe, Vorkommen und Bedeutung in
Lebewesen, Hydrolyse, Prozesse der Verdauung - Kohlenhydrate: Bedeutung, Eigenschaften, Struktur, Einfach-, Zweifach- und
Mehrfachzucker an Beispielen,
Thema 2: Redoxreaktionen II
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Redoxreaktionen von Hauptgruppenelementen:
- Redoxreaktionen als Reaktionen mit Elektronenübergang, Oxidationszahl als Modell, Teilreaktionen und Oxidationszahlenänderung,
- Elektronenschreibweise
systematisieren von Kenntnissen auf höherem Niveau, auf unterschiedlichen, Beschreibungsmodelle auf Anspruchsebenen (OZ), Planen und Durchführen von Untersuchungen, Wechselwirkungen zwischen der Chemie und anderen Naturwissenschaften, (G) vervollkommnen von fachgerechtem Beschreiben und Analysieren, wechselseitigen Abhängigkeit zwischen chemischen Kenntnissen und sinnvoller technischer Anwendung,
2.2 Elektronenübergänge bei chemischen Reaktionen:
- elektrochemische Reaktionen, Vorgänge beim Auflösen einer Elektrode,
- Elektrolyte, Leitfähigkeit von Ionenlösungen und Schmelzen, - elektrochemische Fällung, edle/unedle Metalle, Redoxreihe,
Voraussagen möglicher Reaktionen
2.3 Beispiele elektrochemischer Reaktionen:
- elektrochemische Elemente, Vorgänge an den Elektroden, - Nutzung als Energiequelle, - elektrochemische Korrosion, Lokalelement, Korrosionsschutz - Elektrolyse, Vorgänge an Elektroden, Umkehrbarkeit chemischer
Reaktionen, - ökonomische und ökologischen Bedeutung
1 b) fakultative Themen:
Thema 3: Stickstoff und Stickstoffverbindungen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Stickstoff als Element der V. Hauptgruppe:
- Ammoniak: Molekülbau, Eigenschaften, Darstellung, Nachweis, Anwenden der Valenzstrichformeln,
- Ammoniaksynthese: HABER und BOSCH-Verfahren, Reaktor, Reaktionsbedingungen, Katalysator, technische Prinzipien, historische Bezüge,
- chemisches Gleichgewicht, Prinzip vom kleinsten Zwang, Bildung und Zerfall von Ammoniak, Voraussagen von günstigen Reaktionsbedingungen, quantitative Zusammenhänge, (G)
- Ammoniumionen: Reaktion mit Protonenübergang, Umkehrung, Ionenschreibweise mit Valenzstrichformeln, Nachweis von Ammoniumionen
- Ammoniumverbindungen: als Ionensubstanzen, Verwendung, Herstellung,
Beschreiben und Interpretieren von Experimentalbefunden, Aspekte technischer Synthesen, anwenden von Kenntnissen über den Atom- und Molekülbau, die Redoxtheorie und des Säure-Base-Konzeptes, Systematisierung von Zusammenhänge zu chemischen Phänomene mit Hilfe von Gesetzen und Theorien, Schaffung von Grundlagen für die Behandlung weiterer chemisch-technischer Synthesen und biochemischer Prozesse im Kursunterricht (G), Umwelt-, Lebens- und Anwendungsbezug der Chemie
3.3 Stickstoffoxide und Salpetersäure:
- Formeln, Eigenschaften von Stickstoffmonooxid und Stickstoffdioxid, Bestimmen der Oxidationszahlen, Bildung von Stickstoffoxiden in Verbrennungsmotoren, und Heizkraftwerken, sowie bei Gewittern,
- Stickstoffoxide als Luftschadstoffe, Umweltschutzmaßnahmen, - Salpetersäure: OSTWALD-Verfahren, Reaktionsart mit
- Bildung und den Abbau von Stickstoffverbindungen durch Organismen in Nahrungsketten,
- organische und mineralische Düngung - Übersicht über den Kreislauf des Stickstoffs in der Natur, Einwirkung
des Menschen
Thema 4: Systematisierung und Praktikum
Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 Struktur und Eigenschaften von Stoffen:
- Untersuchen von Stoffeigenschaften: Oberflächenbeschaffenheit, Löslichkeit in Wasser, elektrische Leitfähigkeit der Stoffe und ihrer Lösungen, Verhalten beim Erhitzen, Brennbarkeit
- Berechnungen zu quantitativen Umsätzen (G) - Vergleich von Reaktionen organischer Stoffe: Strukturmerkmale,
Reaktionsgleichungen, Valenzstrichformeln,
Lösen komplexer Aufgabenstellungen, (G) Selbsttätigkeit, Systematisieren, Festigung der chemischen Zeichensprache, suchen eigener Experimentieraufgaben und überprüfen, Verantwortungsbewusstsein und Bereitschaft zur Zusammenarbeit, Eigenverantwortlichkeit beim Auswerten, Interpretation von Ergebnissen im
4.2 Reaktionsarten:
- Redoxreaktionen / Säure-Base-Reaktionen, - Teilreaktionen, Umkehrbarkeit, - Neutralisation, - Substitution: Bildung und Zerfall eines Esters, - Addition und Eliminierung
4.3 Verlauf chemischer Reaktionen:
- zeitlicher Verlauf, - Einfluss des Zerkleinerungsgrades, der Konzentration, der
Temperatur und eines Katalysators
Teilchenbereich, selbstständiges Durchführen quantitativer Experimente (G) Üben von Beobachten und Protokollieren, Diskussion von Gruppenergebnisse
2. Qualifikationsphase:
2.1 Grundfach
2.1.1 Klasse 11 (drei Wochenstunden)
Thema 1: Atombau, Eigenschaften und Reaktionen von Nebengruppenelementen und
deren Verbindungen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atombau der Haupt- und Nebengruppenelemente: - historische Entwicklung des Atommodells, - Elektronenbesetzung der Haupt- und Unterniveaus bei
Hauptgruppenelementen, Elektronenkonfiguration, - Besetzung der d-Niveaus bei Nebengruppenelementen, 4. Periode des PSE, - stabile Oxidationszahlen und Verbindungen
historische Betrachtungen zu Atommodellen unter entsprechenden philosophischen und technischen Bedingungen, Festigung experimenteller Fertigkeiten, Protokollieren und Deuten von Beobachtungen, Aufstellen von Hypothesen,
1.2 Chemische Bindungen in Haupt- und Nebengruppenelementen und deren
Verbindungen:
- Wiederholung der Anwendung der Valenzstrichformeln bei Hauptgruppenelementen und deren Verbindungen,
- Metallbindung bei Nebengruppenelementen, einige Kristallformen und mögliche Legierungen (Bronze, Messing, Stahl),
- Oxid- und Salzformeln von Nebengruppenelementverbindungen, - Systematisierung zur chemischen Bindung
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Bildung von Wasserkomplexen:
- Wiederholung: Lösen von Salzen in Wasser, - Hydratation von Ionen in wässriger Lösung: Färbung der
Nebengruppenelementsalze, Hydratation, Wasserkomplexe von Kupfer- und Eisensalzen,
- Aufbau von Komplexen: Zentralteilchen, Ligand, Haftatom, Anwendung verschiedener Modellvorstellungen, selbständiges Planen, Durchführen, Auswerten und Protokollieren einer qualitativen Analyse
2.2 weitere Komplexverbindungen:
- weitere Liganden, Gemeinsamkeiten von Liganden, Hinweis auf Neutral- und Chelatkomplexe,
- Eigenschaften von Komplexen: Farbe, Veränderung der Löslichkeit und Leitfähigkeit bei Komplexbildung,
- chemische Bindung in Komplexen: elektrostatische Wechselwirkungen, koordinative (Atom)Bindung,
- Komplexstabilität in Abhängigkeit von der Oxidationsstufe des Zentralions und der Art des Liganden,
- Nomenklatur von Komplexen, - Struktur von Komplexen: räumlich in Abhängigkeit der Elektronenverteilung, - Bedeutung von Komplexen: Nachweis von Metallionen (z. B.: Fe2+ , Fe3+ ,Cu2+
), Hinweise auf Metallgewinnung, fotografischer Prozess (Schwarz-Weiß-Fotografie), Hinweise auf Komplexe in biologischen Systemen (Hämoglobin, Chlorophyll)
Thema 3: Zusammenhang von chemischer Bindung, Struktur und Eigenschaften bei
ausgewählten Stoffen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Bindungsverhältnisse und Strukturen in ausgewählten organischen Stoffen:
- Wiederholung und Systematisierung: Struktur und Bindung in Alkanen, Alkenen, Alkinen, cyclischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden, Carbonsäuren, Estern, Reaktionen,
- Erweiterung auf Ether und Ketone - Fette, Kohlenhydrate und Eiweiße (Naturstoffe): - Struktur: Grundbausteine, Fructose, Glucose, Maltose, Saccharose,
Amylose, Amylopektin, und Cellulose, Proteine bis zur Tertiärstruktur, - Nachweise: Glucose, Stärke, Eiweiße, der C=C-Doppelbindung in
Fettsäuren - Reaktionsarten: Bildung dieser Stoffe, entwickeln - der Gleichungen mit Valenzstrichformeln, - Bedeutung in biologischen Systemen
Systematisierung von Stoffgruppen nach ausgewählten Zuordnungsprinzipien und Modellen, Anwendung der experimentellen Methode Diskussion und Bearbeitung von ökologischen und Ernährungsproblemen auf der Grundlage von Erkenntnissen über natürliche Zusammenhänge
3.2 Synthetische Makromolekulare Stoffe:
- Bildung: aus Monomeren durch Polymerisation, Polykondensation, und Polyaddition: Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Synthesekautschuk, Polyamid, Polyester und Polyurethane
- Begriff Tensid - Herstellung einer Waschseife, - Eigenschaften: Wirkung auf die Oberflächenspannung des Wassers,
Adsorption, - Waschmittel: Grundinhaltsstoffe, Wirkung - Umweltschonender Umgang mit Waschmitteln
Thema 4: Elektrochemie
Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 elektrochemische Potentiale wässriger Lösungen:
- Wiederholung: Redoxpotential beim Auflösen einer Elektrode in einer Elektrolytlösung, Oxidationsstufen von Nebengruppenelementen, elektrochemische Spannungsreihe, edle und unedle Metalle
- Vorgänge an Elektrodenoberflächen (elektrochemische Doppelschicht), verkürzte Ionengleichungen,
- Berechnungen zur elektrochemischen Fällung - Elektrodenpotenzial, Standardpotenzial, - Hinweis auf elektrochemische Potenziale an Nervenzellen
Anwenden der Vorkenntnisse über den Atombau und die Redoxreaktionen der Nebengruppenelemente und Erweitern durch spezifische quantitative Betrachtungen, Möglichkeiten der aktuellen Energiegewinnung und diskutieren von Alternativen, Umweltrelevanz
Elektrodenreaktionen - Berechnung der Zellspannung unter Standardbedingungen, - praktisch genutzte galvanische Elemente: z.B. Zink/Kohle-Element
(Alkali-Mangan-Batterie), Bleiakku, - Recyclingprobleme, - Elektrochemische Korrosion: durch Sauerstoff und Säuren,
Bedingungen, Lokalelement am Eisen - Korrosionsschutz, Maßnahmen und wirtschaftliche Bedeutung
wiederaufladbarer elektrochemischer Elemente und Erkenntnisgewinn durch Modell-Experimente
4.3 Elektrolyse:
- Elektrolyse des Wassers und bei Salzlösungen, Abscheidungen nach der elektrochemischen Spannungsreihe,
- Zersetzungsspannung von Elektrolyten, - Hinweis auf Überspannungseffekte
4.4 Gesetze von FARADAY:
Berechnung von Abscheidungs- und Strommengen
4.5 wirtschaftliche Bedeutung von Elektrolysen:
z.B. Galvanisieren, Kupferraffination Aluminiumgewinnung, Chlor-Alkali-Elektrolyse
2.1.2 Grundfach Klasse 12 (drei Wochenstunden)
Thema 1: Chemisches Gleichgewicht (GGW) und Massenwirkungsgesetz (MWG)
Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Reaktionsgeschwindigkeit:
- Abhängigkeit von Reaktionsbedingungen: Temperatur, Konzentration, Katalysator
- Geschwindigkeitsgleichungen, Geschwindigkeitskonstanten - Reaktionsordnung: Schwerpunkt: erste Ordnung Hinweis auf
Reaktionen höherer Ordnung
Experimente zur Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse, Modellexperimente zum chemischen Gleichgewicht, kinetische Interpretation von
1.2 Massenwirkungsgesetz:
- Einstellung und Merkmale des chemischen Gleichgewichtes, umkehrbare Reaktionen
- Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts nach LE CHATELIER
- kinetische Herleitung des Massenwirkungsgesetzes aus Geschwindigkeitsgleichungen, Gleichgewichtskonstante (Kc ), Berechnungen mit Stöchiometriedifferenz gleich Null
- Anwendung des MWG auf Gasgleichgewichte (Kp ), - Hinweis auf Zusammenhang zwischen Kc und Kp
GGW, Betrachtung bereits bekannte Sachverhalte unter gleichgewichtschemischen Gesichtspunkten, Verknüpfung verschiedener Themen, Nutzen mathematischer Kenntnisse, Einblick in chemischtechnische Synthesen
Thema 2: Säure-Base-Gleichgewichte in wässriger Lösung
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Autoprotolyse des Wassers:
- mathematische Erfassung des Wassergleichgewichtes, Anwendung des MWG, Ionenprodukt des Wassers,
- weitere Autoprotolysen
saure und alkalische Lösungen als Gleichgewichtssysteme, Erweitern der Fähigkeiten stöchiometrische Zusammenhänge zu erkennen, Durchführung einer Maßanalyse und überprüfen der Ergebnisse, Lösungen zur Beseitigung von Umweltgiften Experimente zu Säure-Base-Reaktionen
2.2 BRÖNSTED-Theorie:
- Erweiterung der Säure-Base-Theorie, BRÖNSTED-Säuren und –basen, - korrespondierende Säure-Base-Paare, Ampholyte, - Säure- und Base-Konstanten, - quantitative Betrachtung der Säure- und Base-Stärken
2.3 Der pH-Wert:
- Definition des pH-Wertes (mathematisch), pH-Wert-Bestimmungen, - pH-Berechnungen von Lösungen starker Säuren und Basen
2.4 weitere Protolyse-Gleichgewichte
- Puffergleichgewichte: experimentelle Darstellung von Pufferlösungen, - Wirkung von Puffern, Hinweis zur Bedeutung von Puffern in biologischen
Systemen, - Indikatorgleichgewichte, Indikatorfärbung als Protolysegleichgewicht - Neutralisation: Durchführung von Säure-Base-Titrationen mit
Farbindikation, Berechnung der Konzentrationen einer Probelösungen
Thema 3: Löslichkeitsgleichgewichte
Ziele und Inhalte Kompetenzen
- Definition des Löslichkeitsgleichgewichtes, Verhalten schwerlöslicher Salze in wässriger Lösung
- qualitative Fällungsnachweise, für Chlorid-, Bromid-, Iodid-, Carbonat-, Sulfat-Ionen,
- Löslichkeitsprodukt, Berechnung von Löslichkeiten aus mit Stöchiometrieverhältnis 1:1
- Veränderung der Löslichkeit: durch gleichionige Zusätze, Komplexbildung, Berechnungen
- Demonstration einer fraktionierten Fällung - praktische Bedeutung: Reinigung von Gewässern, Wasserhärte, Wasserenthärtung
Qualitative und quantitative Betrachtungen, analytische Experimente sowie Berechnungen
Thema 4: Thermochemie
Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 Das System chemische Reaktion:
offene, geschlossene und abgeschlossene Systeme
bekannte chemische Reaktionen unter energetischem Aspekt, Thermochemie als statistische Wissenschaft mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich, Rückkopplung zum chemischen Gleichgewicht unter thermodynamischen Aspekten, experimentelle Bestimmung des Energieumsatzes bei chemischen Reaktionen, quantitative Betrachtungen zur Energieumwandlung chemischer Reaktionen
4.2 Erster Hauptsatz der Thermodynamik:
- Definition, - Energie, Enthalpie: Volumenarbeit, Reaktionsenergie und
Reaktionsenthalpie, - Entropie als Maß für den Ordnungszustand eines Systems und als Mittel
Thema 1: Atombau, Eigenschaften und Reaktionen von Nebengruppenelementen und
deren Verbindungen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 1.1 Atombau der Haupt- und Nebengruppenelemente:
- historische Entwicklung des Atommodells, - Elektronenbesetzung der Haupt- und Unterniveaus bei
Hauptgruppenelementen, Elektronenkonfiguration, - Besetzung der d-Niveaus bei Nebengruppenelementen, 4. Periode des PSE, - stabile Oxidationszahlen und Verbindungen - Grundlagen der Orbitaltheorie, - Welle/Teilchen/Dualismus, Aufenthaltsräume der Elektronen als
Historische Betrachtungen zu Atommodellen unter entsprechenden philosophischen und technischen Bedingungen, Qualitätssprungs von der klassischen zur modernen Physik, Festigung experimenteller Fertigkeiten, Protokollieren und Deuten von Beobachtungen, Aufstellen von Hypothesen, quantitative Auswertung experimenteller Ergebnisse
1.2 Chemische Bindungen in Haupt- und Nebengruppenelementen und deren
Verbindungen:
- Wiederholung der Anwendung der Valenzstrichformeln bei Hauptgruppenelementen und deren Verbindungen,
- - -Bindungen, Valenzbondmethode, - Metallbindung bei Nebengruppenelementen, einige Kristallformen und
mögliche Legierungen (Bronze, Messing, Stahl), - Oxid- und Salzformeln von Nebengruppenelementverbindungen, - Systematisierung zur chemischen Bindung
- korrespondierende Redoxpaare, Reaktionsbedingungen: pH-Wert, Temperatur, sich bildende Oxidationsstufen,
- Nachweise: Mn2+ über Oxidation, MnO4- über Reduktion, Cl2 mit Iodid-
Stärkepapier, - Wirtschaftliche Bedeutung einiger Nebengruppenelemente, - Verwendung der Metalle nach ihren Eigenschaften und Reaktionen,
Verwendung als Werkstoffe, - Umweltbelastung durch Schwermetallverbindungen, Wirkung von auf
biologische Systeme, - Abwasserreinigung durch Fällungs- und Redoxreaktionen
1.4 Quantitative Umsätze bei Redoxreaktionen:
Redoxtitrationen
Thema 2: Koordinationschemische Verbindungen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Bildung von Wasserkomplexen:
- Wiederholung: Lösen von Salzen in Wasser, - Hydratation von Ionen in wässriger Lösung: Färbung der
Nebengruppenelementsalze, Hydratation, Wasserkomplexe von Kupfer- und Eisensalzen,
- Aufbau von Komplexen: Zentralteilchen, Ligand, Haftatom,
Anwendung verschiedener Modellvorstellungen, selbständiges Planen, Durchführen, Auswerten und Protokollieren qualitativer und quantitativer Analysen
2.2 weitere Komplexverbindungen:
- weitere Liganden, Gemeinsamkeiten von Liganden, Neutral- und Chelatkomplexe,
- Eigenschaften von Komplexen: Farbe, Veränderung der Löslichkeit und Leitfähigkeit bei Komplexbildung, Ligandenverdrängung
- chemische Bindung in Komplexen: elektrostatische Wechselwirkungen, koordinative (Atom)Bindung, Grundlagen der Ligandenfeldtheorie
- Komplexstabilität in Abhängigkeit von der Oxidationsstufe des Zentralions und der Art des Liganden,
- Nomenklatur von Komplexen, - Struktur von Komplexen: räumlich in Abhängigkeit der
Elektronenverteilung, Magnetismus in Komplexen, High- und Low-Spin-Komplexe
- Bedeutung von Komplexen: Nachweis von Metallionen (z. B.: Fe2+ , Fe3+ , Cu2+ ), Metallgewinnung, technische, Katalysen fotografischer Prozess (Schwarz-Weiß-Fotografie), Komplexe in biologischen Systemen (Hämoglobin, Chlorophyll),
- Ionenanalysen und Auswertung, - Komplexometrie – Komplextitration, quantitative Bestimmungen
Thema 3: Zusammenhang von chemischer Bindung, Struktur und Eigenschaften bei
ausgewählten Stoffen
Ziele und Inhalte Kompetenzen 3.1 Bindungsverhältnisse und Strukturen in ausgewählten organischen
Stoffen:
- Elementaranalyse, historische Betrachtung Ermittlung der Verhältnisformel, Molmassebestimmung und Summenformel, C-H-O-Analyse,
- Strukturaufklärung: chemische und physikalische Methoden, Ermittlung funktioneller Gruppen,
- Wiederholung und Systematisierung: Struktur und Bindung in Alkanen, Alkenen, Alkinen, cyclischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Aldehyden, Carbonsäuren, Estern, Reaktionen,
- Erweiterung auf Ether und Ketone - Reaktionsmechanismen: radikalischer und ionischer
Reaktionsmechanismen,
analytische Untersuchungsmethoden, Systematisierung von Stoffgruppen nach ausgewählten Zuordnungsprinzipien und Modellen, Anwendung der experimentellen Methode, Erweiterung der Kenntnisse zu Strukturen und chemischen Reaktionsmechanismen, Diskussion und Bearbeitung von ökologischen und Ernährungsproblemen auf der Grundlage natürlicher Zusammenhänge
Amylose, Amylopektin, und Cellulose, Proteine bis zur Tertiärstruktur, Konstitutionsisomerie, Stereoisomerie,
- Nachweise: Glucose, Stärke, Eiweiße, der C=C-Doppelbindung in Fettsäuren
- Reaktionsarten: Bildung dieser Stoffe, Reaktionsleichungen mit Valenzstrichformeln,
- Bedeutung in biologischen Systemen
3.3 Synthetische Makromolekulare Stoffe:
- Bildung: aus Monomeren durch Polymerisation, Polykondensation, und Polyaddition: Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Synthesekautschuk, Polyamid, Polyester und Polyurethane, Mischkunststoffe,
- Abhängigkeit der Farbe von funktionellen Gruppen und dem pH-Wert - pH-Farbindikatoren, - Farbstoffklassen: Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe, - Farbstoffe in Lebensmitteln, gesundheitlich bedenkliche und
unbedenkliche Farbstoffe
3.5 Tenside:
- Begriff Tensid - Herstellung einer Waschseife, - Eigenschaften: Wirkung auf die Oberflächenspannung des Wassers,
Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 elektrochemische Potentiale wässriger Lösungen:
- Wiederholung: Redoxpotential beim Auflösen einer Elektrode in einer Elektrolytlösung, Oxidationsstufen von Nebengruppenelementen, elektrochemische Spannungsreihe, edle und unedle Metalle
- Vorgänge an Elektrodenoberflächen (elektrochemische Doppelschicht), verkürzte Ionengleichungen,
- Berechnungen zur elektrochemischen Fällung - Elektrodenpotenzial, Standardpotenzial, - NERNST-Gleichung Temperatur- und Konzentrationselemente, - pH-abhängige Redoxreaktionen: halbquantitative Betrachtung - Hinweis auf elektrochemische Potenziale an Nervenzellen
Anwenden der Vorkenntnisse und Erweitern durch quantitative Betrachtungen, Möglichkeiten der aktuellen Energiegewinnung und diskutieren von Alternativen, Umweltrelevanz wiederaufladbarer elektrochemischer Elemente, Erkenntnisgewinn durch Modell-Experimente, Grundlagen für Behandlung quantitativer Betrachtung in der Thermochemie in Klasse 12
4.2 Elektrochemische Elemente:
- Elektrolyte (Begriffserweiterung), Stromleitung in Elektrolyten, - galvanische Elemente: Aufbau, Anode/Katode, Elektrodenreaktionen - Berechnung der Zellspannung unter Standardbedingungen, - praktisch genutzte galvanische Elemente: z.B. Zink/Kohle-Element
(Alkali-Mangan-Batterie), Bleiakku, - Recyclingprobleme, - Elektrochemische Korrosion: durch Sauerstoff und Säuren,
Bedingungen, Lokalelement am Eisen, pH-Einfluss - Korrosionsschutz, Maßnahmen und wirtschaftliche Bedeutung
4.3 Elektrolyse:
- Elektrolyse des Wassers und bei Salzlösungen, Abscheidungen nach der elektrochemischen Spannungsreihe, pH-Einfluss,
- Zersetzungsspannung von Elektrolyten, - Hinweis auf Überspannungseffekte, - Gesetze von FARADAY: Berechnung von Abscheidungs- und
Strommengen, - wirtschaftliche Bedeutung von Elektrolysen: Galvanisieren,
Enzymkatalyse, Enzymeinheit, molekulare Aktivität, - Wirkungsspezifik und Substratspezifik, - Nomenklatur, - Abhängigkeit der Enzymaktivität: Temperatur, pH-Wert,
Substratsättigungskurve, MICHAELIS-Konstante, - isosterische und allosterische Hemmung, - Cofaktoren: elektronen-, wasserstoff- und gruppenübertragende
Enzyme, Bedeutung 5.1.2 Hormone und Vitamine: - Hormone: chemischer Aufbau, Wirkungsspezifität von Hormonen,
Bedeutung (z.B. Adrenalin, Insulin und Glucagon) - Vitamine: Überblick, Wirksamkeit am ausgewählten Beispiel (z. B.:
Vitamin C, Thiamin), Beschreiben des Zusammenhangs zu Enzymen 5.1.3 Nukleinsäuren und Nucleotide: DNA, RNA, AMP, GMP, CMP, UMP, Begriffsbestimmung, Raumstruktur
Übertragen Gesetzmäßigkeiten der Thermodynamik auf biochemische Reaktionen, Erkenntnis mit Hilfe von Modellvorstellungen, Gliederung des Stoffwechsels in Teilprozesse und Kreisprozesse, experimentelle Untersuchungen
5.2 Stoff- und Energiewechsel der Zelle
5.2.1 Dissimilation: - Abbau von Glucose: Glykolyse, oxidative Decarboxylierung, Citrat-
Cyclus, Endoxidation, ATP/ADP-System, Multienzymkomplexe, Abspaltung von Kohlenstoffdioxid und Bildung von NADH/H+ und FADH2 , energetisches System, Brenztraubensäure, Potentialdifferenz bei der Atmungskette,
- Abbau von Fetten und Eiweißen, Energiebilanz bei Neutralfett, - Wechselbeziehungen beim Abbau der Hauptnährstoffe 5.2.2 Assimilation: - Photosynthese: Licht- und Dunkelreaktion, Lichtabsorption durch
Chlorophyll, Zusammenhang von Energie- und Substratumwandlung, Elektronentransport
- Chemosynthese, Stickstoffassimilation, Biosynthese von Fettsäuren, Donator-/Akzeptorprinzip
5.2.3 Proteinbiosynthese: - Biochemie der DNA-Replikation, Ribonucleinsäuren, Genetischer
Code, Transkription, Translation, der Regulation der Proteinsynthese, moderne Nutzung
Thema 6: Kernchemie
Ziele und Inhalte Kompetenzen 6.1 Der Atomkern:
- Bau des Atomkerns, Nucleonen, Kernkräfte, Masse, Massendefekt, - EINSTEIN-Gleichung, Zusammenhang von Masse und Energie, - radioaktive Isotope, - Massenspektroskopie, Grundlagen, Trennung von Isotopen,
Molekülspektroskopie mit eingebauten Isotopen,
Verbindung der Wissenschaften Chemie, Physik und Biologie, Aufklärung und Nutzung elementarer Gesetzmäßigkeiten, Vorteile und Risiken bei der Nutzung der Kernenergie
Aktivierungsenergiekurven im Diagramm ln k nach 1/T, Reaktionswärme als Differenz der Aktivierungsenergien
Experimente zur Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse, Modellexperimente zum chemischen Gleichgewicht, kinetische Interpretation von GGW, Betrachtung bereits bekannter Sachverhalte unter gleichgewichtschemischen Gesichtspunkten, Verknüpfung verschiedener Themen, Nutzen mathematischer Kenntnisse, Einblick in chemisch-technische Synthesen
1.2 Massenwirkungsgesetz:
- Einstellung und Merkmale des chemischen Gleichgewichtes, umkehrbare Reaktionen
- Beeinflussung des chemischen Gleichgewichts nach LE CHATELIER
- kinetische Herleitung des Massenwirkungsgesetzes, Gleichgewichtskonstante (Kc , Kp ), Berechnungen mit Stöchiometriedifferenz gleich Null
- Anwendung des MWG auf Gasgleichgewichte, - Umrechnung von Kc in Kp bei Stöchiometriedifferenz ungleich Null
Thema 2: Säure-Base-Gleichgewichte in wässriger Lösung
Ziele und Inhalte Kompetenzen 2.1 Autoprotolyse des Wassers:
- mathematische Erfassung des Wassergleichgewichtes, Anwendung des MWG, Ionenprodukt des Wassers,
- weitere Autoprotolysen
saure und alkalische Lösungen als Gleichgewichtssysteme, stöchiometrische Zusammenhänge, Durchführung einer Maßanalyse und überprüfen der Ergebnisse, Lösungen zur, quantitative Erfassungen, Beseitigung von Umweltgiften
2.2 BRÖNSTED-Theorie:
- Erweiterung der Säure-Base-Theorie, BRÖNSTED-Säuren und –basen, - korrespondierende Säure-Base-Paare, Ampholyte, - Säure- und Base-Konstanten, quantitative Betrachtungen, - quantitative Betrachtung der Säure- und Base-Stärken, - pH-Wert: Definition des pH-Wertes (mathematisch), pH-Wert-
Bestimmungen, pH- und Konzentrations-Berechnungen von Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen,
- pH-Wert und NERNST-Gleichung zur Potentialberechung
2.3 weitere Protolyse-Gleichgewichte:
- Puffergleichgewichte: experimentelle Darstellung von Pufferlösungen, - Wirkung von Puffern, Bedeutung in biologischen Systemen, pH-
Berechnungen, Pufferkapazität, - Indikatorgleichgewichte, Indikatorfärbung als Protolysegleichgewicht - Neutralisation: Durchführung von Säure-Base-Titrationen mit
Farbindikation, Berechnung der Konzentrationen einer Probelösungen, - Elektrochemische Indikation bei Titrationen: Konduktometrie,
Potentiometrie, Auswertung, Berechnungen
Experimente zu Säure-Base-Reaktionen, Verknüpfungen verschiedener Themen vorgenommen
2.4 LEWIS-Theorie:
- LEWIS-Säuren und –Basen, - Verbindung von Redoxtheorie und Säure-Base-Theorie, Komplexe als
Säure-Base-Komplexe, Anwendung
Thema 3: Löslichkeitsgleichgewichte
Ziele und Inhalte Kompetenzen - Definition des Löslichkeitsgleichgewichtes, Verhalten schwerlöslicher
Salze in wässriger Lösung, qualitative Fällungsnachweise, für Chlorid-, Bromid-, Iodid-, Carbonat-, Sulfat-Ionen, Wasserhärte,
- MWG: Löslichkeitsprodukt, Berechnung von Löslichkeiten aus mit Stöchiometrieverhältnis 1:1,
- Veränderung der Löslichkeit: durch gleichionige Zusätze, Komplexbildung, Berechnungen, Waschverluste,
- Demonstration einer fraktionierten Fällung - praktische Bedeutung: Reinigung von Gewässern, Wasserhärte,
Wasserenthärtung
Qualitative und quantitative Betrachtungen, analytische Experimente sowie Berechnungen, Verbindung zur Ionenanalyse und Komplexchemie
Thema 4: Thermochemie
Ziele und Inhalte Kompetenzen 4.1 Das System chemische Reaktion:
- offene, geschlossene und abgeschlossene Systeme, - Erster Hauptsatz der Thermodynamik: Definition, - Energie, Enthalpie: Volumenarbeit, Reaktionsenergie und
Reaktionsenthalpie, Energiediagramme, Temperaturabhängigkeit, Berechnungen unter Standardbedingungen, allgemeine Gasgleichung,
bekannte chemische Reaktionen unter energetischem Aspekt, Thermochemie als statistische Wissenschaft mit eingeschränktem Gültigkeitsbereich, Rückkopplung zum chemischen Gleichgewicht unter thermodynamischen Aspekten, experimentelle Bestimmung des Energieumsatzes bei chemischen
