Schulphysik 1
15.Physik in Biologie und Chemie
Schulphysik 1.15
Gemeinsamkeiten aller Naturwissenschaften
Untersuchungsgegenstand „Natur“: Objekt des menschlichen Interessesunabhängig von der menschlichen Betrachtung exisiterendNaturgesetze: vom Menschen erkannte Zusammenhänge, Basis für die
technische Nutzung
Untersuchungsmethode: „Messen“: vergleichen anhand beobachterunabhäniger Maßstäbe
Gemeinsame Grundlagen:Teilchenmodell zur Erklärung der NaturEnergieerhaltung zur Erklärung von Entwicklungen
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Lehrplanverknüpfungen
Grundwissen und Kernkompetenzen HS 9- Experimentieren als Form naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinns
- Modellbildung und Modellsysteme
- Arbeitsweisen kennen und unter Anleitung anwenden
- Informationen aus verschiedenen Quellen entnehmen und verarbeiten
- Naturwissenschaftliche Themenstellung projektorientiert bearbeiten
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Lehrplanverknüpfungen
Fächerübergreifende Lerneinheiten in der Realschule
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Biophysik
Biologie: Wissenschaft vom Lebenbesondere Kennzeichen: - Stoffwechsel- Vermehrung- Fortpflanzung (Vererbung)- Reaktion auf Umgebungsreize- kleinste Funktionseinheit: Zelle
Physik: alle Lebensprozesse unterliegen den Gesetzen der Physik;Leben hat sich durch Variation und Selektion der bestangepassten Formen entwickelt, d.h. es zeigt auch weitgehend optimierte Lösungen von physikalischen Problemen
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Energetik des Stoffwechsels
Stoffkreislauf angetrieben von Energiefluss
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Schwimmen
statisch dynamisch
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Fliegen
Vogelflug
Gleitflug
Ruderflug
Actio: Flügelschlag; reactio: Kraft auf den Vogel
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physikalische Chemie
Chemie: „Physik der Valenzelektronen“:äußerste Elektronen eines Atoms sind an der Bindung beteiligt
Beispiel: Elektrolyse: Trennung einer Salzlösung durch elektrischen Strom
Beispiel: Fotoreaktion: Br- -> Br + e-; Ag+ + e- -> Ag
Beispiel: kovalente Bindung: Oktettregel, Elektronegativität
Beispiel: Periodensystem der Elemente: Anordnung nach den Energie-zuständen der Elektronen in der Atomhülle
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Reaktions-Energetik
Aktivierungsenergie:Energie die benötigt wird, eine Reaktion zu starten;
Bindungsenergie:Energie, die benötigt wird um eine Bindung zu lösen = Energie, die freigesetzt wird, wenn sich zwei Teilchen verbinden
Freie Enthalpie:Energiezufuhr: Wärmeaufnahme: endothermEnergieabgabe: Wärmefreisetzung: exothermEnthalpie: Symbol: H (heat); [H] = 1J die bei einem Reaktionspartner umgesetzte Energie: ΔHfreie Enthalpie: Gesamtbilanz der bei einer Reaktion umgesetzten Energie:Reaktionen laufen stets dann von selbst ab(weiter), wenn ΔHges < 0-> 2.Hauptsatz der Wärmelehre: „Wärme nimmt immer zu“
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elektrochemische Spannungsreihe
Edle und unedle Metalle: „Spannungsreihe“Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Ptreduzieren nachfolgende Metalle aus einer Lösung durch Elektronenspende gelöste Ionen oxidieren alle voranstehenden Metalle, sie entziehen ihnen die Elektronen technische Anwendung: galvanische Elemente, Rostschutzmittel
Säurestärke:natürliche Dissoziazion von Wasser 2 H20 -> H3O+ +OH-;
10-7 Mol unter Normalbedingungen dissoziiert: ph 7 Säuren: „Protonenspender“, Zahl der H3O+ Teilchen steigt, ph-WertLaugen: „Protonenfänger“, Zahl der H3O+ Teilchen sinkt, ph-Wert
Ordnung der Metalle nach der Reaktion mit Säuren
sinktsteigt
Unedel: schwache Säure Buntmetalle: starke Säure Edelmetalle: keine Säure
Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Pt
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Reaktionskinetik
Van-Thoff´sche Regel:
Je 10°C Temperaturerhöhung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit eines chemischen Vorgangs.
Beispiele:DampfkochtopfErwärmen von Reagenzgläsern bei der Stoffumsetzunggleich/wechselwarme Tiere
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Lösungen
Löslichkeitsprodukt:Lösung von Stoffen in Flüssigkeiten,aufteilen des gelösten Stoffesin einzelne Moleküleje wärmer desto schlechterje höher der Druck, desto besser
Hydratation: Ansammlung von Wassermolekülen um den gelösten Stoff oder seine Bestandteile (Dissoziazion) herum: elektrostatische Wechselwirkung
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