Curriculum der Sekundarstufe II im Fach Chemie

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1 urriculum der Sekundarstufe II im Fach hemie Leitthema: hemie in nwendung und Gesellschaft Die inhaltliche Gestaltung der er ist den einzelnen Kolleginnen und Kollegen unter Beachtung der obligatorischen Unterrichtsinhalte freigestellt. 10 EF Vorbereitung für/ Integration in Wiederholungs- und ngleichungseinheit: Kohlenwasserstoffe als Triebstoffe und Duftstoffe Verbrennungsreaktionen der lkane Struktureigenschaftsbeziehungen am Beispiel von Wasser und lkanen Reaktionsfolge aus der organischen hemie Beispiel: Vom lkohol zum romastoff lkohole als Lösungsmittel am Beispiel von ftershave o. Deodorants, Kohlenwasserstoffe mit einer Hydroxygruppe, Polarität und Mischbarkeit von lkoholen (mit Wasser bzw. lkanen), Nomenklatur und Isomerie von lkanol und Ether, Verbrennungsreaktion, Kontext: Parfums Riechen, Duftstoffe, Duftöle, Lösungsmittel, Gewinnung von Duftstoffen aus der Natur Exkurs: Extraktionsverfahren /Wasserdampfdestillation Praktikum: Gewinnung von Duftstoffen aus pflanzlichen Quellen ldehyde und Ketone als Duftstoffe (Bsp.: Benzaldehyd, Zimtaldehyd, Hexen-2-al, Dodecanal, Menthon, Jasmon, Moschusketon) Quantitative nalyse: Gaschromatographie Beispiel: lkohol als Genuss- und Suchtmittel Oxidation von lkoholen ( begriffliche Unterscheidung von primären, sekundären u. tertiären lkoholen, Mono-, Di-, Tri- und Polyolen ), Nachweisreaktionen für ldehyde (Tollens und Fehling), Oxidation zu arbonsäuren am Beispiel Ethansäure Biokatalyse: lkohol wird zu Essig(säure), Suchtpotenzial von lkohol, physiologische Wirkung Exkurs: Säure-Base-Reaktionen Indikatorfarbstoffe als Nachweis, Protonenübertragung, Salzbildung am Beispiel der Essigsäure, Titration von Haushaltsessig, Konzentration, Molbegriff, Gehaltsberechnung Fachinhalte Reinstoffe - Stoffgemische tommodelle ufbauprinzip PSE, Hauptgruppen Bindungsarten: Ionen-, Metall- und tombindung Lewis-Schreibweise Elektronegativität chemische Reaktionen, Reaktionsgleichungen Wort- und Symbolgleichung Prinzip der Erhaltung der Masse Reaktionsarten: Redox- u. Neutralisationsreaktionen (ggf. mehrstufige Protolysen, mpholyte) Stöchiometrische Berechnungen bei Neutralisationen Strukturmerkmale von lkanen, lkenen, lkinen VEP- / Tetraeder-Modell Nomenklatur offenkettiger lkane Struktur- Eigenschaftsbeziehungen weitere funktionelle Gruppen der organischen hemie ( Hydroxygruppe, minogruppe ) funktionelle Gruppen intermolekulare Wechselwirkungskräfte: van-der- Waals / London-Kräfte, Wasserstoffbrücken-Bindung Nomenklatur Nachweisreaktionen Strukturisomerie Stoffgruppen: Ether, ldehyde, arbonsäuren, Ester Redoxreaktionen Oxidationszahlen Mechanismus der Veresterung u. Esterhydrolyse stöchiometrische Berechnungen Reaktionsgeschwindigkeit chemisches Gleichgewicht Massenwirkungsgesetz Gleichgewichtskonstante K Fette und Öle langkettige arbonsäuren (Fettsäuren) Hydroxycarbonsäuren minocarbonsäuren

2 B Beispiel: Herstellung naturidentischer Duftstoffe Veresterung und Esterhydrolyse (Verseifung) als umkehrbare (reversible) chemische Reaktion, Reaktionsgeschwindigkeit als Änderung der Konzentration eines Stoffes in einem Zeitintervall, das chemische Gleichgewicht der Veresterung, das Massenwirkungsgesetz am Beispiel Veresterung Exkurs: Fette und Öle als Ester langkettiger arbonsäuren (Fettsäuren), Hydroxycarbonsäuren, minocarbonsäuren Projekt: Bierbrauen Gärung, Enzymatik Ein technischer Prozess Beispiel: Die mmoniak-synthese aus den Elementen Bildung und Struktur (Reaktionsgleichung mit ngabe von Energieumsatz und ggregatzustand) Wdh: endo- und exotherme Reaktionen, Problem der Gleichgewichtslage, Beeinflussung des Gleichgewichts bei der mmoniakherstellung, Roheisen als Katalysator, die technische Umsetzung Kontext: mmoniaksynthese als Forschungsgegenstand der physikalischen hemie und Industrie : Fritz Haber und die BSF mbivalenz wissenschaftlicher Forschung: ökologische und militärische Bedeutung des mmoniaks nwendungsbeispiele der Gleichgewichtsverschiebung: Stickstoffdioxid/Distickstofftetroxid-Gleichgewicht, Kohlensäure, mmoniaksynthese, Veresterung über Wasserabscheider, Iod- Wasserstoffsynthese, Konvertierung von Synthesegas Exkurs: Entfärbung von Kristallviolett photometrische Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit, ktivierungsenergie über rrhenius-gleichung, Reaktionsordnung (pseudo-1. Ordnung) und RGT-Regel Beispiel: Schwefelsäureherstellung nach dem Kontaktverfahren Vanadiumpentoxid als Katalysator, Hitze als Problem der unerwünschten Gleichgewichtsverschiebung, technische Umsetzung, wirtschaftliche und technische Bedeutung der Schwefelsäure Stoffkreislauf in Natur und Umwelt Beispiel: der Kohlenstoffkreislauf in Natur und Technik O2-arbonat-Kreislauf (technischer, natürlicher), Treibhauseffekt, Möglichkeiten der Vermeidung bzw. Reduktion von O2, Pflanzen und Tiere als wichtiger Bestandteil des Kreislaufs Reaktionsgeschwindigkeit Stoßtheorie und Geschwindigkeitsgleichung Geschwindigkeitskonstante Durchschnittsreaktions- u. Momentangeschwindigkeit Reaktionsprofile und Übergangszustände Prinzip von Le hatelier Beeinflussung von Gleichgewichtsreaktionen ideales Gasgesetz Kc und Kp ktivierungsenergie /rrhenius-gleichung RGT-Regel Katalyse Reaktionsordnung und Molekularität anorganische Verbindungen: ausgewählte Säuren, Basen und deren Salze: Kohlensäure, arbonate, Protolysestufen Löslichkeit von arbonaten / Hydrogencarbonaten Nachweisreaktionen Wdh.: Gleichgewichtsverschiebungen

3 Q 1 nalytische Verfahren zur Konzentrationsbestimmung Fachinhalte (Gk u. Lk) Beispiel: Quantitative Untersuchung von Tenside Geschichte der Tenside, Tensidklassen, Waschwirkung, Waschmittel und ihre Inhaltsstoffe, Herstellung Syndets KL aus ussalzen der Seifen, Wasserhärte und Enthärter als Bsp für KL, Bestimmung ungesättigter Fettsäuren durch iodometrische Redoxtitration Beispiel: Konduktometrische Konzentrationsbestimmung von Ionen in bwasser Fällungstitration in Schmutzwasser, parallele Titration verschiedener Säuren, Prinzip der Leitfähigkeitsveränderung in ionischen Gewässern, Bedeutung der Wasserreinhaltung, Prinzip der Wasserreinigung Beispiel: Vitamin Isolierung aus Zitronen, Bedeutung für den menschlichen Körper/ Mangelerscheinungen, Konzentrationsbestimmung von Vitamin durch Neutralisations-/ Säure-Base-Titration nach der Indikatormethode, Indikatoren, Titration mit Endpunktbestimmung, Redoxtitration, Iodometrie Beispiel: Säuren in Lebensmitteln Neutralisationstitrationen nach der Indikatormethode bzw. mit Endpunktbestimmung/ ph-metrisch : Essigsäure in Speiseessig und Essigessenz, Propionsäure in Schnittbrot, Vitamin in Zitrusfrüchten, Phosphorsäure in ola, Redoxtitrationen/ Iodometrie: Vitamin in Zitrusfrüchten, Milchsäure in Milch/ Kefir, Sulfite in Wein Zusammenhang Molekülbau u. Wirkungsweise Brönstedt-Theorie Protolysegleichgewicht utoprotolyse des Wassers Kw pk S-Wert / Säurestärke / ph-berechnung pk B-Wert / Basenstärke / poh-berechnung Puffersysteme Löslichkeitsgleichgewicht K L potentiometrische Titration Halbtitration Titrationskurve mit P Titration mit Endpunktbestimmung parallele Titration starker u. schw. Säuren Elektr. Leitf. Starker u. schw. Elektrolyte Kohlrausch-Gesetze Ostwaldsches Verdünnungsgesetz konduktometrische Titration Redoxtitration Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der hemie Beispiel: Von Leclanché zum Li-Ionen-kku Konjugierte Redox-Paare, Galvanische Zellen, Elektroden- Reaktionen, Potentialdifferenz, Standard-Einzel- Elektrodenpotential, Spannungsreihe, Nernst-Gleichung, ph- Elektrode, diverse Batterien, Blei-, Nid-, Li-Ionen-kku, Brennstoffzelle, Entropie-Bestimmung im Daniell-Element Beispiel: Materialveredelung und erhaltung durch elektr. Strom Einfache Elektrolyse im Labor ELOXL-Verfahren, technische luminium-herstellung, Glitzer und Glitter bei der Elektrolyse von Titan Korrosion bei Eisen und Zink, Passivierung, Problem des Lochfraß, versch. Korrosionsschutzmaßnahmen Standard-Einzel-Elektrodenpotential Detailvorgänge an Elektroden inkl. Doppelschicht dditivität der Potentiale Nernst-Gleichung Berechnungen mit Nernst-Gleichung ph-bhängigkeit des Potentials Thermodynam. Herleitung der Nernst-Gleichung exper. Entropie-Bestimmung Galvanisches Element versch. Batterie-Typen versch. kkumulatoren Brennstoffzelle Redox-Titration Korrosion und schutz Elektrolyse Zersetzungs- und Überspannung Faraday-Gesetze Exkurs: Thermodynamische Herleitung der Nernst-Gleichung

4 B Reaktionswege zur Herstellung von Stoffen in der organischen hemie Beispiel: Vom fossilen Rohstoff zum nwendungsprodukt Reaktionssterne zur Synthese von PV/ PMM Förderung von Öl, Förder- und Umweltproblematik, lltagsgegenstände und Herstellungsweisen. Beispiel: Ozon und Ozonloch ufbau der tmosphäre, Ozonschicht, photostationäres Gleichgewicht, Halogenverbindungen in Natur und Technik, hlor-katalyse-zyklus (SR), Ozonloch, Umweltproblematik Beispiel: Silikone Synthese und nwendungsbereiche MÜLLER-ROHOW-SYNTHESE, Herstellung von Silanolen (SN), Siliconen, Synthese, Eigenschaften und nwendung von Ölen, Kautschuken (dditions-/ Kondensationsvernetzung: Ein-/ Zweikomponentenkautschuk) und Harzen lkane, lkene, Halogenalkane, Ester lkanole, -one, -ale, arbonsäuren Zusammenhang Struktur und Reaktivität Stereoisomerie, hiralität radikalische Substitution (S R), nukleophile Substitution allg. (S N) differenzierter Mechanismus S N1, S N2 Eliminierung (E1, E2, E1 B) elektrophile ddition ( E) Reaktionssterne / Reaktionswege Exkurs: vom Bohrschen Modell über Quantenzahlen zum Orbitalmodell Q 2 Farbstoffe und Farbigkeit; Theoriekonzept: Das aromatische System Fachinhalte (Gk u. Lk) Beispiel: Farben in der Natur Konjugierte Doppelbindungssysteme im Vergleich (Lycopin und ß-arotin, Reaktion mit Bromwasser), Fotometrie, bsorptionsspektren, Konzentrationsbestimmungen (Lambert- Beer) Beispiel: Vom Benzol zu Indikator- und Textilfarbstoffen Historische Herleitung der Benzol-Molekülstruktur, Derivate des Benzols (Erstsubstitution: nilin, Phenol, Nitrobenzol, etc. bzw. Zweitsubstitution: ) und ihre Bedeutung/ nwendung, Synthese eines zofarbstoffs (z.b. Orange II), Färbeverfahren, hemie der Naturfasern (u.a. Wolle/ Baumwolle), Bedarfsgegenständeverordnung (reduktive zospaltung), ph- bhängigkeit der Farbigkeit von zofarbstoffen (z.b. Methylorange), Fotometrie, bsorptionsspektren, Synthese eines Triphenylmethanfarbstoffes (z.b. Fluoreszin), ph- bhängigkeit von z.b. Phenolphthalein Färben mit Indigo Beispiel: Lebensmittelfarbstoffe ochenillerot, Patentblau o.ä.: Konzentrationsbestimmungen/ Fotometrie (s.o.), Bedarfsgegenständeverordnung (reduktive zospaltung) Bedingungen des aromatischen Systems Hückel-Regel Konjugierte Doppelbindungen Mesomerie Vergleich von MO und VB wichtige Derivate des Benzols Mechanismus der elektrophilen Substitution (S E) Zweitsubstitutions-Regeln am romaten Synthesen zo-, Triphenylmethan-, arbonyl- Farbstoffe Theorie der Farbigkeit nach VB u. MO hromophor-theorie von Witt Säure-Base-Indikatoren Farbstoffklassen: Küpen-, Reaktiv-, Entwicklungs-, Direktfarbstoffe Färbeverfahren Lebensmittelfarbstoffe

5 fakultativ: ergänzend zu J Pharmaka und Drogen Theoriekonzept: Das aromatische System Beispiel: spirin (SS) Schmerz, Synthese von SS, quantitative nalyse (D), Pharmakodynamik (Prostaglandine), pplikation und rzneiformen, Pharmakokinetik Naturstoffe und ihre Bedeutung; Theoriekonzept: Makromoleküle Bedingungen des aromatischen Systems Hückel-Regel Konjugierte Doppelbindungen Mesomerie Vergleich von MO und VB wichtige Derivate des Benzols Mechanismus der elektrophilen Substitution (S E) Zweitsubstitutions-Regeln am romaten Beispiel: Naturfasern - Polypeptide als Bausteine der Natur Peptidbindung, Stereoisomerie der Peptide, Synthese (Merrifield- Synthese), Schutzgruppen, Primär-, Sekundär-, Tertiär- Strukturen und ihre Bindungen, Peptide in der Natur, Beeinflussung der Tertiärstruktur Natürliche und synthetische Werkstoffe; Theoriekonzept: Makromoleküle Beispiel: Synthetische Werkstoffe Plastik ist nicht Plastik Erkennung und Unterscheidung von Kunststoffen im lltag, Historie der Kunststoffe anhand des Bakkelit, ufbau und Struktur von Makromolekülen, Verarbeitungsverfahren und Herstellung, pseudoöstrogene Wirkung: Phthalate u. Bisphenol, Silikone (s.o.), Rohstoffproblematik: Milchsäure als nachwachsender Rohstoff Kunststoffklassen: Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere Verkettungsmechanismen: Polykondensation, radikal. u. ion. Polymerisation, Polyaddition Begabungsförderung: F nalytische Verfahren in der nwendung; Theoriekonzept: Die koordinative Bindung Beispiel: Quantitative Untersuchung von Wasser- und Bodenproben Komplexe als qual. und quant. Untersuchungsinstrumente, Struktur von komplexen Verbindungen, historische Entwicklung; Komplexometrie, Kalk- und Gesamthärte von Leitungswasser, Edta als Wasserenthärter und Gift-Mischer, Komplexe im lltag u. Technik (Krebstherapie, Goldgewinnung, Farbstoffe, Biologie) Nomenklaturregeln 18-Elektronen-Regel Modellvorstellung zur koordinativen Bindung: Ligandenfeldtheorie, Valence Bond-, MO-Theorie helat-komplexe und Entropie