Schulinterner Lehrplan für das Fach Chemie am Albertus-Magnus Gymnasium Beckum

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1 Schulinterner Lehrplan für das Fach Chemie am Albertus-Magnus Gymnasium Beckum

2 Vorwort Dieser Lehrplan orientiert sich an einer Vorlage der Bezirksregierung Düsseldorf. Er wurde an die Verhältnisse des AMG angepasst. Er soll in den Jahren 2005/ /12 erprobt und danach gegebenenfalls noch mal überarbeitet werden. Inhaltsverzeichnis 1. Übersicht über die konzeptbezogenen Kompetenzen im Fach Chemie Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Chemische Reaktion Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Struktur der Materie Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Energie Übersicht über die prozessbezogenen Kompetenzen im Fach Chemie Zuordnung der konzeptbezogenen Kompetenzen zu den Fachlichen Kontexten im Fach Chemie Zuordnung der prozessbezogenen Kompetenzen zu den Fachlichen Kontexten im Fach Chemie Inhaltsfelder und fachliche Kontexte Entwürfe von Unterrichtsgängen zum neuen Lehrplan Chemie SI und Vorschläge für Experimente Stoffe und Stoffveränderungen Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Versuche Luft und Wasser Versuche Luft und Wasser Versuche Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Versuche Ionenbindung und Ionenkristalle Versuche Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Versuche Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Saure und alkalische Lösungen Versuche Energie aus chemischen Reaktionen Versuch Ausgewähltes Thema der Organischen Chemie Versuche

3 1. Übersicht über die konzeptbezogenen Kompetenzen im Fach Chemie 1.1 Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Chemische Reaktion Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 Stufe I Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der Stoffumwandlung zum Konzept der chemischen Reaktion so weit entwickelt, dass sie CR I.1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben CR I.1.b chemische Reaktionen an der Bildung von neuen Stoffen mit neuen Eigenschaften erkennen, und diese von der Herstellung bzw. Trennung von Gemischen unterscheiden. CR I.1.c chemische Reaktionen von Aggregatzustandsänderungen abgrenzen. CR. I.2a Stoffumwandlungen herbeiführen. CR I.2.b Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsätzen als chemische Reaktion deuten. Stufe II Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der chemischen Reaktion so weit differenziert, dass sie... CR II.1 Stoff- und Energieumwandlungen als Veränderung in der Anordnung von Teilchen und als Umbau chemischer Bindungen erklären CR II.2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. 3

4 CR I.3 den Erhalt der Masse bei chemischen Reaktionen durch die konstante Atomanzahl erklären. CR I.4 chemische Reaktionen als Umgruppierung von Atomen beschreiben. CR I.5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomanzahlenverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse erläutern. CR II.4 Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben. CR II.5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen. CR I/II.6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe, Wassernachweis). CR I.7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. CR I.7.b Redoxreaktionen nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip als Reaktionen deuten, bei denen CR II.7 elektrochemische Reaktionen (Elektrolyse und elektrochemische Spannungsquellen) nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip als Aufnahme und Abgabe von Elektronen deuten, bei denen Energie umgesetzt 4

5 Sauerstoff abgegeben und vom Reaktionspartner aufgenommen wird wird. CR I/II.8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben. CR I.9. Saure und alkalische Lösungen mit Hilfe von Indikatoren nachweisen CR I.10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. CR I.11 Kenntnisse über Reaktionsabläufe nutzen, um die Gewinnung von Stoffen zu erklären (z. B. Verhüttungsprozesse). CR II.9a Säuren als Stoffe einordnen, deren wässrige Lösungen Wasserstoff-ionen enthalten. CR II.9b die alkalische Reaktion von Lösungen auf das Vorhandensein von Hydroxidionen zurückführen. CR II.9.c den Austausch von Protonen als Donator-Akzeptor- Prinzip einordnen. CR II.10 einen Stoffkreislauf als eine Abfolge verschiedener Reaktionen deuten. CR II.11.a wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern (z. B. Eisenherstellung, Säureherstellung, Kunststoffproduktion). 5

6 CR II.11.b Prozesse zur Bereitstellung von Energie erläutern. CR II.12 das Schema einer Veresterung zwischen Alkoholen und Carbonsäuren vereinfacht erklären. 1.2 Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Struktur der Materie Bis Ende von Jahrgangsstufe 9 Stufe I Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept zur Struktur der Materie so weit entwickelt, dass sie M I.1.a Zwischen Gegenstand und Stoff unterscheiden M I.1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M I.2.a Stufe II Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept zur Struktur der Materie so weit differenziert, dass sie... MII.1 Aufbauprinzipien des Periodensystems der Elemente beschreiben und als Ordnungs- und Klassifikationsschema nutzen, Haupt- und Nebengruppen unterscheiden. M II.2 6

7 Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. Farbe, Geruch, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Schmelz- und Siedetemperatur, Aggregatzustände, Brennbarkeit) M I.2.b Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung und Teilchenstruktur ordnen. M I.2.c Atome als kleinste Teilchen von Stoffen benennen. M I.3.a Stoffe aufgrund von Stoffeigenschaften (z. B. Löslichkeit, Dichte, Verhalten als Säure bzw. Lauge) bezüglich ihrer Verwendungsmöglichkeiten bewerten. M I.3b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). M II.3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. M I.4 die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Metalle, Oxide). M I.5a die Aggregatzustandsänderungen M II.4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen /Strukturformeln, Isomere ). M II.5.a Kräfte zwischen Molekülen 7

8 unter Hinzuziehung der Anziehung von Teilchen deuten. M I.6.a einfache Atommodelle zur Beschreibung chemischer Reaktionen nutzen. M.I.6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. und Ionen beschreiben und erklären. M II.5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals-Kräfte Dipol-Dipol- Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindunge n bezeichnen. M II.6. den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. M I.7.a M II.7.a Atome mithilfe eines einfachen chemische Bindungen Kern-Hülle-Modells darstellen (Ionenbindung, und Protonen, Neutronen als Elektronenpaarbindung) Kernbausteine benennen sowie mithilfe geeigneter Modelle die Unterschiede zwischen erklären und Atome mithilfe Isotopen erklären. eines differenzierteren Kern- M I.7.b Hülle-Modells beschreiben. Lösevorgänge und M II.7.b Stoffgemische auf der Ebene mithilfe eines einer einfachen Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Teilchenvorstellung beschreiben Struktur von Molekülen erklären. 1.3 Stufen der Lernprogression zum Basiskonzept Energie Stufe I Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der Energie Stufe II Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der 8

9 so weit entwickelt, dass sie E I.1 chemischen Reaktionen energetisch differenziert beschreiben, z.b. mit Hilfe eines Energiediagramms Energie soweit differenziert, dass sie... E II.I die bei chemischen Reaktionen umgesetzte Energie quantitativ einordnen. E I.2a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen (z. B. im Zusammenhang mit der Trennung von Stoffgemischen). E I.2.b Siede- und Schmelzvorgänge energetisch beschreiben. E I.3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E II.3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. E.I/II 4 Energetische Erscheinungen bei exothermen chemischen Reaktionen auf die Umwandlung eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie in Wärmeenergie zurückführen, bei endothermen Reaktionen den umgekehrten Vorgang erkennen. E I.5 konkrete Beispiele von Oxidationen (Reaktionen mit Sauerstoff)und Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen sowie deren Energiebilanz qualitativ darstellen. E II.5 die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und umgekehrt von elektrischer in chemische Energie bei elektrochemischen Phänomenen beschreiben und 9

10 E I.6 erläutern, dass zur Auslösung einiger chemischer Reaktionen Aktivierungsenergie nötig ist, und die Funktion eines Katalysators deuten. E I.7a das Prinzip der Gewinnung nutzbarer Energie durch Verbrennung erläutern. E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen. E I.8 beschreiben, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung einhergeht mit der Entstehung von Luftschadstoffen und damit verbundenen negativen Umwelteinflüssen (z. B. Treibhauseffekt, Wintersmog). erklären. E II.6 den Einsatz von Katalysatoren in technischen oder biochemischen Prozessen beschreiben und begründen. E II.7 das Funktionsprinzip verschiedener chemischer Energiequellen mit angemessenen Modellen beschreiben und erklären (z. B. einfache Batterie, Brennstoffzelle). E II.8 die Nutzung verschiedener Energieträger (Atomenergie, Oxidation fossiler Brennstoffe, elektrochemische Vorgänge, erneuerbare Energien) aufgrund ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile kritisch beurteilen. 10

11 2 Übersicht über die prozessbezogenen Kompetenzen im Fach Chemie PE Prozessbezogene Kompetenz Erkenntnisgewinnung PK Prozessbezogene Kompetenz Kommunikation PB Prozessbezogene Kompetenz Bewertung PE 1:... beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 2:... erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3:... analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4:... führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 5:... recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus. PE 6:... wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. PE 7:... stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. PE 8:... interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PE 9:... stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 10:..beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PE 11: zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 1:... argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 2:... vertreten ihre Standpunkte zu chemischen Sachverhalten und reflektieren Einwände selbstkritisch. PK 3:... planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PK 4:... beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggf. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PK 5:... dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PK 6:... veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln. PK 7:... beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien. PK 8:... prüfen Darstellungen in Medien hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit. PK 9:... protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. PK 10: recherchieren zu chemischen Sachverhalten in unterschiedlichen Quellen und wählen themenbezogene und aussagekräftige Informationen aus. 11

12 PB 1:... beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen Informationen kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten. PB 2:... stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 3:... nutzen chemisches und naturwissenschaftliches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien, und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag. PB 4:... beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. PB 5:... benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung chemischer Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen. PB 6:... binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. PB 7:... nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. PB 8:... beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells. PB 9:... beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. PB 10:..erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. PB 11:... nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. PB 12:... entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. PB 13:... diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung. 12

13 3. Zuordnung der konzeptbezogenen Kompetenzen zu den Fachlichen Kontexten im Fach Chemie Inhaltsfelder 13 Stoffe und Stoffveränderungen. Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Luft und Wasser Metalle und Metallgewinnung Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Ionenbindung und Ionenkristalle Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Saure und alkalische Lösungen Energie aus chemischen Reaktionen Organische. Chemie Fachlicher Kontexte Speisen und Getränke alles Chemie? Brände und Brandbekämpfung Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände Böden und Gesteine - Vielfalt und Ordnung Die Welt der Mineralien Metalle schützen und veredeln Wasser- mehr als ein einfaches Lösemittel Reinigungsmittel, Säuren und Laugen im Alltag Zukunftssichere Energieversorgung Der Natur abgeschaut Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der Stoffumwandlung zum Konzept der chemischen Reaktion so weit entwickelt, dass sie CR I.1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben x x

14 CR I.1.b x chemische Reaktionen an der Bildung von neuen Stoffen mit neuen Eigenschaften erkennen, und diese von der Herstellung bzw. Trennung von Gemischen unterscheiden CR I.1.c x chemische Reaktionen von Aggregatzustandsänderungen abgrenzen. CR II.1 Stoff- und Energieumwandlungen als Veränderung in der Anordnung von Teilchen und als Umbau chemischer Bindungen erklären x x CR. I.2a x Stoffumwandlungen herbeiführen CR I.2.b x x Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsätzen als chemische Reaktion deuten. CR II.2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. x x CR I.3 x 14

15 den Erhalt der Masse bei chemischen Reaktionen durch die konstante Atomanzahl erklären. CR I.4 chemische Reaktionen als Umgruppierung von Atomen beschreiben CR II.4 Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben.. CR I.5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomanzahlenverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse erläutern. CR II.5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen. x x x x x x x 15

16 CR I/II.6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe Wassernachweis). CR I.7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. CR I.7.b Redoxreaktionen nach dem Donator-Akzeptor- Prinzip als Reaktionen deuten, bei denen Sauerstoff abgegeben und vom Reaktionspartner aufgenommen wird. CR II.7 elektrochemische Reaktionen (Elektrolyse und elektrochemische Spannungsquellen) nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip als Aufnahme und Abgabe von Elektronen deuten, bei denen Energie umgesetzt wird. CR I/II.8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben. x x x x x x x x x x 16

17 CR I.9 saure und alkalische Lösungen mit Hilfe von Indikatoren nachweisen. CR II.9a Säuren als Stoffe einordnen, deren wässrige Lösungen Wasserstoffionen enthalten. CR II.9b die alkalische Reaktion von Lösungen auf das Vorhandensein von Hydroxidionen zurückführen. CR II.9.c den Austausch von Protonen als Donator-Akzeptor- Prinzip einordnen. CR I.10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. CR II.10 einen Stoffkreislauf als eine Abfolge verschiedener Reaktionen deuten. CR I.11 Kenntnisse über Reaktionsabläufe nutzen, um die Gewinnung von Stoffen zu erklären (z. B. Verhüttungsprozesse). x x x x x x x x x 17

18 CR II.11.a wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern (z. B. Eisenherstellung, Säureherstellung, Kunststoffproduktion). CR II.11.b Prozesse zur Bereitstellung von Energie erläutern. CR II.12. das Schema einer Veresterung zwischen Alkoholen und Carbonsäuren vereinfacht erklären Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept zur Struktur der Materie so weit entwickelt, dass sie M I.1.a Zwischen Gegenstand und Stoff unterscheiden. M I.1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). x x x x x x x x x 18

19 M II.1 Aufbauprinzipien des Periodensystems der Elemente beschreiben und als Ordnungs- und Klassifikationsschema nutzen, Haupt- und Nebengruppen unterscheiden. M I.2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. Farbe, Geruch, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Schmelz- und Siedetemperatur, Aggregatzustände, Brennbarkeit). M I.2.b Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung und Teilchenstruktur ordnen. M I.2.c Atome als kleinste Teilchen von Stoffen benennen. M II.2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe) x x x x x x x x x x 19

20 M I.3.a Stoffe aufgrund von Stoffeigenschaften (z. B. Löslichkeit, Dichte, Verhalten als Säure bzw. Lauge) bezüglich ihrer Verwendungsmöglichkeiten bewerten. M I.3b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. M II.3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. M I.4 die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Metalle, Oxide). M II.4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen /Strukturformeln, Isomere). x x x x x x x x x x 20

21 M I.5 die Aggregatzustandsänderungen unter Hinzuziehung der Anziehung von Teilchen deuten. M II.5.a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären. M II.5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals- Kräfte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen. M I.6.a Einfache Atommodelle zur Beschreibung chemischer Reaktionen nutzen. M I.6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. M II.6 den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. M I.7.a Atome mithilfe eines einfachen Kern-Hülle- Modells darstellen und Protonen, Neutronen als x x x x x x x x x x x x x x 21

22 Kernbausteine benennen sowie die Unterschiede zwischen Isotopen erklären. M I.7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. M II.7.a chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern-Hülle-Modells beschreiben. M II.7.b mithilfe eines Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Struktur von Molekülen erklären. Die Schülerinnen und Schüler haben das Konzept der Energie so weit entwickelt, dass sie E I.1 chemischen Reaktionen energetisch differenziert beschreiben, z.b. mit Hilfe eines Energiediagramms. E II.1 E II.I die bei chemischen Reaktionen umgesetzte Energie quantitativ einordnen. x X x x x x x x 22

23 E I.2a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen (z. B. im Zusammenhang mit der Trennung von Stoffgemischen). E I.2.b Siede- und Schmelzvorgänge energetisch beschreiben. E I.3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E II.3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. E. I/II 4 Energetische Erscheinungen bei exothermen chemischen Reaktionen auf die Umwandlung eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie in Wärmeenergie zurückführen, bei endothermen Reaktionen den umgekehrten Vorgang erkennen. E I.5 konkrete Beispiele von Oxidationen (Reaktionen x x x x x x x x 23

24 mit Sauerstoff)und Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen sowie deren Energiebilanz qualitativ darstellen. E II.5 die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und umgekehrt von elektrischer in chemische Energie bei elektrochemischen Phänomenen beschreiben und erklären. E I.6 erläutern, dass zur Auslösung einiger chemischer Reaktionen Aktivierungsenergie nötig ist, und die Funktion eines Katalysators deuten. E II.6 den Einsatz von Katalysatoren in technischen oder biochemischen Prozessen beschreiben und begründen. E I.7a das Prinzip der Gewinnung nutzbarer Energie durch Verbrennung erläutern. E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen. E II.7 das Funktionsprinzip verschiedener chemischer x x x x x x x 24

25 Energiequellen mit angemessenen Modellen beschreiben und erklären (z. B. einfache Batterie, Brennstoffzelle). E I.8 beschreiben, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung einhergeht mit der Entstehung von Luftschadstoffen und damit verbundenen negativen Umwelteinflüssen (z. B. Treibhauseffekt, Wintersmog). E II.8 die Nutzung verschiedener Energieträger (Atomenergie, Oxidation fossiler Brennstoffe, elektrochemische Vorgänge, erneuerbare Energien) aufgrund ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile kritisch beurteilen. x x 25

26 4. Zuordnung der prozessbezogenen Kompetenzen zu den Fachlichen Kontexten im Fach Chemie Inhaltsfelder Stoffe und Stoffveränderungen. Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Luft und Wasser Metalle und Metallgewinnung Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Ionenbindung und Ionenkristalle Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Saure und alkalische Lösungen Energie aus chemischen Reaktionen Organische. Chemie Fachliche Kontexte Speisen und Getränke alles Chemie? Brände und Brandbekämpfung Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände Böden und Gesteine - Vielfalt und Ordnung Die Welt der Mineralien Metalle schützen und veredeln Wasser- mehr als ein einfaches Lösemittel Reinigungsmittel, Säuren und Laugen im Alltag Zukunftssichere Energieversorgung Der Natur abgeschaut Schülerinnen und Schüler PE 1:... beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 2:... erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. x x x x x x x x x x x x x x x x x 26

27 PE 3:... analysieren Ähnlichkeiten und x x x x x x x x x x Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4:... führen qualitative und einfache x x x x x x x x x x x quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 5:... recherchieren in unterschiedlichen x x x Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus. PE 6:... wählen Daten und Informationen aus x x x x verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. PE 7:... stellen Hypothesen auf, planen x x x x geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. PE 8:... interpretieren Daten, Trends, Strukturen x x x x x und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PE 9:... stellen Zusammenhänge zwischen x x x x x x x x 27

28 chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 10:... beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PE 11: zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 1:... argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 2:... vertreten ihre Standpunkte zu chemischen Sachverhalten und reflektieren Einwände selbstkritisch. PK 3:... planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PK 4:... beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggf. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PK 5:... dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 28

29 adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PK 6:... veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln. PK 7:... beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien. PK 8:... prüfen Darstellungen in Medien hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit. PK 9:... protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. PK 10: recherchieren zu chemischen Sachverhalten in unterschiedlichen Quellen und wählen themenbezogene und aussagekräftige Informationen aus. PB 1:... beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen Informationen kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten. x x x x x x x x x x x x x x x x 29

30 PB 2:... stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 3:... nutzen chemisches und naturwissenschaftliches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien, und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag. PB 4:... beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. PB 5:... benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung chemischer Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen. PB 6:... binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. PB 7:... nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x 30

31 chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. PB 8:... beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells. PB 9:... beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. PB 10:... erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. PB 11:... nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. PB 12:... entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. PB 13:... diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung. x x x x x x x x x x x x x x x x x x 31

32 5. Inhaltsfelder und fachliche Kontexte Inhaltsfelder Mögliche Zuweisung von Kompetenzen auf Basis der erstellten Inhaltsfeld/ Kompetenz Matrix Fachliche Kontexte Die nachfolgend aufgeführten Kontexte können durch gleichwertige ersetzt werden, wenn die Fachkonferenz dies beschließt. 1 Stoffe und Stoffveränderungen Speisen und Getränke alles Chemie? Gemische und Reinstoffe Stoffeigenschaften Stofftrennverfahren Einfache Teilchenvorstellung Kennzeichen chem. Reaktionen CR I. 1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben. CR I. 1.b chemische Reaktionen an der Bildung von neuen Stoffen mit neuen Eigenschaften erkennen, und diese von der Herstellung bzw. Trennung von Gemischen unterscheiden. CR I. 1.c chemische Reaktionen von Aggregatzustandsänderungen abgrenzen. CR. I. 2a Stoffumwandlungen herbeiführen. M I. 1.a Zwischen Gegenstand und Stoff unterscheiden Was ist drin? Wir untersuchen Lebensmittel/ Getränke und ihre Bestandteile Wir gewinnen Stoffe aus Lebensmitteln Wir verändern Lebensmittel durch Kochen oder Backen 32

33 M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M I. 2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. Farbe, Geruch, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Schmelz- und Siedetemperatur, Aggregatzustände, Brennbarkeit) M I. 3.a Stoffe aufgrund von Stoffeigenschaften (z. B. Löslichkeit, Dichte, Verhalten als Säure bzw. Lauge) bezüglich ihrer Verwendungsmöglichkeiten bewerten. M I. 3.b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. M I. 5 die Aggregatzustandsänderungen unter Hinzuziehung der Anziehung von Teilchen deuten. M I. 6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. M I. 7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene 33

34 einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. E I.2a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen (z. B. im Zusammenhang mit der Trennung von Stoffgemischen). E I. 2.b Siede- und Schmelzvorgänge energetisch beschreiben. 2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Oxidationen Elemente und Verbindungen Analyse und Synthese Exotherme und endotherme Reaktionen Aktivierungsenergie Gesetz von der Erhaltung der Masse Reaktionsschemata (in Worten) CR I. 1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben. CR I. 2.b Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsätzen als chemische Reaktion deuten. CR I. 3 den Erhalt der Masse bei chemischen Reaktionen durch die konstante Atomanzahl erklären. CR I. 4 chemische Reaktionen als Umgruppierung von Atomen beschreiben. CR I. 5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort-( und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomanzahlenverhältnisses Brände und Brandbekämpfung Feuer und Flamme Brände und Brennbarkeit Die Kunst des Feuerlöschens Verbrannt ist nicht vernichtet 34

35 beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse ) erläutern. CR I/II. 6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe, Wassernachweis). CR I.7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. CR I. 10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M I. 2.b Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung und Teilchenstruktur ordnen. M I. 2.c Atome als kleinste Teilchen von Stoffen benennen. M I. 4 35

36 die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Metalle, Oxide). Erste Ansätze zum Erlangen dieser Kompetenz M I. 6.a einfache Atommodelle zur Beschreibung chemischer Reaktionen nutzen. E I. 1 chemischen Reaktionen energetisch differenziert beschreiben, z.b. mit Hilfe eines Energiediagramms. E I. 3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E I/II. 4 Energetische Erscheinungen bei exothermen chemischen Reaktionen auf die Umwandlung eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie in Wärmeenergie zurückführen, bei endothermen Reaktionen den umgekehrten Vorgang erkennen. E I. 5 konkrete Beispiele von Oxidationen (Reaktionen mit Sauerstoff)und Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen sowie deren Energiebilanz qualitativ darstellen. 36

37 E I. 6 erläutern, dass zur Auslösung einiger chemischer Reaktionen Aktivierungsenergie nötig ist, und die Funktion eines Katalysators deuten. E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen. 3 Luft und Wasser Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen Luftzusammensetzung Luftverschmutzung, saurer Regen Wasser als Oxid Nachweisreaktionen Lösungen und Gehaltsangaben Abwasser und Wiederaufbereitung CR I/II. 6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe, Wassernachweis). CR I. 7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. CR I/II. 8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben. CR I. 9 Saure (und alkalische) Lösungen mit Hilfe von Indikatoren nachweisen. Luft zum Atmen Treibhauseffekt durch menschliche Eingriffe Bedeutung des Wassers als Trink- und Nutzwasser; Gewässer als Lebensräume 37

38 CR I. 10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. CR I.5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort(- und evtl. in Symbol-formulierungen unter Angabe des Atomanzahlenverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse )erläutern. M I. 3.b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. M I. 4 Die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid). M I. 7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. E I. 7.a Das Prinzip der Gewinnung nutzbarer Energie durch Verbrennungen erläutern. E I. 8 beschreiben, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung einhergeht mit der Entstehung von Luftschadstoffen und damit verbundenen negativen Umwelteinflüssen (z. B. 38

39 Treibhauseffekt, Wintersmog). 4 Metalle und Metallgewinnung Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände Gebrauchsmetalle Reduktionen/ Redoxreaktion Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen Recycling CR I.5 Chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomzahlenverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomzahlverhältnisse erläutern E I.5 Konkrete Beispiele von [Oxidationen (Reaktionen mit Sauerstoff) und] Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen sowie deren Energiebilanz qualitativ darstellen Das Beil des Ötzi Vom Eisen zum Hightechprodukt Stahl Schrott Abfall oder Rohstoff CR I. 7.b Redoxreaktionen nach dem Donator-Akzeptor- Prinzip als Reaktionen deuten, bei denen Sauerstoff abgegeben und vom Reaktionspartner aufgenommen wird. CR II. 10 einen Stoffkreislauf als eine Abfolge verschiedener Reaktionen deuten. 39

40 CR I. 11 Kenntnisse über Reaktionsabläufe nutzen, um die Gewinnung von Stoffen zu erklären (z. B. Verhüttungsprozesse). CR II. 11.a wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern (z. B. Eisenherstellung, Säureherstellung, Kunststoffproduktion). MII.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. 5 Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Alkali- oder Erdalkalimetalle Halogene Nachweisreaktionen Kern-Hülle-Modell Elementarteilchen Atomsymbole M I. 7.a Atome mithilfe eines einfachen Kern-Hülle- Modells darstellen und Protonen, Neutronen als Kernbausteine benennen sowie die Unterschiede zwischen Isotopen erklären. Böden und Gesteine - Vielfalt und Ordnung Aus tiefen Quellen oder natürliche Baustoffe Streusalz und Dünger - wie viel verträgt der Boden 40

41 Schalenmodell und Besetzungsschema Periodensystem Atomare Masse, Isotope CR II. 2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. M II. 1 Aufbauprinzipien des Periodensystems der Elemente beschreiben und als Ordnungs- und Klassifikationsschema nutzen, Haupt- und Nebengruppen unterscheiden. M II. 7.a chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern-Hülle-Modells beschreiben. 41

42 6 Ionenbindung und Ionenkristalle Die Welt der Mineralien Leitfähigkeit von Salzlösungen Ionenbildung und Bindung Salzkristalle Chemische Formelschreibweise und Reaktionsgleichungen CR II. 1 Stoff- und Energieumwandlungen als Veränderung in der Anordnung von Teilchen und als Umbau chemischer Bindungen erklären. CR II.2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen M II. 2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). M II. 4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen /Strukturformeln, Isomere). Findet ständig statt. M II. 6 den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. Salzbergwerke Salze und Gesundheit 42

43 M II. 7.a chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern- Hülle-Modells beschreiben. 7 Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Oxidationen als Elektronenübertragungs-Reaktionen Reaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen Beispiel einer einfachen Elektrolyse CR II. 7 elektrochemische Reaktionen (Elektrolyse und elektrochemische Spannungsquellen) nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip als Aufnahme und Abgabe von Elektronen deuten, bei denen Energie umgesetzt wird E II. 3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. E II. 5 die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und umgekehrt von elektrischer in chemische Energie bei elektrochemischen Phänomenen beschreiben und erklären. Metalle schützen und veredeln Dem Rost auf der Spur Unedel dennoch stabil Metallüberzüge: nicht nur zum Schutz vom Korrosion 43

44 8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Die Atombindung/unpolare Elektronenpaarbindung Wasser-, Ammoniak- und Chlorwasserstoffmoleküle als Dipole Wasserstoffbrückenbindung Hydratisierung M II. 2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). M II. 5.a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären. M II. 5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals- Kräfte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen. In Organik vertiefen. M II. 6 den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. M II. 7.b mithilfe eines Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Struktur von Molekülen erklären. Wasser- mehr als ein einfaches Lösemittel Wasser und seine besonderen Eigenschaften und Verwendbarkeit Wasser als Reaktionspartner 44

45 9 Saure und alkalische Lösungen Reinigungsmittel, Säuren und Laugen im Alltag Ionen in sauren und alkalischen Lösungen Neutralisation Protonenaufnahme und Abgabe an einfachen Beispielen Stöchiometrische Berechnungen CR II. 5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen. CR II. 9.a Säuren als Stoffe einordnen, deren wässrige Lösungen Wasserstoff-ionen enthalten. CR II. 9.b die alkalische Reaktion von Lösungen auf das Vorhandensein von Hydroxidionen zurückführen. CR II. 9.c den Austausch von Protonen als Donator- Akzeptor-Prinzip einordnen. Anwendungen von Säuren im Alltag und Beruf Haut und Haar, alles im neutralen Bereich 10 Energie aus chemischen Reaktionen Beispiel einer einfachen Batterie Brennstoffzelle Alkane als Erdölprodukte Bioethanol oder Biodiesel Energiebilanzen CR I/II. 8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben Zukunftssichere Energieversorgung Mobilität die Zukunft des Autos Nachwachsende Rohstoffe Strom ohne Steckdose 45

46 CR II.11.b Prozesse zur Bereitstellung von Energie erläutern M II. 3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. E I. 7.b Vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen. E II.1 die bei chemischen Reaktionen umgesetzte Energie quantitativ einordnen. E II. 7 das Funktionsprinzip verschiedener chemischer Energiequellen mit angemessenen Modellen beschreiben und erklären (z. B. einfache Batterie, Brennstoffzelle). E II. 8 die Nutzung verschiedener Energieträger (Atomenergie, Oxidation fossiler Brennstoffe, elektrochemische Vorgänge, erneuerbare Energien) aufgrund ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile kritisch beurteilen. 46

47 11 Ausgewähltes Thema der org. Chemie Typ. Eigenschaften org. Verbindungen Van-der-Waals-Kräfte Funktionelle Gruppen : Hydroxyl- und Carboxylgruppe Struktur- Eigenschaftsbeziehungen Veresterung Beispiel eines Makromoleküles Katalysatoren CR II. 4 Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben. CR I/II. 6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe, Wassernachweis). CR II. 11.a wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern (z. B. Eisenherstellung, Säureherstellung, Kunststoffproduktion). CR II. 12 das Schema einer Veresterung zwischen Alkoholen und Carbonsäuren vereinfacht erklären M II. 2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). Der Natur abgeschaut Vom Traubenzucker zum Alkohol Moderne Kunststoffe 47

48 M II. 4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen /Strukturformeln, Isomere). Findet ständig statt. M II. 5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals- Kräfte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen. E II. 6 den Einsatz von Katalysatoren in technischen oder biochemischen Prozessen beschreiben und begründen. 48

49 6. Entwürfe von Unterrichtsgängen zum neuen Lehrplan Chemie SI und Vorschläge für Experimente 6.1 Stoffe und Stoffveränderungen Inhaltsfeld 1: Stoffe und Stoffveränderungen Verwendeter Kontext/Kontexte: Was ist drin? Wir untersuchen Lebensmittel/ Getränke und ihre Bestandteile Wir gewinnen Stoffe aus Lebensmitteln Wir verändern Lebensmittel durch Kochen oder Backen Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe Ca 15 h Was ist drin? Wir untersuchen Lebensmittel/ Getränke und ihre Bestandteile Unterscheidung verschiedener Lebensmittel, z.b.: Essig, Öl, Wasser, Mehl, Zucker, Salz, Zitronensäure, Backpulver, etc. - Was ist ein Stoff? - Wie kann man die Stoffe unterscheiden (Beschreibung), ordnen, eindeutig identifizieren? Diskussion, Planung, Durchführung und Auswertung von Experimenten zur Untersuchung und Identifizierung von Stoffen. Erstellen von Steckbriefen. M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M I. 2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. Farbe, Geruch, Löslichkeit, elektrische Leitfähigkeit, Aggregatzustände, Brennbarkeit). Methodische Hinweise: Gruppenarbeiten z.b. in Form eines kleinen Lernzirkels, Schülerübungen: Einführung der experimentellen Arbeitsweise Stoffeigenschaften von Reinstoffen: Aussehen (Farbe, Kristallform, Oberflächenbeschaffenheit), Geruch, Löslichkeit, (Härte, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Brennbarkeit...) Aggregatzustand bei Raumtemperatur Planung und Durchführung weiterer Experimente zur allgemeinen Unterscheidung von Stoffen (Härte, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Brennbarkeit...) PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. 49

50 Wasser als ganz besonderes Lebensmittel: Ermittlung/Diskussion der Siede- und Schmelztemperatur von Wasser (und ggf. von anderen Stoffen) Erläuterung von Aggregatzuständen und Übergängen zwischen Aggregatzuständen. Ggf. Thematisierung und Vertiefung: Mineralwasser (Löslichkeit von Salzen und Gasen) Einführung und Anwendung des Teilchenmodells: Teilchen erklären Beobachtungen: Modellversuch zur Teilchengröße (Alkohol/Wasser, Erbsen/Senfkörner) Hinweis: Dieses Modell ist stark vereinfacht Erklärung der Aggregatzustände und Zustandsänderungen sowie der Löslichkeit mithilfe des Teilchenmodells Diffusion (es bieten sich mehrere Versuche an) PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese PK 9 protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. (hier werden erste Grundlagen der Protokollführung gelegt) PB 4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. (hier werden erste Erfahrungen beim Umgang mit Gefahrstoffen gesammelt) M I. 2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. Schmelz- und Siedetemperatur, Aggregatzustände, ggf. Löslichkeit). E I. 2.a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen. E I. 2.b Siede- und Schmelzvorgänge energetisch beschreiben. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. M I. 6.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. M I. 5 die Aggregatzustandsänderungen unter Hinzuziehung der Anziehung von Teilchen deuten. M I. 6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. E I. 2.a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen. Aggregatzustand bei Raumtemperatur Schmelz- und Siedetemperatur Zustandsänderungen: (Schmelzen, Erstarren, Sieden, Kondensieren, Sublimieren, Resublimieren, Verdunsten) Ggf. Löslichkeit vertiefen Teilchenmodell/Einfache Teilchenvorstellung Brownsche Bewegung Diffusion 50

51 Dichte eine weitere Stoffeigenschaft: Einführung der Stoffeigenschaft Dichte unter Einbeziehung des Teilchensmodells, z.b. Cola/Cola-Light, Öl/Wasser, Wasser/Salzwasser, schwebendes Ei. Ausweitung der Thematik auf andere Stoffe, wie z.b. Metalle, Kunststoffe, Holz oder auch Gase. E I. 2.b Siede- und Schmelzvorgänge energetisch beschreiben. Methodische Hinweise: Einsatz neuer Medien zur Simulation von Vorgängen im Modell, Festigung von Teilchenvorstellungen durch selbst gebaute Modelle (z.b. mit Knetmasse, Ausschneidebögen) PE 10 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. M I. 2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren. M I. 6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. M I. 7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. Dichte Proportionalität Allgemeiner Hinweis: Neben der generellen Sicherheitseinweisung, die obligatorisch in jedem Schuljahr erfolgt, wird im Anfangsunterricht Chemie der Umgang mit Geräten, Chemikalien und Sicherheitsregeln beim Experimentieren ausführlich und wiederholend progressiv behandelt. Die konsequente Beachtung der Hinweise in den Gefährdungsbeurteilungen ist in jedem der nachfolgenden Experimente in den hier beschriebenen Unterrichtsgängen zu allen elf Inhaltsfeldern zu berücksichtigen. 51

52 Zeitbedarf ca 10 h Wir gewinnen Stoffe aus Lebensmitteln: Untersuchung von Gummibärchen, Müsli, Orangensaft, Milch, Cola, etc. Was ist ein Stoffgemisch? Woran erkennt man Stoffgemische Wie kann man Stoffgemische unterscheiden (Beschreibung) und ordnen? Extraktion von Ölen und Fetten aus Lebensmitteln (Nüsse, Wurst...) Auspressen und sieben/filtrieren von Orangensaft, Entsaften von Obst und Gemüse Destillation von Orangensaft zur Gewinnung von Orangensaftkonzentrat bzw. auch Destillation von Rotwein Ggf. Chromatographie von Lebensmittelfarben (Schokolinsen, Getränkekonzentrate) und Pflanzenfarbstoffen (z.b. Spinat oder Karotten) Stoffgemische im Teilchenmodell, in Ergänzung möglich: Legierung, Rauch, Nebel... (Modellvorstellung) In Ergänzung: Gewinnung von Salz aus Meerwasser oder Steinsalz (Versuch) Verwendete konzeptorientierte Kompetenzen M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M I. 2.a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren. M I. 3b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. M I. 6.b Einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. M I. 7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. E I. 2.a Energie gezielt einsetzen, um den Übergang von Aggregatzuständen herbeizuführen. Methodische Hinweise: SuS bearbeiten kleinere Forschungsaufträge (Mini-Projekte) z.b. Warum schwimmen manche Schokoriegel in Milch?, Ist das Testament eine Fälschung? Fachbegriffe: Stoffgemische: Lösung, Gemenge, Emulsion, Suspension Stofftrennverfahren: Extraktion, Sieben, Filtrieren, Destillation, Chromatographie Stoffgemische: Legierung, Rauch, Nebel Wir verändern Lebensmittel durch Kochen oder Backen: Herstellung von Kartoffelpuffern, kleinen PE 7 stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. PK 3 planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. CR I. 1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben. Physikalischer Vorgang und chemische Reaktion 52

53 Kuchen, Ketchup, Schokolade, Marmelade, Brause und anderen Getränken Beobachten und beschreiben von Veränderungen CR I. 1.b chemische Reaktionen an der Bildung von neuen Stoffen mit neuen Eigenschaften erkennen, und diese von der Herstellung bzw. Trennung von Gemischen unterscheiden. Methodische Hinweise: SuS erstellen z.b. Mind-Maps oder Lernplakate zum Vorkommen chemischer Reaktionen in ihrer Lebenswelt (z.b. im Haushalt, in der Kosmetik, in der Medizin, in der Technik) PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PB 11 nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. Kennzeichen chemischer Reaktion 53

54 6.2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Inhaltsfeld 2: Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen Verwendeter Kontext/Kontexte: Feuer und Flamme Verbrannt ist nicht vernichtet Brände und Brennbarkeit Die Kunst des Feuerlöschens Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen ca 14 h Feuer und Flamme Fettbrand zum Einstieg und evtl. Bilder zu Verbrennungen (Film) Strukturierung möglicher Inhalte: - Welche Stoffe brennen? - Woraus bestehen Flammen? - Voraussetzungen für Verbrennungen? - Möglichkeiten der Brandbekämpfung? - Wieso löscht Wasser Fettbrände nicht? - Untersuchung der Kerzenflamme - Wärmezonen der Kerze - Kamineffekt (LV) - Nur die Dämpfe/Gase brennen (LV) - Löschen der Kerzenflamme - Nachweis von Kohlenstoffdioxid als Verbrennungsprodukt - Verbrennung von Kerzenwachs als Stoffumwandlung unter Energiefreisetzung Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise CR I.1a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben. CR I. 2a Stoffumwandlungen herbeiführen. CR I. 2b Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsetzungen als chemische Reaktionen deuten. CR I/II. 6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen. E I. 1 chemischen Reaktionen energetisch differenziert beschreiben, z.b. mit Hilfe eines Energiediagramms E I. 3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Fachbegriffe Brände Flammenerscheinung Kohlenstoffdioxid Stoffeigenschaften Stoffumwandlung Chemische Reaktion Energieformen (Wärme, exotherm) Nachweisverfahren 54

55 Verbrannt ist nicht vernichtet Auch Metalle können brennen (Literaturarbeit: Feuerwerk, Großbrände/ Zeitungsartikel ) Versuche zur Synthese von Metalloxiden - Verbrennung von Kupfer-, Eisen- und Magnesium-Pulver - Verbrennen von Eisenwolle und Berücksichtigung quantitativer Effekte Mögliches Experiment: grobflächig in Elektroden eingespannte Eisenwolle kann elektrisch entzündet werden. Hinweis: Es wird hier vereinfacht von der Formel Fe0 ausgegangen. In Inhaltsfeld 4 findet die Erweiterung in Richtung Fe 20 3 statt. - Experiment: Kupferbriefchen/ Wortgleichung, Vertiefung des Kugelteilchenmodells und Transfer auf Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E I/II. 4 Energetische Erscheinungen bei exothermen chemischen Reaktionen auf die Umwandlung eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie in Wärmeenergie zurückführen, bei endothermen Reaktionen den umgekehrten Vorgang erkennen. CR I. 10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. Methodische Hinweise: Untersuchungen der Kerze unter Einsatz mehrerer kleinerer Schüler- und Demonstrationsexperimente PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. CR I. 3 den Erhalt der Masse bei chemischen Reaktionen durch die konstante Atomanzahl erklären. M I. 2.c Atome als kleinste Teilchen von Stoffen benennen. M I. 4 die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Metalle, Oxide). M I. 6.a einfache Atommodelle zur Beschreibung chemischer Reaktionen nutzen. CR I. 4 chemische Reaktionen als Umgruppierung von Atomen beschreiben. M I. 2.b Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung und Teilchen- Elemente und Verbindungen Zerteilungsgrad Massenerhaltungsgesetz Teilchenmodell Masse von Teilchen Metalle Analyse und Synthese Zündtemperatur Aktivierungsenergie Exo- und endotherme Reaktionen Oxidation 55

56 chemische Reaktionen - Vergleich unedler Metalle mit edlen Metallen (z.b. Vergleich von Magnesium und Kupfer) bei der Verbrennung, unterschiedliche Aktivierungsenergie - Rolle des Zerteilungsgrades bei Verbrennungen - Zerlegung eines Metalloxids (experimentell oder mittels Arbeitsblatt) Brände und Brennbarkeit Bedingungen für Verbrennungen: - Brennbarkeit des Stoffes - Zündtemperatur - Zerteilungsgrad - Zufuhr von Luft (genauer: Sauerstoff) - Sauerstoff als Reaktionspartner - Quantitative Zusammensetzung der Luft struktur ordnen. E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen. M I. 2.c Atome als kleinste Teilchen von Stoffen benennen. M I. 4 die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Metalle, Oxide). Methodische Hinweise: Forschend-entwickelnder Unterricht, dazu Veranschaulichung der eingesetzten Modelle zur chemischen Reaktion durch Computeranimationen oder z.b. der Nutzung von Legosteinen PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 7 stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. PK 4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PB 7 nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. CR I. 7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. E I. 6 erläutern, dass zur Auslösung einer chemischen Reaktion Aktivierungsenergie nötig ist, und die Funktion eines Katalysators deuten. CR I. 5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomanzahlenverhältnisses beschreiben und die Oxide Reaktionsschema (in Worten) 56

57 Die Kunst des Feuerlöschens Voraussetzungen für Brandbekämpfungen: - Unterdrückung der brandfördernden Faktoren, z.b. Sauerstoffentzug, Absenkung der Temperaturen, Wasserbenetzung usw. - Berücksichtigung Brandquelle und Löschverfahren. - Transfer der Erkenntnisse auf Brandschutzvorschriften und Maßnahmen an der Schule. Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse erläutern. E I. 3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E I. 5 konkrete Beispiele von Oxidationen (Reaktionen mit Sauerstoff) und Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen sowie deren Energiebilanz darstellen. E I. 6 erläutern, dass zur Auslösung einiger chemischer Reaktionen Aktivierungsenergie nötig ist und die Funktion eines Katalysators deuten. Methodische Hinweise: Bearbeitung im Lernzirkel möglich unter Einsatz experimenteller und materialbasierter Stationen PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PK 9 protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. PB 12 entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen. Methodische Hinweise: Projektarbeit oder Wettbewerb Bau eines Feuerlöschers Brandschutzmaßnahmen möglich, Einladung von Experten z.b. von der Feuerwehr, Recherchen zu modernem Brandschutz z.b. Beschichtungen von Flugzeugsitzen, ICE-Schnauzen und Präsentation als Journal Brandheiße Zeitung CO 2 -Löscher 57

58 - Ein Feuerlöscher für Haushalt und Schule - (Der Feuerlöscher mit Kohlenstoffdioxid als Löschmittel) -... PE 5 recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus. PK 3 planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PK 5 dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PB 2 stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 3 nutzen chemisches und naturwissenschaftliches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien, und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag. PB 4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. 58

59 6.2.1 Versuche Titel: Reaktion von Zink und Schwefel Klasse 7 Zeitbedarf: 10 Min. Erstellt am: Lehrerversuch Geräte: Dreifuß, Tondreieck, Gasbrenner Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Zinkpulver 5 g R 50/53 N S 60/61 Schwefelpulver 2,5,g Zinksulfid (Produkt) ca. 7,5 g Schwefeldioxid (Nebenprodukt) T R S 1/ /37/39-45 Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen, im Abzug arbeiten Aufbau: Durchführung: Man mischt in einer Porzellanschale 5 g Zink- und 2,5 g Schwefel-Pulver. Die Mischung wird in eine Magnesia-Rinne gegeben, die man auf ein Tondreieck legt. Man erhitzt das Gemisch anschließend mit dem Brenner an einem Ende der Magnesia-Rinne, bis die Reaktion einsetzt. Achtung: nicht in die helle Flamme schauen, sobald die Reaktion startet! Auswertung: Durch die Hitze der Brennerflamme wird das Gemisch zur Reaktion gebracht (Aktivierungsenergie). Zink- und Schwefel reagieren exotherm miteinander. Die frei werdende Energie zündet benachbartes Gemisch, sodass die Reaktion über die gesamte Magnesiarinne fortlaufen kann. 59

60 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: E-I.1. Chemische Reaktionen differenziert beschreiben. E-I.3. Erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Energie aufgenommen oder abgegeben wird. E-I.6. Erläutern, dass zur Auslösung einiger chemischer Reaktionen Aktivierungsenergie nötig ist und die Funktion eines Katalysators deuten. E-I/II.4. Energetische Erscheinungen bei exothermen chemischen Reaktionen auf die Umwandlung eines Teils der in Stoffen gespeicherten Energie in Wärmeenergie zurückzuführen, bei endothermen Reaktionen den umgekehrten Vorgang erkennen. prozessbezogene Kompetenzen: K-1. Argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. K-4. Beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggf. mithilfe von Modellen und Darstellungen. K-9. Protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. Entsorgung: Hausmüll Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für keine Substitution möglich Abzug Abzug keine Der Versuch ist durch die Freisetzung von Schwefeldioxid als möglichem Nebenprodukt und vor allem wegen des stark exothermen Verlaufs gefährlich. Lehrerversuch Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhandschuhe Abzug x x x geschlossenes System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaßnahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 60

61 Titel: Simulation einer Fettexplosion ( Friteusenbrand ) Klasse 7 Zeitbedarf: 10 Min. Erstellt am: Lehrerversuch Geräte: Porzellantiegel, Dreifuß mit Tondreieck, Gasbrenner, Spritzflasche Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Kokosfett oder Salatöl ca. 20 ml Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen. Sicherheitsabstand zwischen Lerngruppe und Versuchsaufbau von ca. 5 m beachten. Den Versuch im Freien durchführen. Aufbau: Durchführung: Man füllt das Öl bzw. Fett in den Tiegel und erhitzt es über der Brennerflamme bis es zunächst schmilzt, dann siedet und sich dann entzündet. Man löscht dann die Brennerflamme und entfernt den Brenner. Anschließend spritzt man aus der Spritzflasche aus sicherer Entfernung etwas Wasser in das Brennende Fett. Achtung: große Stichflamme! Auswertung: Das brennende Fett besitzt eine Temperatur von über 200 C. Spritzt man Wasser in das flüssige Fett, so sinkt es zunächst wegen seiner größeren Dichte unter das Fett. Bei der hohen Temperatur verdampft das Wasser aber sofort und reißt brennendes Fett mit in die Luft. Dort können die verteilten Fetttröpfchen gut mit Luftsauerstoff reagieren, sodass das hoch geschleuderte Fett schlagartig reagiert und eine Stichflamme entsteht. 61

62 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: CR-I.1.a Stoffumwandlungen beobachten und beschreiben CR-I.1.c Chemische Reaktionen von Aggregatszustandsänderungen abgrenzen. CR-I.2.b Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsätzen als chemische Reaktion deuten Mögliche prozessbezogene Kompetenzen: Eg-1. Beobachten und beschreiben Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. Eg-10. Stellen Zusammenhänge zwischen chemischen bzw. naturwissenschaftlichen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. B-13. Nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. Entsorgung: Fett ausbrennen lassen und Reste ggf. in den Spülstein geben. Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für keine Substitution möglich Sicherheitsabstand Sicherheitsabstand Gefahr durch spritzendes, brennendes Fett keine Lehrer: Demonstrationsversuch Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhandschuhe Abzug geschlossenes System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaßnahmen Weitere Maßnahmen Versuch im Freien durchführen x x x Datum Unterschrift: 62

63 6.3 Luft und Wasser Inhaltsfeld 3: Luft und Wasser Verwendeter Kontext/Kontexte: - Luft zum Atmen - Treibhauseffekt durch menschliche Eingriffe Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe 10 h Hinweis: Die Zusammensetzung der Luft, Kohlenstoffdioxid, Stickstoffoxid und Schwefeldioxid als Verbrennungsprodukte, Treibhauseffekt und Luftverschmutzung könnten bereits innerhalb des Fachlichen Kontextes Brände und Brandbekämpfung behandelt worden sein. Daher ggf. sinnvolle Absprache/Planung nötig! (Neueinführung bzw. Vertiefung von Inhalten) Luft zum Atmen Bestandteile der Luft: Stickstoff, Sauerstoff, Edelgase, Wasserdampf Treibhauseffekt durch menschliche Eingriffe: Warum soll 2009 eine CO 2 -Steuer eingeführt werden? (aktuelle Zeitungsmeldungen) Die unten aufgeführten Inhalte bieten sich unter dem verwendeten Kontext an, sind aber Unter dem neuen Lehrplan nicht mehr verpflichtend. Nichtmetalloxide als Verbrennungsprodukte: - Kohlenstoffdioxid, Eigenschaften und Nachweismöglichkeit - Schwefeldioxid, Entstehung, Eigenschaften und Nachweismöglichkeit E I. 8 beschreiben, dass die Nutzung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung einhergeht mit der Entstehung von Luftschadstoffen und damit verbundenen negativen Umwelteinflüssen (z. B. Treibhauseffekt, Wintersmog). E I. 7.a Das Prinzip der Gewinnung nutzbarer Energie durch Verbrennungen erläutern. CR I. 10 Das Verbrennungsprodukt Kohlenstoffdioxid identifizieren und dessen Verbleib in der Natur diskutieren. CR I. 7.a Verbrennungen als Reaktionen mit Sauerstoff (Oxidation) deuten, bei denen Energie freigesetzt wird. M I. 4 Die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid). CR I. 9 Saure (und alkalische) Lösungen mit Hilfe von Indikatoren Luftzusammensetzung Luftverschmutzung Die klassische Schwefelchemie ist weggefallen. Treibhauseffekt Nachweisreaktionen 63

64 - Stickstoffoxide, Eigenschaften Stickstoff Saurer Regen: - Auswirkungen auf Bauwerke, Pflanzen (Auswertung von Bild- und Filmmaterial) - Auswirkungen auf Gewässer (Übersäuerung) Problematisch, da die Nichtmetalloxide raus sind. Exemplarisches Arbeiten bei der Luftverschmutzung mit dem Treibhauseffekt durch das CO 2 reicht aus. Vertiefung des sauren Regens ist in IF 9 möglich nachweisen. Methodische Hinweise: Einstieg Dicke Luft im Revier? durch z.b. Kärtchen clustern, Zeitungsartikel/ Tabellen auswerten, außerschulische Experten befragen, Umfragen machen; Arbeitsteilige Gruppenarbeit zu den Luftbestandteilen mit anschließender Expertenrunde, fächerübergreifende Projekte mit Biologie und Erdkunde möglich, Vertiefungen zum Treibhauseffekt durch altersgerechte Filmbeiträge oder andere Medien PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 6 wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 2 vertreten ihre Standpunkte zu chemischen Sachverhalten und reflektieren Einwände selbstkritisch. PK 5 dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PK 7 beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien. PB 9 beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. Luftverschmutzung, saurer Regen Inhaltsfeld 3: Luft und Wasser Verwendeter Kontext/Kontexte: - Bedeutung des Wassers als Trink- und Nutzwasser - Gewässer als Lebensräume 64

65 Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe ca 12 h Bedeutung des Wassers als Trink und Nutzwasser Einstieg: Wasser ist Leben? Wo und wie begegnet uns Wasser? Salz-, Süßwasser, Trinkwasser Wasserkreislauf Aggregatzustände und ihre Übergänge Wasser kommt selten allein: - Untersuchung von Wasserproben (Geruch, Sichtprobe, Wasserhärte, Mineralien), - Löseversuche mit Wasser, Untersuchung von Mineralwasser Massenprozent Hinweis: Möglicher Rückgriff auf die Destillation Volumenprozent Trinkwasser: Gewinnung, Verteilung, Verbrauch und Aufbereitung - Besuch einer Kläranlage; - Bau eines Kläranlagenmodells, evtl. - Besuch des Wassermuseum Aquarius Kann man Wasser selber machen? Woraus besteht Wasser? M I. 7.b Lösevorgänge und Stoffgemische auf der Ebene einer einfachen Teilchenvorstellung beschreiben. M I. 3.b Stoffeigenschaften zur Trennung einfacher Stoffgemische nutzen. M I. 4 Die Teilchenstruktur ausgewählter Stoffe/Aggregate mithilfe einfacher Modelle beschreiben (Wasser, Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid). CR I/II. 6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Glimmspanprobe, Knallgasprobe, Kalkwasserprobe, Wassernachweis). CR I/II. 8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben. Konzentrationsangaben Lösungen und Gehaltsangaben Trennverfahren (Filtration, Sedimentation) Abwasser und Wiederaufbereitung Elektrolyse von Wasser Synthese von Wasser Glimmspanprobe und Knallgasprobe Wasser als Oxid (Analyse und Synthese) 65

66 Anwendung der chemischen Zeichensprache anhand der Ergebnisse einer quantitativen Wassersynthese CR I.5 Chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- (und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomzahlenverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomzahlverhältnisse) erläutern Reaktionsgleichung Gewässer als Lebensräume - Wie kommen die Fische im Wasser an Sauerstoff? - Enthält Wasser gelöste Luft? - Einfluss der Temperaturerhöhung auf die Wasserqualität Untersuchung eines Gewässers (z.b. Schulteich) im Rahmen eines Projektes in Zusammenhang mit dem Fach Biologie Hinweis: Untersuchungen verschiedener Parameter im Bereich Chemie mit Teststäbchen Hinweis: Bezug zum sauren Regen im Bereich Biologie: Bestimmung von Pflanzen und Tieren in und am Gewässer Chemische und biologische Beurteilung der Gewässergüte Methodische Hinweise: Einstieg mit Mind-Map Wasser in unserer Lebenswelt / Fotomaterial/ Artikel Verbot für Dihydrogenmonoxid ; Wasseruntersuchungen in Schülerversuchen (Wasseranalysekoffer) auch in Hausaufgaben; Besuch außerschulischer Lernorte z.b. einer Kläranlage; fächerübergreifende Projekte mit Biologie (Gewässer als Lebensräume) oder Politik (Trinkwasserversorgung in der dritten Welt) möglich PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PB 9 beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. Wiederholung/Vertiefung/ Anknüpfung Themenbereich Luft Konzentrationsangaben Lösungen und Gehaltsangaben Wasserhärte und die Trinkwasseraufbereitung als obligatorische Inhalte sind weggefallen. 66

67 PB 10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. 67

68 6.3.1 Versuche Titel: Zusammensetzung der Luft ( Kolbenproberversuch ) Klasse 7 Zeitbedarf: 20 Min Erstellt am: Schülerversuch Geräte: 2 Kolbenprober, Stativmaterial, Quarzrohr mit durchbohrten Stopfen, 2 Glasröhrchen, Dreiwegehahn, Standzylinder mit Glimmspan, Gasbrenner Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Eisenwolle ca. 100 g Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Aufbau: Durchführung: Die Apparatur wird wie in der Abbildung zusammengesetzt. Das Quarzrohr wird mit Eisenwolle vollständig gefüllt. Durch den Dreiwegehahn werden 100 ml Luft in einen Kolbenprober gesogen. Der Dreiwegehahn wird so eingestellt, dass die Luft von einem Kolbenprober in den anderen gedrückt werden kann. Man erhitzt die Eisenwolle kräftig und drückt dann die Luft nun über die erhitzte Eisenwolle. Dies wird solange wiederholt, bis keine Veränderung mehr zu erkennen ist. Nach dem Abkühlen der Apparatur liest man das Volumen an Gas in einem Kolbenprober ab. Anschließend wird das Gas über den umgelegten Dreiwegehahn in den Standzylinder gedrückt. In das Gas wird ein brennender Glimmspan eingetaucht. Auswertung: Die erhitzte Eisenwolle reagiert mit dem Sauerstoff der Luft. Die zunächst graue Eisenwolle glüht dabei auf und verfärbt sich blau-schwarz. Nach dem Abkühlen der Apparatur liest man ein Restvolumen von ca. 80 ml ab. Das Restgas erstickt die Glimmspanflamme. Luft besteht zu ca. 80 % aus Stickstoff und zu ca. 20 % aus Sauerstoff. 68

69 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: CR-I.1.b Chemische Reaktionen an der Bildung von neuen Stoffen mit neuen Eigenschaften erkennen, und diese von der Herstellung bzw. Trennung von Gemischen unterscheiden. CR-I.2.a Stoffumwandlungen herbeiführen. prozessbezogene Kompetenzen: Eg-4. Führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. Eg-8. Stellen Hypothese auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten aus und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. Entsorgung: Hausmüll Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für keine Substitution erforderlich nicht nötig nicht nötig besteht nicht Gefahr der Verbrennung bei Kontakt mit den heißen Geräten Schüler Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhandschuhe x X Abzug geschlossenes System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaßnahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 69

70 6.4 Luft und Wasser Inhaltsfeld 4: Metalle und Metallgewinnung Verwendeter Kontext/Kontexte: - Das Beil des Ötzi - Vom Eisen zum Hightechprodukt Stahl - Schrott - Abfall oder Rohstoff Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptorientierte Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe ca. 15 h Das Beil des Ötzi Folie des Ötzi mit Kupferaxt oder: Internetrecherche zu Ötzi oder: Video: "Ötzi" - Der Mann aus dem Eis, 27 min f VHS-Videokassette D; I 1999, Nummer: (Medienzentren) Können Schüler des 7/8.Jahrgangs Kupfer herstellen wie vor 5000 Jahren? (Versuchsplanung) Gebrauchsmetalle Analyse von Malachit Versuch: Kupfergewinnung durch Reaktion von schwarzem Kupferoxid mit Kohlenstoff Variation der Reaktionsbedingungen d.h. der Mengen der eingesetzten Edukte um zum bestmöglichen Ergebnis zu kommen Gesetz der konstanten Massenverhältnisse M I.1b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente, z.b. Metalle, Nichtmetalle, Verbindungen, z.b. Oxide, Salze und organische Verbindungen CR I.5 Chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wort- und evtl. in Symbolformulierungen unter Angabe des Atomzahlen-verhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomzahlverhältnisse erläutern CR I.7.b Redoxreaktionen nach dem Donator-Akzeptor Prinzip als Erze chemische Reaktion, Ausgangsstoff, Reaktionsprodukt, endotherme Reaktion, Kalkwasserprobe, Nichtmetalloxid, Metalloxid Oxidation, Reduktion, Redoxreaktion, Oxidationsmittel, Reduktionsmittel, exotherme Reaktion, Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen 70

71 Reaktion deuten, bei denen Sauerstoff abgegeben und vom Reaktionspartner aufgenommen wird. E I.5 Konkrete Beispiele von [Oxidationen (Reaktionen mit Sauerstoff) und] Reduktionen als wichtige chemische Reaktionen benennen [sowie deren Energiebilanz qualitativ darstellen] E I.7b Vergleichende Betrachtung zum Energieumsatz durchführen Kupferofen Ägypten CR I.11 Kenntnisse über Reaktionsabläufe nutzen, um die Gewinnung von Stoffen zu klären (z.b. Verhüttungsprozess) Verhüttung Kupferkreislauf CR II.10 einen Stoffkreislauf als eine Abfolge verschiedener Reaktionen deuten. Methodische Hinweise: Einstieg über geeignetes Filmmaterial, Herleitung des Gesetzes der konstanten Massenverhältnisse durch Auswertung parallel durchgeführter Schülerversuche mit variierten Ausgangsbedingungen mittels graphischer/ mathematischer Methoden (linearer Zusammenhang) PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PK 6 veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln. Stoffkreislauf 71

72 PB 8 beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells. Vom Eisen zum Hightechprodukt Stahl - Thermitverfahren - Hochofenprozess Hinweis: Formel von Eisenoxid Fe 20 3 Ggf. Rosten (wird im Kontext Metalle schützen und veredeln aufgegriffen ) CR II.11.a wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern (z. B. Eisenherstellung, Säureherstellung, Kunststoffproduktion) M II.3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften [zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und] zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. Thermitverfahren, Aluminium Chemische Vorgänge im Hochofen, Roheisen; Gebrauchsmetalle langsame Oxidation Eine Welt voller Metalle: Die beim Thema Metallgewinnung selbst hergestellten bzw. kennen gelernten Metalle werden in ihren Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten verglichen. Schrott Abfall oder Rohstoff Erzbergwerk oder Handy? Der wertvolle Schrott von heute und sein Recycling Stoffkreislauf des Kupfers und des Eisens Mit alten Handys Menschen helfen M I. 1.b Ordnungsprinzipien für Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften und Zusammensetzung nennen, beschreiben und begründen: Reinstoffe, Gemische; Elemente (z. B. Metalle, Nichtmetalle), Verbindungen (z. B. Oxide, Salze, organische Stoffe). M II.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. erkennen]. CR II.10 einen Stoffkreislauf als eine Abfolge verschiedener Reaktionen deuten. Methodische Hinweise: Gruppenpuzzle zur Gewinnung und Weiterverarbeitung von Roheisen, Diskussionsrunde zu Recyclingfragen/ Nachhaltigkeit, dabei keine eigenständigen Recherchen, sondern sorgsam ausgewählte, adressatengerechte Materialien vorgeben PE 6 Härte, metallischer Glanz, Leitfähigkeit, Aggregatzustände, Dichte, Verformbarkeit, Siede-, Schmelztemperatur, Brennbarkeit, Magnetismus, Legierungen, edle und unedle Metalle Recycling Stoffkreislauf 72

73 wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 3 planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PB 2 stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 13 diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung. 73

74 6.4.1 Versuche Dichte von Metallen Klasse: 7 Zeitbedarf: passt in eine Stunde Erstellt am: Schülerversuch Geräte: Getränkedosen, Bechergläser, Messzylinder oder Kunststoffspritzen mit Verbinder, Waage, (Blech)schere, Lineal, Schmirgelpapier feine Körnung Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Wasser 50mL Aluminiumwürfel Zinkspäne oder Zinkfeile Getränkedosen 1cm³ 1g Scharfe Ränder! Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Solltest du die Getränkedosen zerkleinern, achte darauf, dass du dich nicht an den scharfen Kanten schneidest. Umwickle sie mit Papier und bitte den Lehrer, dir beim Entgraten mit Schmirgelpapier zu helfen. Aufbau: Zur Volumenbestimmung wird ein Metallkörper in ein vorgegebenes Volumen Wasser getaucht und die Differenz des Wasserstandes bestimmt. Ist das Metallstück sehr klein, kann man eine hohe Messgenauigkeit mit Hilfe von zwei Spritzen erreichen. Dazu verbindet man eine 50mL Spritze und eine 1mL z.b. über einen Dreiwegehahn oder Verbinder. Aus der 50mL-Spritze entfernt man den Stempel und befüllt sie bis zur 20mL Marke mit Wasser. Dann taucht man eine kleines Metallstück und bringt mit Hilfe der zweiten Spritze den Wasserstand wieder auf das Ausgangsniveau. Durchführung: Versuch 1 Wiederholung zur Dichte Bestimme die Dichten der drei Metallwürfel, vergleiche sie und unterscheide zwischen Leicht- und Schwermetallen (s. Buch) Masse [g] Zink (Zn) Aluminium (Al) Eisen (Fe) Volumen [cm 3 ] Dichte [g/cm 3 ] Leicht- oder Schwermetall Versuch 2 wie ging das nochmal?! Bestimme die Dichte der Zn-Feile. Um das Volumen des unregelmäßigen Körpers zu bestimmen, füllst du die Spritze mit Wasser und gibst die Zn-Feile hinzu. Das Volumen ergibt sich aus der Differenz der beiden Wasserstände vorher - nachher. Beachte: 1ml 1 cm 3. 74

75 Masse [g] Volumen [cm 3 ] Dichte [g/cm 3 ] Zink (-Feile) Vergleiche die Dichte für Zink mit der, die du im ersten Versuch erhalten hast. Überlege die, woher eventuelle Abweichungen des Wertes kommen können. Versuch 3 Finde nun heraus, welche der Dosen aus Aluminium und welche aus Weißblech (Dichte 7,8 g/cm³) ist. Achte darauf, dass sich niemand an den scharfen Kanten der Dosen verletzt, umwickle sie mit einem Tuch, wenn du die Dosen zerkleinern willst. Auswertung: Informiere dich über die Energieblianz einer Aluminiumdose unter oysa3cvcubcp0gs Beachte dabei, wer der Urheber der Studie ist und versuche noch eine andere Quelle zu finden, die du auswerten kannst 75

76 konzeptbezogene Kompetenzen: Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Basiskonzept Struktur der Materie: I.1-3 prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E1 bis 8 Kompetenzbereich Kommunikation: K1, 3, 5 Kompetenzbereich Bewertung: B.1, 5, 9, 11, 13 Entsorgung: Restmüll Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für nicht erforderlich Mindeststandard Mindeststandard keine Schnittverletzungen möglich S I Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 76

77 Kupferherstellung wie vor 3000 Jahren Klasse 7 Zeitbedarf: Erstellt am: Schülerversuch Geräte: Hammer, Papiertuch, Mörser, Pistill, Reagenzglas, Reagenzglasklammer, Brenner, Waage, Lupe Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Malachit 0,2g s. Kupfercarbonat oder Kupfer(II)-carbonat basisch 0,2g oder Kupfer(II)-oxid 0,2g Aktivkohle gekörnt 0,1g Xn Xn R22 R22-50/53, S Sicherheitshinweise: Aufbau: Schutzbrille tragen, Reagenzglas quer einspannen Durchführung: 1. Wickle den Malachitstein in das Handtuch und schlage mit dem Hammer ein Stück ab. 2. Dieses wird zerkleinert und gemörsert. 0,2g des Pulvers werden in ein schwer schmelzbares Reagensglas gefüllt und mit 0,1g Aktivkohle bedeckt. Erhitze das Gemenge bis zur Rotglut halte dabei das Reagenzglas sehr schräg. 3. Nimmt das Reagenzglas dann aus der Flamme. 4. Notiere die Beobachtungen. (Was passiert beim Erhitzen, was wenn man das Gemisch aus der Flamme nimmt?) 5. Untersuche den Inhalt nach dem Abkühlen und notiere erneut deine Beobachtungen. (Eventuell musst Du das Reagenzglas in ein Papiertuch wickeln und es mit dem Hammer zerschlagen). 6. Räume alle Geräte zurück, gib die Reste der Chemikalien in den dafür vorgesehene Behälter. Auswertung: 77

78 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Analog zum hier vorgestellten Versuch kann man als Vorversuch auch Kupferoxid mit Eisen reduzieren. Der Versuch läuft stark exotherm ab und bisweilen deformieren sich dabei die Reagenzgläser. Man sieht nach dem Abkühlen deutlich rote Kupferstücke fest verbacken mit den nicht verbrauchten Edukten sowie dem Eisenoxid. Dies führt zur Frage der Optimierung des Versuchs. Anstelle von Malachit kann man Kupfercarbonat verwenden, welches man aus Kupfersulfatabfällen selbst herstellen kann s. z.b. Will man dies nicht, so kann man Kupferoxid als Edukt einsetzen. Die angebenden Massen sind nicht stöchiometrisch es bleibt immer Aktivkohle übrig. konzeptbezogene Kompetenzen: Basiskonzept chemische Reaktion: I.1, I.2, I.5, I.6, I.8, I.12 Basiskonzept Struktur der Materie: I.1, I.2 Basiskonzept Energie: I.3, I.4, I.5 prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E1, 2, 4, 9 Kompetenzbereich Kommunikation: K1, 3, 5 Kompetenzbereich Bewertung: B 4,5,10 Entsorgung: Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für nicht erforderlich Mindeststandard Mindeststandard keine sehr heißes Reagenzglas SI Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 78

79 Oxidation und Reduktion von Kupfer Klasse 7 Zeitbedarf: Erstellt am: Schülerversuch Geräte: Schere, Tiegelzange, Brenner Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Kupferblech ca cm² Aktivkohle 1g - Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen Aufbau: Durchführung: Schneide aus einer Kupferfolie ein Quadrat von ca. 10 cm Seitenlänge, schneide die Ecken mit einer Schere ein und falte es zu einer flachen Schachtel. Halte sie mit der Tiegelzange in die rauschende Brennerflamme bis sie glüht und lasse sie an der Luft abkühlen was kannst du beobachten? Bedecke nun den Boden mit Aktivkohle und erhitze erneut. Lasse die Schachtel abkühlen, ohne sie zu schütteln schütte die Kohle erst nach dem Abkühlen aus. Was siehst du? Auswertung: 79

80 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Bei diesem Versuch handelt es sich um einen Vorversuch zur Darstellung Kupfer, den man gut einbauen kann, wenn man zunächst Kupferoxid mit Eisen reduziert hat und dann überlegen will, wie man den Versuch optimieren kann. konzeptbezogene Kompetenzen: Basiskonzept chemische Reaktion: I.1, I.2, I.5, I.6, I.8, I.12 Basiskonzept Struktur der Materie: I.1, I.2 Basiskonzept Energie: I.3, I.4, I.5 prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E1, 2, 4, 9 Kompetenzbereich Kommunikation: K1, 3, 5 Kompetenzbereich Bewertung: B 4,5,10 Entsorgung: Blech wiederverwenden! Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für nicht erforderlich Mindeststandard Mindeststandard keine heißes Kupferblech S I Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 80

81 6.5 Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Inhaltsfeld 5: Elementfamilien, Atombau und Periodensystem Verwendeter Kontext/Kontexte: - Streusalz und Dünger - wie viel verträgt der Boden? - Aus tiefen Quellen oder natürliche Baustoffe Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Konzeptbezogene Kompetenzen Ca. 6 h Streusalz und Dünger wie viel verträgt der Boden Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe Einstieg über Experimente zum Wachstum von Kresse unter verschiedenen Bedingungen (evtl. Hausaufgabe) Präsentation der Ergebnisse in Form von Bildserien Vergleich der Ergebnisse und/bzw. Einflussfaktoren z.b. Licht, Wassermenge, Temperatur, Dünger Erste Möglichkeiten einer Fehleranalyse Evtl. in einer zweiten Versuchsreihe Variation der Düngermenge Auswirkungen des Zuviel oder Zuwenig auf das Pflanzenwachstum. Einführung einer Vorstellung vom Begriff der Konzentration als Teilchenanzahl pro Volumeneinheit Hinweis: Kenntnisse der Stoffmenge hier nicht erforderlich. Unterscheidung von Düngerarten in natürlich (Gülle, Mist, Gründünger) und künstlich (z.b. Kalisalze). Anhand der Frage des Abbaus von Methodische Hinweise: Die SuS planen vergleichende Wachstumsexperimente und führen diese z. B. auch in Form von Hausaufgaben durch, Recherche zur Belastung von Trinkwasser durch Dünger (z. B. Säuglingsblausucht ) möglich PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. Variation der Reaktionsbedingungen Konzentration Verschiedene Düngerarten Natürlicher Kreislauf 81

82 Düngemitteln den natürlichen Kreislauf auf einfachem Niveau erarbeiten. Erarbeitung der Gefahren der Überdüngung auf Böden / Grundwasser Hinweis: Rückgriff auf Inhaltsfeld 3: z.b. Auslaugen von Böden, überhöhtes Algenwachstum PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PB 6 binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. PB 12 entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. Überdüngung Ca 15 h Aus tiefen Quellen Mineralwasserflasche (Etikettierung mit ca. sechs Ionen, Na +, K +, Ca 2+, Mg 2+, F -, Cl - ) werden Schülern präsentiert. Hinweis: Ionenbegriff wird hier nicht eingeführt. Inhaltsstoffe auflisten, sammeln, ordnen anhand der Ladungen (Bildung von Familien) ohne den Begriff Ladung bereits hier einzuführen. Elementbegriff als Atomsorte herausstellen; Einführung in die Vielzahl der Elemente: Elementnamen, Symbole, Herkunft (z.b. Elementesong) Rückgriff auf die Etiketten: Erweiterung der drei bislang gebildeten (Element-)Familien offensichtlich notwenig aufgrund der Vielzahl der Elemente Historischer Rückblick: Entdeckung und Aufbau des PSE; Zuordnung und Benennung der drei Gruppen Alkali-, Erdalkalimetalle und Halogene Konfrontation mit dem Element Natrium als Metall und Entwicklung der Problemfrage Wo ist das Metall im Mineralwasser? M II. 1 Aufbauprinzipien des Periodensystems der Elemente beschreiben und als Ordnungs- und Klassifikationsschema nutzen, Haupt- und Nebengruppen unterscheiden. Atome Elementsymbole Elementfamilien PSE Alkalimetalle Erdalkalimetalle Halogene Die Bearbeitung von drei Hauptgruppen (Alkali- oder 82

83 zur Verdeutlichung der notwendigen Unterscheidung von letztlich geladenen und ungeladenen Teilchen des gleichen Elementes. Demonstration des Versuchs Natrium in Wasser Schülerexperiment: Flammenfärbung von Natrium, Kalium und Lithium Steckbrief der Alkalimetalle Erdalkalimetallen, Halogenen und Edelgasen) ist nicht mehr verbindlich. Flammenfärbung Demonstration der Experimente Lithium und Kalium in Wasser. Vergleich der Eigenschaften führt zur Frage des unterschiedlichen Aufbaus. Erweiterung des Teilchen-Modells (eingeführt in Inhaltsfeld 2) zum differenzierten Atommodell - Rutherford entdeckt den Atombau - Der Atomkern - Die Atomhülle Kern-Hülle Modell und Elementarteilchen (Protonen, Elektronen, Neutronen), Isotope Übungen zur Beschreibung! Schalenmodell, Umgang mit dem PSE M I. 7.a Atome mithilfe eines einfachen Kern-Hülle-Modells darstellen und Protonen, Neutronen als Kernbausteine benennen sowie die Unterschiede zwischen Isotopen erklären. CR II. 2 Mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. M II. 1 Aufbauprinzipien des Periodensystems der Elemente beschreiben und als Ordnungs- und Klassifikationsschema nutzen, Haupt- und Nebengruppen unterscheiden. M II. 7.a chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern-Hülle-Modells beschreiben. Methodische Hinweise: Wesentlich in diesem Lehrgang ist ausgehend von den Hinweisen auf den Etiketten von Mineralwasserflaschen die gesamte Entwicklung zum Elementeigenschaften - Steckbrief Teilchen-Modell Atommodell Rutherfordscher Streuversuch Radioaktivität, Strahlung, Atomkern, Atomhülle, Schalen und Besetzungsschema, Edelgasregel Atomare Masse Elektronen, Neutronen, Protonen Isotope 83

84 Elementbegriff, PSE und zum differenzierten Atombau für die SuS eigenständig nachvollziehbar zu gestalten. Dabei sind folgende Medien und Konzepte hilfreich: Analyse des Elementesongs ( The Elements by Tom Lehrer), Kartenpuzzle zum PSE (Ideen von Mendelejew und Meyer selbstständig nachgespielt), Gruppenpuzzle zum Atombau: Literaturhinweis: Leerhoff, Gabriele; Eilks, Ingo:. In: Praxis Schule 5-10, 5/13 (2002), Expertengruppe A: Rutherford entdeckt den Atombau Expertenrunde B: Der Atomkern Expertenrunde C: Die Atomhülle Übung und Festigung im Umgang mit dem Schalenmodell anhand von Spielen, Quiz, PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PE 10 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 3 planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PB 5 benennen und beurteilen Aspekte der Auswirkungen der Anwendung chemischer Erkenntnisse und Methoden in historischen und gesellschaftlichen Zusammenhängen an ausgewählten Beispielen. PB 7 nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. 84

85 Rückgriff auf das Experiment Natrium in Wasser und die Unterscheidung von geladenen und ungeladenen Teilchen desselben Elementes: Nachweis für das geladene Teilchen in der Lösung: Untersuchung der Leitfähigkeit in der Reaktionslösung von Natrium in Wasser im Vergleich zu reinem Wasser Natrium liegt nicht mehr in einer elementaren Form vor, somit Rückgriff auf die Mineralwasserflasche (-> Na + ) Methodische Hinweise: Medienkritik und ggf. Recherche: Werbung Wasser natriumarm PK 8 prüfen Darstellungen in Medien hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit. 85

86 6.5.1 Versuche Düngemittel im Test Klasse 8 Zeitbedarf: groß Erstellt am: Schülerversuch Geräte: Petrischalen, Watte Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Kressesamen Wasser Ammoniumnitrat di-ammoniumhydrogenphosphat Kaliumsulfat Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen O R 8-9 S Aufbau: Watte mit Wasser bzw. Salzlösung Durchführung: 1. Säe in verschiedenen Petrischalen Kressesamen aus. Lass sie an einem warmen, hellen Standort keimen. 2. Stelle aus den angegebenen Salze Modell-Düngemittel-Lösungen her. 3. Befeuchte die Watte in einer Schale mit dest. Wasser, in den übrigen Schalen jeweils mit den vorhandenen Salzlösungen. Auswertung: 1. Notiere deine Beobachtungen und erkläre sie. 2. Plane einen Kurzzeitversuch zur Überprüfung deiner Hypothesen. 3. Der Einsatz von Streusalz im Winter gilt als problematisch überlege, welche Folgen für Baumbestand und Zierpflanzen entstehen. 86

87 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: Chemische Reaktion: CR II.10 prozessbezogene Kompetenzen: Erkenntnisgewinn: E 1, 3, 4, 5, 6, 8, 9, 11 Kommunikation: K 4, 5, 7, 9 Bewertung: B 5, 7, 9, 12 Entsorgung: - Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung - Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen - Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen - Brandgefahren sonstige Gefährdungen - Versuch möglich für Schüler Schutzmaßnahmen: Ammoniumnitrat nicht mit brennbaren Stoffen vermischen, vor Hitze und Zündquellen schützen TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen X X X Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 87

88 6.6 Ionenbindung und Ionenkristalle Inhaltsfeld 6: Ionenbindung und Ionenkristalle Verwendeter Kontext/Kontexte: Salze und Gesundheit Salzbergwerke Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Ca 8 h Salze und Gesundheit: Schweiß - Verlust von Salz, Leitfähigkeit verschiedener Lösungen - Leitungswasser - Destilliertes Wasser - Meerwasser - Isostar - Mineralwasser - Zuckerwasser Versorgung des Körpers mit Mineralstoffen Warum leiten manche Lösungen den elektrischen Strom, andere nicht? Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den verschiedenen Lösungen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise M II. 2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). Fachbegriffe Elektrolyt Leitfähigkeit Salze, Salzkristalle Leitfähigkeit von Salzlösungen Aufbau von Atomen und Ionen: Werbung Wasser natriumarm Hinweis: Rückgriff auf Inhaltsfeld 5 Unterscheidung zwischen Atom und Ion Basteln von Atomen und Ionen Reaktion von Natrium und Chlor (flash- CR II. 1 Stoff- und Energieumwandlung als Ver-änderung in der Anordnung von Teilchen und als Umbau chemischer Bindungen erklären. M II. 4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe Ionen als Bestandteil eines Salzes Ionenbindung und -bildung 88

89 Animation der Uni Wuppertal) Entwicklung der Reaktionsgleichung Formelschreibweise einüben Salzbergwerke: mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen /Strukturformeln, Isomere). CR II.2 Mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. Chemische Formelschreibweise und Reaktionsgleichungen Die experimentelle Herleitung einer Verhältnisformel entfällt. Ca 6 h Entstehung von Salzlagerstätten z.b. mit Bezug zu Calciumchlorid und Natriumcarbonat Löslichkeit von Salzen - Sättigung - Ausfällung von Salzen in einer gesättigten Lösung Aufbau, Bestandteile und Namen von Salzen (-id): Metall Halogen und Erweiterung Metall Nichtmetall Geschichte des Salzes als Lebenskristall Konservierende / giftige Wirkung von Salzen im Vergleich zur notwendigen Versorgung mit Mineralstoffen. M II. 7.a chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern- Hülle-Modells beschreiben. CR I. 5 chemische Reaktionen durch Reaktionsschemata in Wortund evtl. Symbolformulierungen unter Angabe des Atomanzahlverhältnisses beschreiben und die Gesetzmäßigkeit der konstanten Atomanzahlverhältnisse erläutern. CR II. 5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen. M II. 6 den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären. Methodische Hinweise: Experimentelle Untersuchungen von Salzen und Salzlösungen können in Schülerversuchen selbstständig durchgeführt werden. Entwicklung und Festigung des Ionen- und Ionenbindungsbegriffes sollte medial vielfältig unterstützt werden z. B. durch Animationen (z.b. flash-animation der Reaktion von Natrium und Chlor der Uni Wuppertal), Analyse des Liedes NaCl von, das Basteln von Atom Anion, Kation, Ionenladung (+/-) Kern (Protonen/Neutronen) Hülle / Schalen (Elektronen) Meersalz, Siedesalz, Steinsalz Mineralstoffe Spurenelemente Für die Erarbeitung von Elektronenübertragungsreaktionen ist als Beispiel die Reaktion von Metallen mit Halogenen nicht mehr verbindlich. 89

90 Atomen und Ionen z.b. mit Knetmasse und Streichhölzern, Darstellung der Reaktionsschritte bei der Bildung des Ionengitters als Filmsequenz z.b. im Daumenkino, Nutzung von Rätsel und Lernspielen zur Festigung des Aufstellens von Reaktionsgleichungen Zudem können die vielfältigen Aspekte rund um das Thema Salz z.b. in Form eines Museumsganges erarbeitet und präsentiert werden. PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 10 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 3 planen, strukturieren, kommunizieren und reflektieren ihre Arbeit, auch als Team. PK 4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PK 5 dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PB 4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. PB 11 nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um 90

91 lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. 91

92 6.6.1 Versuche Untersuchung von Leitungswasser auf bestimmte Ionen Klasse 8 Zeitbedarf: 15 min Erstellt am: Schülerversuch Geräte: Reagenzgläser, Rg-Ständer, Kleinpipette, Brenner, Magnesia-Stäbchen Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Leitungswasser Silbernitrat-Lösung (c = 0,1 mol/l) R 52/53 Bariumchlorid-Lösung (c = 0,1 mol/l) Magnesia-Stäbchen Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen; lange Haare zusammenbinden Aufbau: Durchführung: 4. Du hast (in vorangegangenen Stunden) ein Mineralwasser auf Inhaltsstoffe untersucht - teste nun das Leitungswasser in der Schule auf Natrium-, Chlorid- und Carbonat-Ionen. Auswertung: 4. Notiere deine Beobachtungen. 5. Vergleiche die Ergebnisse der Untersuchungen miteinander und interpretiere ggf. die Unterschiede. 92

93 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: Chemische Reaktion: Struktur der Materie: CR II.6 M II.3, II.4 prozessbezogene Kompetenzen: Erkenntnisgewinn: E 1, 3, 4, 5, 9, 10, 11 Kommunikation: K 1, 4, 5, 6, 9 Bewertung: B 3, 12, 13 Entsorgung: Fällungssuspensionen in das Sammelgefäß für schwermetallhältige Abfälle geben Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung - Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen - Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen - Brandgefahren - sonstige Gefährdungen - Versuch möglich für Schüler Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum Unterschrift: 93

94 6.7 Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Inhaltsfeld 7: Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen Verwendeter Kontext/Kontexte: - Dem Rost auf der Spur - Unedel - dennoch stabil - Metallüberzüge - nicht nur Schutz vor Korrosion Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen ca 10 h Dem Rost auf der Spur: Konfrontation mit rostigen Gegenständen oder Bilder von diesen (Autos, Eiffelturm...) Ggf. Zahlenwerte (Tabellen) zu volkswirtschaftlichen Schäden durch Rosten. Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe Korrosion Rosten Rosten wird nicht mehr als Anwendungsbeispiel einer Oxidation (Reaktion mit Sauerstoff) thematisiert. Warum rosten Gegenstände? Welche Bedingungen führen zum Rosten? Aufstellen von Hypothesen. (Luft, Feuchtigkeit, salzige Umgebung) Planung und Aufbau eines Experimentes: Rosten von Eisenwolle unter unterschiedlichen Bedingungen (unbehandelte trockene Eisenwolle, mit Wasser befeuchtete Eisenwolle, mit Salzwasser befeuchtete Eisenwolle,...). Erste Beobachtungen und Auswertungen zum Experiment: Verifikation und Falsifikation der aufgestellten Hypothesen. Thematisierung/Überprüfung, dass Sauerstoff als Bestandteil der Luft mit der Eisenwolle reagiert. Hinweis: Rückgriff zum Thema 3 Luft und Wasser Oxidation 94

95 Aufstellen der Reaktionsgleichung. Vergleich mit der Verbrennung von Eisenwolle an der Luft und in reinem Sauerstoff. Hinweis: Rückgriff zum Thema 2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen und zum Thema 4 Metalle und Metallgewinnung. Thematisierung exotherme Reaktion. Vergleich der bekannten Eisenoxide Hinweis: FeO Inhaltsfeld 2 und Fe 2O 3 Inhaltsfeld 4 mit Rost Oxidation als Abgabe von Elektronen. E II.3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. Methodische Hinweise: Die Erarbeitung des Redoxbegriffes ausgehend von Rost kann hier überwiegend forschend-entwickelnd gestaltet werden, wobei den SuS ausreichend Raum für die Bildung und Überprüfung eigenständiger Hypothesen gegeben werden sollte, um hier auch einmal exemplarisch die wissenschaftstheoretische Seite der experimentellen Methode herausgestellt werden kann. Sicherlich kann der Aufbau von Rost als Eisenoxid-hydroxid angesprochen werden, eine genaue Behandlung seiner Formel erfolgt allerdings erst in der Sekundarstufe II. Hier genügt es im Rahmen von Redoxgleichungen die didaktisch reduzierte Form des Eisenoxids zu verwenden. Es bietet sich zudem an, das Aufstellen von einfachen Redoxgleichungen mit geeigneten Materialien zu festigen. PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 7 stellen Hypothesen auf, planen geeignete Untersuchungen und Experimente zur Überprüfung, führen sie unter Beachtung von Sicherheits- und Umweltaspekten durch und werten sie unter Rückbezug auf die Hypothesen aus. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PK 4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggfs. mit Hilfe von Modellen und Darstellungen. PB 6 binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. Oxidationen als Elektronenübertragungsreaktion Exotherme Reaktion Reaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen Elektronendonator 95

96 Unedel dennoch stabil: Aufstellen einer Redoxreihe, z.b. Zink, Kupfer, Eisen und Silber sowie die entsprechenden Salzlösungen. Elektronenübergänge; Beurteilung der Grenzen des differenzierten Atommodells und der Oktettregel zur Erklärung der Charakterisierung von edel und unedel Elektronenübergänge nutzbar machen: Kombination von unedlem und edlem Metall führt zu einem einfachen galvanischen Element. Elektronenfluss über einen äußeren Leiter. Bau/Untersuchung einer einfachen Batterien (galvanische Elemente). Von der freiwilligen zur erzwungenen Reaktion: Beispiel einer einfachen Elektrolyse CR II.7 Elektrochemische Reaktionen (Elektrolyse und elektrochemische Spannungsquellen) nach dem Donator-Akzeptorprinzip als Aufnahme und Abgabe von Elektronen deuten, bei denen Energie umgesetzt wird. CR II.11.b Prozesse zur Bereitstellung von Energie erläutern E II.3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. E II.5 Die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie und umgekehrt von elektrischer in chemische Energie bei elektrochemischen Phänomenen beschreiben und erklären. CR II.7 Elektrochemische Reaktionen (Elektrolyse und elektrochemische Spannungsquellen) nach dem Donator- Akzeptorprinzip als Aufnahme und Abgabe von Elektronen deuten, bei denen Energie umgesetzt wird. Methodische Hinweise: Hier sind eine Vielzahl von einfachen Experimenten in Schülerversuchen möglich z.b. Untersuchung der Systeme Metall/ Metallsalzlösung, Elektrolyse von Zinkiodid-Lösung sowie das entsprechende galvanische Element, Elektrolyse von Wasser PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Redoxreihe (edle und unedle Metalle) Redoxreaktion Elektronendonator und Elektronenakzeptor Einfache Batterien (galvanisches Element) Einfache Elektrolysen und Galvanisieren 96

97 Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 9 protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen und Diskussionen in angemessener Form. PB 8 beurteilen die Anwendbarkeit eines Modells. Metallüberzüge - nicht nur Schutz vor Korrosion: Verkupfern von Gegenständen (Galvanisieren) Rückkehr zur Korrosion: Ist es sinnvoll, Eisen mit Überzügen aus edlen oder unedlen Metallen zu schützen? (z.b. Versuch mit Eisenwolle vom Beginn der Reihe aufgreifen und dabei Eisenwolle jeweils in Kontakt mit Kupfer unter Magnesium bringen. Metallüberzüge - Zink und Zinn - Aluminiumoxid - Farbe/ Lacke E II.3 erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind. E II.5 Die Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie und umgekehrt von elektrischer in chemische Energie bei elektrochemischen Phänomenen beschreiben und erklären. Methodische Hinweise: Unter Rückgriff auf den Einstieg Rostiger Gegenstand erfolgt hier eine Problematisierung in Richtung Korrosionsschutz. In dieser Phase stehen eigenständige Recherchen auch außerhalb der Nutzung des Internets z.b. Bibliotheken, Expertenbefragung im Vordergrund, die im Rahmen geeigneter Präsentationstechniken z.b. PowerPoint gesichert werden. Einfache Elektrolysen und Galvanisieren Metallüberzüge, Korrosionsschutz PE 5:... recherchieren in unterschiedlichen Quellen (Print- und elektronische Medien) und werten die Daten, Untersuchungsmethoden und Informationen kritisch aus. PE 11: zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 5:... dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit sachgerecht, situationsgerecht und adressatenbezogen, auch unter Nutzung elektronischer Medien, in Form von Texten, Skizzen, Zeichnungen, Tabellen oder Diagrammen. PK 10: recherchieren zu chemischen Sachverhalten in unterschiedlichen Quellen und wählen themenbezogene und 97

98 aussagekräftige Informationen aus. PB 1:... beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen Informationen kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten. PB 2:... stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 12:... entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. 98

99 6.7.1 Versuche Strom ohne Steckdose: Einfache Batterien Nachbau einer Taschenlampenbatterie Zeitbedarf: min Klasse 9 Schülerversuch Geräte: 1 Kohleplatte, 1 Zinkplatte, Krokodilklemmen, Kabel, Spannungsmessgerät kleines Becherglas, Spatellöffel, Tropfpipette Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze 1 gestrichener R20/22 Mangandioxid/ Braunstein (MnO 2 ) Spatellöffel Xn S25 R22-36 Ammoniumchlorid (NH 4 Cl) 1 Spatellöffel Xn S22 Wenige Destilliertes Wasser - - Tropfen/ ml Sicherheitshinweise: Schutzbrille Pulver nicht zerstäuben Bei Hautkontakt waschen Durchführung: 1. Verrühre in dem kleinen Becherglas das Mangandioxid mit dem Ammoniumchlorid zu einem homogenen Pulver (Hier im Abzug arbeiten). 2. Ergänze aus der Tropfpipette langsam destilliertes Wasser, sodass ein sämiger Brei entsteht. 3. Stecke das Zinkblech und die Kohleplatte (Kohleelektrode) so in den Brei, dass sie sich nicht berühren. 4. Prüfe mit dem Spannungsmessgerät, ob zwischen Zink- und Kohleelektrode eine Spannung zu messen ist. 5. Notiere den Messwert und deine Beobachtungen. 6. Fertige eine schematische Darstellung des Versuchsaufbaus an und benenne alle Teile. Kennzeichne darin auch den Plus- und den Minuspol. Entsorgung: 1. Zink- und Kohleelektroden: anhaftende Breireste vorsichtig mit Spatel abkratzen in das Becherglas, Reste auf den Elektroden mit Wasser abwaschen. 2. Breimasse in Gefäß für anorganische Schwermetallsalzlösungen geben (mit Spatel). Becherglas mit Wasser/ Spüli ausspülen. Aufbau: Beobachtung: Messwert: U = Auswertung: 1. Formuliere mit deinen Worten den Aufbau dieser Taschenlampenbatterie. 2. Macht euch in der Tischgruppe klar, welche Vorgänge hier ablaufen könnten. Wie funktioniert diese Batterie überhaupt (prinzipiell, es sind keine chemischen Reaktionen gefragt). Macht 99

100 euch dabei insbesondere die Funktion der Kohleelektrode und des Breis klar. Prüfe, ob die Batterie auch ohne Kohle/ Brei funktioniert. 3. Bearbeite das nachfolgende Arbeitsblatt: Die Leclanchézelle als historischer Vorgänger der heutigen Taschenlampenbatterie. 100

101 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: Basiskonzept chemische Reaktion: cr II 3, 5 Basiskonzept Energie: E II 4,6,7 prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E 1, 3, 4, 7, 9 Kompetenzbereich Kommunikation: K 1, 3, 4, 5, 6 Kompetenzbereich Bewertung: B 1, 3, 7 Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für Eine Substitution macht bei der vorliegenden Aufgabenstellung keinen Sinn. Mindeststandard TRGS 500 Mindeststandard TRGS 500 nicht vorhanden keine Schüler SI und SII. Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhandschuhe X X Abzug geschlossenes System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaßnahmen Weitere Maßnahmen Datum: Unterschrift: Allgemeine Hinweise: Geräte können z.b. dem Elektrobaukasten (wenn vorhanden) entnommen werden. Alternativ funktioniert der Nachbau auch mit einer herkömmlichen Kohlelektrode und einem Zinkblech. Für wiederverwendbare Batterien können als Gefäße auch oben etwas gekürzte Soxhlethülsen benutzt werden (Braunstein-Ammoniumchlorid-Gemisch ist wiederverwendbar). Attraktiver wird der Versuch, wenn mit der selbst hergestellten Batterie Glühbirnchen, Motoren o.ä. betrieben werden können. Ggf. müssen die Schüler die Batterien in Reihe schalten, um genügend Spannung aufzubauen. Entsorgung: Sammelgefäß für anorganische Schwermetallsalzlösungen (alkalischer ph-wert) 101

102 Strom ohne Steckdose: Einfache Batterien Die Leclanchézelle als historischer Vorgänger der heutigen Taschenlampenbatterie Zeitbedarf: ca 15/20 min (ohne 6.) Klasse 9 Arbeitsblatt Informationstext: 1867 entwickelte der französische Chemiker Georges Leclanché ( ) die erste und bis heutige wichtigste Batterie: Die Zink-Braunstein-Batterie, auch Zink-Kohle-Batterie genannt. Dieser Typus einer sogenannten Trockenbatterie war über viele Jahre in Taschenlampenbatterien realisiert, bis sie Konkurrenz durch die leistungsstärkeren Alkali-Mangan-Batterien bekamen. Aufbau einer Zink-Kohle-Batterie (Leclanchézelle) Aufgaben: 1. Ergänze ausgehend von dem Versuch Nachbau einer Taschenlampenbatterie - die fehlenden Beschriftungen. 2. Warum kommt es deiner Meinung nach zu den unterschiedlichen Benennungen ein und derselben Batterie? 3. Warum spricht man hier von einer Trockenbatterie? Vergleiche die Schemazeichnung mit der Durchführung deines Versuchs. Welche Rolle spielt das Wasser? Überlege dir ggf. ein Kontrollexperiment. 4. Beschreibe die Vorgänge, die am Plus- und Minus-Pol ablaufen. Versuche dafür jeweils eine Reaktionsgleichung zu formulieren. 5. Liste auf, welche Vor- und Nachteile der Strom ohne Steckdose bietet. 6. Begutachte eine echte Taschenlampenbatterie: a. Notiere die Angaben auf der Batterie und kläre deren Bedeutung. b. Miss die Spannung, die sie liefert. c. Nimm zusammen mit deinem Lehrer/deiner Lehrerin eine Taschenlampenbatterie auseinander oder recherchiere diese Ansicht im Internet. 102

103 6.8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Inhaltsfeld 8: Unpolare und polare Elektronenpaarbindung Verwendeter Kontext/Kontexte: Wasser- mehr als ein einfaches Lösemittel - Wasser und seine besonderen Eigenschaften und Verwendbarkeit - Wasser als Reaktionspartner Zeitbedarf Möglicher inhaltlicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Fachbegriffe Ca 12 h Wasser mehr als ein einfaches Lösemittel Stationenlernen zur Klärung von Strukturund Eigenschaftsbeziehungen unter Berücksichtigung von Bindungsmodellen Chemie in der Salatschüssel (Wasser, Öl, Essig) Löslichkeit von Ionen in unterschiedlichen Lösemitteln Mikrowellenexperimente mit Wasser und Heptan Mischbarkeit verschiedener Stoffe mit Wasser bzw. Heptan Ablenkung Wasserstrahl im elektrischen Feld eines Hartgummistabs (Blindprobe mit Heptan) Elektronenpaarbindung in Wasser in Heptan Bindungsenergie, polare Elektronenpaarbindung, Dipol, Elektronegativität Wasser und seine besonderen Eigenschaften und Verwendbarkeit: Wasser hat besondere Eigenschaften im elektrischen Feld Wassermoleküle als Dipol, Elektronenpaarabstoßungsmodell, M II.2 Die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären. Hier: Chlorwasserstoff und seine hohe Bindungsenergie M II.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären M II.5a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären MII.5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkung und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen M II.7a Chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern-Hülle-Modells beschreiben CR II.2 Mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. E II.3 Bindungsenergie, Polare Elektronenpaarbindung, Dipol, Elektronegativität Polare und unpolare Stoffe und deren Eigenschaften Chlorwasserstoff-Molekül Wasser-Molekül als Dipol, Elektronenpaarabstoßungsmodell, Wassermoleküle gewinkelt Alternativ denkbar: Wasser mehr als ein einfaches Lösemittel: Es geht noch mehr! Chlorknallgasreaktion 103

104 Wassermoleküle gewinkelt Hydratation erläutern, dass Veränderungen von Elektronenzuständen mit Energieumsätzen verbunden sind und angeben, dass das Erreichen energiearmer Zustände die Triebkraft chemischer Reaktionen darstellt. M II.2 Die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären. Hier: Wasser und das Verhalten im elektr. Feld M II.7b Mithilfe eines Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Struktur von Molekülen erklären Energieschema zur Chlorwasserstoffsynthese, Ohne die besonderen Eigenschaften von Wasser wäre kein Leben möglich: Warum schmilzt Wasser erst bei 0 C und siedet erst bei 100 C obwohl Wassermoleküle eine geringere Masse als Chlorwasserstoff- Moleküle aufweisen? Warum können die Fische im Winter unter der Eisfläche im flüssigen Wasser leben? Versuche zur Oberflächenspannung, Dichteanomalie, hohe Siedetemperatur, symmetrische Schneekristalle Wasserstoffbrückenbindung, Lösevorgänge genauer betrachtet: verschiedene Salze, Iod und Harnstoff werden in Wasser gelöst, M II.2 Die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären. Hier: Wasser und seine Eigenschaften Oberflächenspannung, Dichteanomalie, Siedetemperatur, Kristalle MII.5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkung und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen M II.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären M II.7b Mithilfe eines Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Struktur von Molekülen erklären M II.2 Die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären. Wasserstoffbrückenbindung Hydratation, Energieschema zum Lösungsvorgang, 104

105 Temperaturveränderungen werden beobachtet Wasser löst Salze, Hydratation, Energieschema zu Lösungsvorgang, Wasser löst Stoffe, deren Moleküle Dipole besitzen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, polare- und unpolare Stoffe Hier: Salze und ihre Löseverhalten in Wasser, polare - unpolare Stoffe M II.5a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären MII.5.b Kräfte zwischen Molekülen als Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkung und Wasserstoffbrückenbindungen bezeichnen M II.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären Dipol-Dipol-Wecheslwirkungen, polare- und unpolare Stoffe Elektronegativität spätestens hier Mehr als nur ein Lösevorgang - Wasser als Reaktionspartner Aus konz. Salzsäure entweicht ein Gas, es färbt feuchtes Indikatorpapier rot Wasser löst Chlorwasserstoff, wobei Wasserstoff-Ionen entstehen, Wassermoleküle hydratisieren Wasserstoff- und Chlorid-Ionen, aus konz. Ammoniak-Lösung entweicht ein Gas, es färbt feuchtes Indikatorpapier blau Wasser löst Ammoniak, wobei Hydroxid-Ionen entstehen, Wassermoleküle hydratisieren Hydroxid- Ionen und Ammonium-Ionen, Ammoniak- Molekül als Dipol M II.2 Die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären. Hier: Chlorwasserstoff, Ammoniak: Reaktionen beim Lösen in Wasser M II.5a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären M II.6 Den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung und Metallbindung) erklären M II.7a Chemische Bindungen (Ionenbindung, Elektronenpaarbindung) mithilfe geeigneter Modelle erklären und Atome mithilfe eines differenzierteren Kern-Hülle-Modells beschreiben M II.7b Mithilfe eines Elektronenpaarabstoßungsmodells die räumliche Struktur von Molekülen erklären CR II.2 Mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Hydratisierte Wasserstoff-Ionen, Ammoniak-Molekül, Ammoniak- Molekül als Dipol, hydratisierte Hydroxid- und Ammonium-Ionen, 105

106 Bindungsarten bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen. 106

107 6.9 Saure und alkalische Lösungen Inhaltsfeld 9: Saure und alkalische Lösungen Verwendeter Kontext/Kontexte: - Anwendungen von Säuren im Alltag und Beruf - Haut und Haar, alles im neutralen Bereich Voraussetzungen aus dem Inhaltsfeld 8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung (polare und unpolare Elektronenpaarbindung, Elektronegativität, Wasserstoffbrückenbindung, Wasser als Lösemittel und Reaktionspartner, hydratisierte Ionen) Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Fachbegriffe Ca. 15 h Anwendung von Säuren im Alltag und Beruf: Erfahrungsbericht eines/r 14- bis 15-Jährigen zum Thema Magenschleimhautentzündung, Magengeschwür und Bulimie (Text/Fotos) und den Folgen für die Zähne Strukturierung möglicher Inhalte: Welcher Stoff ist verantwortlich? Was ist Magensäure und wozu dient sie? Welche Probleme verursacht die Magensäure? Welche Materialien werden von Magensäure angegriffen? Wie werden Säuren nachgewiesen und unschädlich gemacht? Ätzend Salzsäure Nachweis von Magensäure durch Indikatoren (z.b. Indikatorpapier oder Indikatorlösungen) ph-wert, rein phänomenologisch Woraus bestehen Säuren? Säurebegriff: Magensäure (exemplarisch) CR I.9 saure und alkalische Lösungen mit Hilfe von Indikatoren nachweisen. M I.2a Stoffe aufgrund ihrer Eigenschaften identifizieren (z.b. elektrische Leitfähigkeit). ph-wert (Phänomen) Indikator 107

108 besteht aus H + - und Cl - -Ionen, Springbrunnenversuch Hinweis: alternativ am Übergang von Inhaltsfeld 8 nach 9 Vergleich mit NaCl-Lösung, um zu beweisen, dass die H + -Ionen für die sauren Eigenschaften verantwortlich sind (Versuch). Wie reagieren Säuren? Bildung eines Oxonium-Ions durch Reaktion mit Wasser Reaktion mit Zähnen oder der Magenschleimhaut (nachgestellt durch die Reaktion von Salzsäure mit Kalk oder organischen Substanzen wie z.b. Fleisch), Bildung und Nachweis von Kohlenstoffdioxid Reaktion von Säuren mit Zahnfüllungen (nachgestellt durch die Reaktion von Salzsäure mit Metallen wie Kupfer, Eisen, Magnesium, aber auch Nichtmetallen wie Kunststoff): Bildung und Nachweis von Wasserstoff. Zudem hier Vergleich mit einer weiteren Säure (z.b. Essigsäure), um Reaktivitätsunterschiede aufzuzeigen (Versuch) Begriff der Konzentration sowie Definition des ph-wertes als Maß für die H + -Ionen- Konzentration, Veranschaulichung an Hand von Verdünnungsreihen Hinweis: Fakultativ kann hier auch exemplarisch auf die Herstellung einer dieser Säuren eingegangen werden. Übertragung der Eigenschaften der exempla- CR II.9a Säuren als Stoffe einordnen, deren wässrige Lösungen Wasserstoff-ionen enthalten. M I.3.a Stoffe aufgrund von Stoffeigenschaften (z.b. Verhalten als Säure) bezüglich ihrer Verwendungsmöglichkeiten bewerten. M I.6.a einfache Atommodelle zur Beschreibung chemischer Reaktionen nutzen. M I. 6.b einfache Modelle zur Beschreibung von Stoffeigenschaften nutzen. CR II.1 Stoff- und Energieumwandlungen als Veränderung in der Anordnung von Teilchen und als Umbau chemischer Bindungen erklären CR I/II.6 chemische Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (Knallgasprobe, Kalkwasserprobe). CR II.5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen (und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen) CR II.4 Möglichkeiten der Steuerung chemischer Reaktionen durch Variation von Reaktionsbedingungen beschreiben. M II.4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen (Summen-/ Strukturformeln, (Isomere)). M II.5.a Kräfte zwischen Molekülen und Ionen beschreiben und erklären. M II. 6 HCl, H + Proton, Chlorid-Ion Oxoniumion Hinweis: s. Anmerkung 2 Calciumcarbonat Kohlenstoffdioxid Kalkwasserprobe Metall / Nichtmetall Wasserstoff Knallgasprobe Essigsäure Stärke (Reaktivität) von Säuren Konzentration ph-wert-definition (Anmerkung) Säurerest-Ion 108

109 risch gewählten Magensäure auf weitere Säuren: Um welche Restanionen (Säurerestionen) handelt es sich? Struktur der Essigsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure als Beispiel für Säuren, die mehrere Protonen enthalten können. Das Phänomen des Sodbrennens und die Wirkungsweise von Antazida als Übergang zu den Basen (auch Versuche): Welche Stoffe sind in Antazida enthalten (z.b. Beipackzettel von Rennie, Maloxan oder Bullrich-Salz )? Einführung in die Basen (z.b. Hydroxide), Vergleich verschiedener Hydroxide. Neutralisationsreaktion und Neutralisationswärme Eigenschaften der Basen; typische Basen wie z.b. Ammoniak Anknüpfung an das Donator-Akzeptor- Konzept (vgl. Ionenbindung), Brönsted-Begriff: Säuren = Protonendonator, Basen = Protonenakzeptor Säure-Base-Titration Wie sauer ist es im Magen? Wie viel Base wird zum Unschädlich machen (Neutralisieren) der Säure benötigt? Ermittlung von Konzentrationen durch Titrationen Berechnungen zur Stoffmenge und Konzentration Film Quarks und Co zum Thema den Zusammenhang zwischen Stoffeigenschaften und Bindungsverhältnissen (Ionenbindung, Elektronpaarbindung) erklären CR I. 2b Stoffumwandlungen in Verbindung mit Energieumsätzen als chemische Reaktionen deuten. CR II. 9b die alkalische Reaktion von Lösungen auf das Vorhandensein von Hydroxidionen zurückführen. CR II. 9c den Austausch von Protonen als Donator-Akzeptor-Prinzip einordnen. M I. 2.b Stoffe aufgrund ihrer Zusammensetzung und Teilchenstruktur ordnen. M I. 3.a Stoffe aufgrund von Stoffeigenschaften (z.b. Verhalten als Lauge) bezüglich ihrer Verwendungsmöglichkeiten bewerten. M II. 2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). E I. 1 chemische Reaktionen energetisch differenziert beschreiben. E I. 3 erläutern, dass bei einer chemischen Reaktion immer Schwefelsäure/ Phosphorsäure einprotonig / mehrprotonig Neutralisation Base Salze Hydroxid-Ion Ammoniak Akzeptor/ Donator- Konzept Protonendonator Protonenakzeptor Brönsted (fakultativ) Säure/ Base-Titration Stoffmenge Konzentrationen Massenanteil (fakultativ) Eine ausgiebige und tiefgründige Behandlung stöchiometrischer Berechnungen sind nicht vorgesehen. Exemplarisches 109

110 Heliobacter eine Reise durch Magen und Darm als Abschluss und Rückgriff auf den Einstieg zum Kontext Gesundheit Energie aufgenommen oder abgegeben wird. CR II. 5 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen Methodische Hinweise: Im Vordergrund stehen in dem gesamten Unterrichtsgang das schülerorientierte und erkenntnisgeleitete Planen und Durchführen von Experimenten. Dazu bieten sich innerhalb des Kontextes der Einsatz vielfältiger geeigneter Materialien und Medien an auch fächerübergreifend. PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK 7 beschreiben und erklären in strukturierter sprachlicher Darstellung den Bedeutungsgehalt von fachsprachlichen bzw. alltagssprachlichen Texten und von anderen Medien. PB 4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit. PB 6 binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, Arbeiten reicht aus. 110

111 entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese nach Möglichkeit an. PB 10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. PB 12 entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaftlicher Erkenntnisse der Chemie beantwortet werden können. Anmerkung 1: Wie bisher werden nicht behandelt: Säurestärke im Sinne von pk s Werten, Säuren und Basen in nichtwässrigen Lösungen. Anmerkung 2: Der Begriff Oxonium-Ion und die Schreibweise H 3 O + können entfallen. Anmerkung 3: Als alternative fachliche Kontexte könnten für das oben aufgezeigte Inhaltsfeld z.b. Säuren in Küche und Bad oder Säuren und Laugen in Lebensmitteln oder schließlich auch Haut und Haar alles im neutralen Bereich gewählt werden. 111

112 6.9 Versuche Versuch: Farbige Spiele mit Säuren und Laugen / Indikatoren Datum: Du kennst nun Laugen und Säuren in ihrer Wirkung. Du weißt, wie man mit diesen Stoffen umgeht und wie man sich vor ihnen schützt. Normaler Weise sind diese Substanzen ja hinsichtlich ihrer Gefahren mit dem entsprechenden Gefahrensymbol gekennzeichnet. Was ist aber, wenn auf der Flasche mit einer unbekannten Flüssigkeit kein Gefahrenschild vorhanden ist? Hier wäre es gut, wenn man eine Methode hätte, mit der man diese gefährlichen Eigenschaften schnell erkennen kann, ohne etwas möglicherweise zerstören zu müssen. Eure Aufgabe ist es heute, diese schnelle Methode heraus zu finden. Schutzausrüstung: Schutzbrille, Hemd & Schutzschürze,Handschuhe Materialien : 7 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Reagenzglasklammer, Pipette, Stoffe und : 1. Zitronensaft, 2. verdünnte Salzsäure, 3. TIP-Tabs-Lösung, Xi, 4. verd. Chemikalien Rohreiniger-Lösung von Drano C, 5. Seifenlauge 6. Essigessenz C, 7. Rothohlsaft, gelbes Spezialpapier (Universalindikator) Durchführung : Arbeite in Gruppen zu 2 Personen 1. Fülle jeweils 1 ml ( das ist etwas weniger als deine Fingerbreite ) von jeder Substanz 1 6 in ein Rgl. und nummeriere die Gläser mit einem Filzstift. 2. Das 7. Glas wird etwa zu einem Viertel mit Rotkohlsaft gefüllt Nun gibst du vorsichtig mit der Pipette in jedes Glas 3 Tropfen Rotkohlsaft und schüttele das Glas kurz um. Notiere deine Ergebnisse in der Tabelle. 4. Entleere die Gläser (Entsorgungsgefäß),Spüle sie gut aus und fülle sie erneut mit den gleichen Mengen wie in Nr Füge nun in jedes Glas ein 1cm langes Stück des gelben Spezialpapiers dazu. Notiere die Beobachtung in die beigefügte Tabelle Ergebnis : 1. Alle Säuren werden vom Rotkohlsaft rot und alle Laugen werden grün gefärbt. 2. Alle Säuren färben das Spezialpapier rot aber alle Laugen färben es blau o. blaugrün Feststellung : Die schnelle Methode zur Säuren- und Laugenerkennung besteht darin, dass man Farbstoffe einsetzt, die alle Säuren gleich und alle Laugen gleich anfärben; Säuren und Laugen aber unterschiedlich! Diese Farbstoffe heißen Indikatoren. 112

113 Tabelle Zu untersuchender Stoff Beobachtung bei Zugabe von Rotkohlsaft Spezialpapier (Universalindikatorpapier ) Zitronensaft rot rot Salzsäure verd. rot rot TIP-Tabs-Lösung grün blau Rohrreiniger (Drano) grün blau Seifenlauge etwas grün grünblau Essigsäure (Essigessenz) rot hellrot (bis orange) 113

114 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Kompetenzen: Versuch Farbige Spiele mit Säuren und Laugen / Indikatoren Basiskonzept & Prozess. Kompetenzen Konzept. Kompetenzen E K B 1. Versuch RI.9 1,3,4 1,3,5,9 2. Aufgabe 3. Hausaufgabe 1, 3,4,7, 1,5,6, 1 (1) Hausaufgabe 1, 3,4,7, 1,5,6 1 (2) 4. Summe aller Kompetenzen der U-Einheit RI.9 1, 3,4,7, 1,3,5,6,9 1 Zeit: eine Schulstunde (45 min) Klasse 5-9 Schülerversuch in der SI Entsorgung: Gefäß für Säuren und Laugen Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für Nicht möglich, es sind alles haushaltsübliche Stoffe/Gebinde Nicht erforderlich Schutzbrille, Handschuhe, Hemd/Schutzschürze oder Kittel keine keine SI Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Für Kleiderschutz kann ein altes Hemd mit Schürze oder ein Kittel eingesetzt werden x x x 114

115 Datum Unterschrift: Zusatzinfo für Lehrer - Die Drano Lösung kann aus 10 ml Drano-Gel und ca ml Wasser ( Leitungswasser ) hergestellt werden. Nach guter Durchmischung hat die Lösung dann noch ein ph-wert von ca und ist dann auch noch als ätzend C eingestuft. - Essigessenz ist 25 %ig und hat nach der Gefahrstoffverordnung die Kennzeichnung C zu tragen. - Anstelle von Rotkohlsaft können noch eine ganze Reihe von Säften aus dem Haushalt zu Indikatorzwecken verwendet werden. Allerdings werden die Farbänderungen immer durch die Laugen hervorgerufen und gehen zum Teil keine reversiblen Reaktionen mit dem Indikator ein. Trotzdem halte ich den Einsatz dieser Säfte z. B. auch in einer Hausaufgabe o-ä. für einsetzbar (siehe aber unten Mögliche Hausaufgabe ). Die folgende Tabelle zeigt einige ausgewählte Stoffe und die dazu gehörenden Verfärbungen Lauge : Rohrreiniger-Lösung Säure: verd. Salzsäure Säfte Färbung vor der Zugabe Färbung bei Laugenzugabe Färbung bei Säurezugabe Rotwein rot schmutzig blau/grün Keine signifikante Änderung Rote Beete rot über gelb nach orange bis nach hellrot leichte Rotvertiefung später Trübung Hagebutte rot schmutzig blau/grün schmutzig dunkel rotbraun Blaubeere rot dunkelgrünlich Keine signifikante Änderung Verschieden Teesorten bringen bei Säurezugabe in der Regel eine Aufhellung des Tees. Für eine Indikatorreaktion ist diese Änderung eigentlich zu schwach, aber man erkennt sie mitunter ganz deutlich. Bekannt ist dieses Verhalten vor allem bei Zugabe von Zitronensaft. Mögliche Hausaufgabe (1) Man kann den Schülerinnen und Schülern (SuS) Streifen von UI (Universalindikator) mit Farbskala mitgeben, um weitere Laugen und Säuren im Haushalt zu identifizieren. Z. B. Cola, saure Milch, vielleicht ranzige Butter, Sprudelwasser, Sodawasser, Spülmittel verschiedenster Art etc.. Das Ergebnis der häuslichen Versuchsreihe wird dann in der nächsten Stunde vorgestellt. Lehrerinfo Der UI ist hier besser geeignet als Rotkohlsaft, da er sensitiver ist; die SuS erhalten dabei mehr und genauere Information. Des Weiteren wird auch klar, dass nur Wasser den Indikator nicht in der Farbe verändert, was bei dem Rotkohlsaft nicht der Fall ist, dieser wird auch von Säure in seiner Farbe nicht verändert. Will man aber gerade den Rotkohlsaft einsetzen, kann man das ja in Form eines Vergleiches mit dem UI machen. Mögliche Hausaufgabe (2) Man kann aber auch von den SuS aus Lebensmitteln farbige Extrakte herstellen lassen und ihre Wirkung an Essig oder Seifenlauge oder ähnlichem hinsichtlich der Indikatorwirkung untersuchen lassen. Das Ergebnis der häuslichen Versuchsreihe wird dann in der nächsten Stunde vorgestellt. 115

116 Kopiervorlage Versuch: Farbige Spiele mit Säuren und Laugen_/ Indikatoren_ Datum: Du kennst nun Laugen und Säuren in ihrer Wirkung. Du weißt, wie man mit diesen Stoffen umgeht und wie man sich vor ihnen schützt. Normaler Weise sind diese Substanzen ja hinsichtlich ihrer Gefahren mit dem entsprechenden Gefahrensymbol gekennzeichnet. Was ist aber, wenn auf der Flasche mit einer unbekannten Flüssigkeit kein Gefahrenschild vorhanden ist? Hier wäre es gut, wenn man eine Methode hätte, mit der man diese gefährlichen Eigenschaften schnell erkennen kann, ohne etwas möglicherweise zerstören zu müssen. Eure Aufgabe ist es heute, diese schnelle Methode heraus zu finden. Schutzausrüstung : Schutzbrille, Hemd & Schutzschürze,Handschuhe Materialien : 7 Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Reagenzglasklammer, Pipette, Filzstift Stoffe und : 1. Zitronensaft, 2. verdünnte Salzsäure, 3. TIP-Tabs-Lösung, Xi, 4. verd. Chemikalien Rohreiniger-Lösung von Drano C, 5. Seifenlauge 6. Essigessenz C 7. Rothohlsaft, gelbes Spezialpapier (Universalindikator) Durchführung : 1. Fülle jeweils 1 ml ( das ist etwas weniger als deine Fingerbreite ) von jeder Substanz 1 6 in ein Rgl. und nummeriere die Gläser mit einem Filzstift. 2. Das 7. Glas wird etwa zu einem Viertel mit Rotkohlsaft gefüllt Nun gibst du vorsichtig mit der Pipette in jedes Glas 3 Tropfen Rotkohlsaft und schüttele das Glas kurz um. Notiere deine Ergebnisse in der Tabelle. 4. Entleere die Gläser (Entsorgungsgefäß), spüle sie gut aus und fülle sie erneut mit den gleichen Mengen wie in Nr Füge nun in jedes Glas ein 1cm langes Stück des gelben Spezialpapiers dazu. Notiere die Beobachtung in die beigefügte Tabelle Ergebnis : Feststellung : 116

117 Kopiervorlage Tabelle Zu untersuchender Stoff Beobachtung bei Zugabe von Rotkohlsaft Spezialpapier Zitronensaft ( Universalindikator ) Salzsäure verd. TIP-Taps-Lösung Rohrreiniger (Drano) Seifenlauge Essigsäure (Essigessenz) 117

118 Versuch: Die Wasserpest liebt keine ätzenden Medien / Die Wirkung von Säuren und Laugen auf Pflanzen am Beispiel der Wasserpest Datum: Der Segen der Chemie ist leider sehr oft auch mit Missbrauch verbunden. Aktueller Missstand ist die Chemikalienverschmutzung der Ruhr, wobei in Folge dieser Kontamination das Trinkwasser von vielen tausend Menschen belastet wurde. Diese Belastung und Schädigung von Mensch und Natur ging in diesem Fall von einer Firma aus, kann aber auch von der Landwirtschaft oder Haushalten zum Teil bewusst und zum Teil unbewusst verursacht werden. Im vorliegenden Versuch sollst du nun die Belastung (Wirkung) auf die Pflanze Wasserpest durch Säuren und Laugen untersuchen. Schutzausrüstung : Schutzbrille Materialien : Großes Reagenzglas, Erlenmeyerkolben 250 ml (Weithals), Schere, Pinzette, Uhr, Pipette Overhead-Projektor, Glasstab Stoffe, Chemikalien, Gefahrenkennzeichen Menge R-Sätze S-Sätze Pflanzen 1. Wasserpest - 15 cm verdünnte - 1 ml - - Salzsäure c(s) = 1 mol/l 3. verdünnte 1 ml /37/39-45 Natronlauge c(l) = 1 mol/l C 4. mit Sauerstoffgas gesättigtes Wasser - - Durchführung : Arbeite in Gruppen zu 2 Personen 1. Fülle dein Reagenzglas mit dem Sauerstoff gesättigtem Wasser ( siehe Gefäß auf dem Pult ) 2. Schneide von der Wasserpest ein etwa 15 cm langes Stück ab und stecke es in dein Rgl. unter Wasser. Achte darauf, dass die Schnittfläche also die Seite des Pflanzenstiels, an der du geschnitten hast noch oben ragt aber etwa 2 3 cm unter der Wasseroberfläche bleibt (siehe Skizze). Stelle Dein Rgl. nun in den Erlenmeyerkolben und diesen auf den OH-Projektor. 3. Nun musst du warten, bis du die Sauerstoffblasen, die aus der Schnittfläche austreten, erkennen. kannst. 4. Nimm jetzt die Uhr und bestimme die Zeit, wie lange es dauert, bis die nächste Blase kommt. Das machst du 4-mal. Trage die Zeiten in die Wertetabelle ein. 5. Sind die Zeiten etwa gleich, füge mit der Pipette 1 ml verdünnte Säure oder verdünnte Lauge hinzu. Verrühre die Chemikalie vorsichtig mit dem Glasstab. Sprecht euch aber mit der Nachbargruppe 6. Nimm nun erneut 4-mal die Zeit, die verstreicht, bis wieder eine Blase zu sehen ist. Trage die Werte ebenfalls in die Wertetabelle ein. 2-3 cm Schnittfläche Wertetabelle Wir haben Säure (Säure oder Lauge) zugegeben 1 Zeit in Sekunden bis die nächste Blase kommt 2.Blase 3.Blase 4.Blase 5.Blase Mit Säure Ohne Säure Eigenes Ergebnis : Bei Säurezugabe wird die Sauerstoffproduktion der Pflanze erheblich verringert! 118

119 Ergebnis der Nachbargruppe: Auch bei Laugenzugabe wird die Sauerstoffproduktion der Pflanze erheblich verringert! Hausaufgabe: Besorge in einem Aquarienladen mit deinen Freunden/Freundinnen ein Bündel Wasserpest (die Ausgabe kann ja geteilt werden, mit drei Personen wird es jeden etwa 65 Cent kosten) und untersuche mit ihnen das Verhalten von Wasserpest bei Zugabe von Sprudelwasser oder anderen Substanzen aus dem Haushalt. Besorge dir das Sauerstoff gesättigte Wasser von deinem Lehrer. Du kannst eine Sprudelflasche dazu verwenden. Du musst aber eine starke Lampe (100 W besser 200 W W= 2-5 x 100 W) verwenden. Vergiss aber nicht, alle Schritte, die du mit deinen Freunden oder Freundinnen machst, aufzuschreiben, also das Protokoll zu führen. Du sollst später deine Ergebnisse auch vorlegen und vortragen können möglichst ohne experimentelle Fehler dabei gemacht zu machen. Aufgabe : Suche in der Literatur oder im Internet nach weiteren bekannten schädigenden Verhaltensweisen gegenüber der Umwelt von Personen/Gesellschaften/Ländern/Lebewesen und dokumentiere und bewerte das Verhalten für deine und die Zukunft der Lebewesen auf der Erde. Mögliche Suchbegriffe für die Suchmaschinen: Umweltschäden Umweltschäden durch Säure Umweltschäden durch Lauge Dünnsäure Dünnsäure Verklappung Saurer Regen etc. Die Angebote der Informationen im Netz können auf Grund der Vielzahl hier nicht aufgelistet werden. 119

120 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer Kompetenzen: Versuch: Die Wasserpest liebt keine ätzenden Medien / Die Wirkung von Säuren und Laugen auf Pflanzen am Beispiel der Wasserpest Basiskonzept & Prozess. Kompetenzen Konzept. Kompetenzen E K B 1. Versuch 1,3,4, 9-2. Hausaufgabe 2,3,4,(9),10,(11) 1,3,5,6,(9), 1,4,9 3. Aufgabe 5,6,8,(11) 1,2,5,7,10 1,4,9,11,12,(13) 4. Summe aller Kompetenzen der U-Einheit 1,2,3,4, 5,6,8, ( 9),10, (11) 1,2,3,5,6,7,(9),10 1,4,9,11,12,(13) Entsorgung: Gefäß für Säuren und Laugen Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für Erfolgt; andere Stoffe besitzen gleiche Gefahrenpotenziale keine Schutzbrille, keine keine SI Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Für Kleiderschutz kann ein altes Hemd mit Schürze oder ein Kittel eingesetzt werden x x 120

121 Datum Unterschrift: Zusatzinfo für Lehrer Zur Wasserstrahlpumpe Lufteintritt oder O 2 -Zugabe Erlenmeyerkolben An Stelle des einfachen Rohres kann besser noch eine poröse Glasfritte am Ende des Einleitrohres die Sauerstoffsättigung ermöglicht werden. Die Luftperlen (-blasen) sind kleiner und erhöhen damit die Oberfläche der Luft gegenüber dem Wasser. Damit gelingt die Einbringung des Sauerstoffs besser. Anregungen 1. Man kann dieses Experiment auch graphisch an Hand eines Diagramms auswerten lassen. (Diese Werte entsprechen nicht denen im Versuch!) Blasenzahl 7 ohne Säure mit Säure Zeit in s 121

122 2. Mann kann dieses und ähnliche Experimente auch im Rahmen von Forschungswettbewerben ausweiten. Z.B. bei welcher Konzentration die Wasserpest schon oder noch nicht auf Säure- oder Laugenzugabe reagiert. Versuch: Die Wasserpest liebt keine ätzenden Medien / Die Wirkung von Säuren und Laugen auf Pflanzen am Beispiel der Wasserpest Datum: Der Segen der Chemie ist leider sehr oft auch mit Missbrauch verbunden. Aktueller Missstand ist die Chemikalienverschmutzung der Ruhr, wobei in Folge dieser Kontamination das Trinkwasser von vielen tausend Menschen belastet wurde. Diese Belastung und Schädigung von Mensch und Natur ging in diesem Fall von einer Firma aus, kann aber auch von der Landwirtschaft oder Haushalten zum Teil bewusst und zum Teil unbewusst verursacht werden. Im vorliegenden Versuch sollst du nun die Belastung (Wirkung) auf die Pflanze Wasserpest durch Säuren und Laugen untersuchen. Schutzausrüstung : Schutzbrille Materialien : Großes Reagenzglas, Erlenmeyerkolben 250 ml (Weithals), Schere, Pinzette, Uhr, Pipette Overhead-Projektor, Glasstab Stoffe und Chemikalien Gefahrenkennzeichen Menge R-Sätze S-Sätze 1. Wasserpest - 15 cm verdünnte - 1 ml - - Salzsäure c(s) = 1 mol/l 3. verdünnte 1 ml /37/39-45 Natronlauge c(l) = 1 mol/l C 4. mit Sauerstoffgas gesättigtes Wasser - - Durchführung : Arbeite in Gruppen zu 2 Personen 3. Fülle dein Reagenzglas mit dem Sauerstoff gesättigtem Wasser ( siehe Gefäß auf dem Pult ) 4. Schneide von der Wasserpest ein etwa 15 cm langes Stück ab und stecke es in dein Rgl. unter Wasser. Achte darauf, dass die Schnittfläche also die Seite des Pflanzenstiels, an der du geschnitten hast noch oben ragt aber etwa 2 3 cm unter der Wasseroberfläche bleibt (siehe Skizze). 2-3 cm Schnittfläche 6. Nimm nun erneut 4-mal die Zeit, die verstreicht, bis wieder eine Blase zu sehen ist. Trage die Werte ebenfalls in die Wertetabelle ein. Wertetabelle Wir haben (Säure oder Lauge) zugegeben ohne mit 1 Eigenes Ergebnis : 2.Blase 3.Blase 4.Blase 5.Blase 122

123 Ergebnis der Nachbargruppe: C O E N T Xn F oder T+ oder Xi oder F+ Versuch: Der Rohrreiniger - einige haarige Sache? Datum: Einige von euch haben sicherlich schon einmal erlebt, dass der Abfluss in der Küche, dem Bad oder der Toilette verstopft war. Um ihn wieder frei zu bekommen verwendet man mitunter eine lange Metallspirale mit der man durch das Abflussrohr gehen muss, um den Pfropfen zu lösen. Holt man das Gerät wieder aus dem Rohr, klebt noch einiges an der Spitze. Das ist nicht immer appetitlich. Schaut man doch genauer hin, findet man oft neben Fettresten, und anderen Abfällen Haare am Spiralende, die in der Tat hervorragend geeignet sind, den Abfluss zu verstopfen. Sie bleiben gerne an den Wänden und anderen Unebenheiten haften, sammeln sich mit der Zeit und verstopfen irgendwann mit weiteren Abfällen den Abfluss. Um nun nicht immer mit der Spirale arbeiten zu müssen, das ist ein ganz schöner Dreck, wird Abfluss- oder Rohrreiniger verwendet. Weshalb wirkt der eigentlich so gut? Schutzausrüstung : Schutzbrille, Hemd & Schutzschürze, Handschuhe Materialien Anzünder Stoffe und Chemikalien : Brenner, Glasstab, Pinzette, 2 Bechergläser 100 ml mit Skalierung, Stativ mit Muffe und Klemme, Tiegelzange, Drei-/Vierfuß mit Platte /Drahtnetz, Gefahrenkennzeichen Menge R-Sätze S-Sätze 1. Haare - ca verdünnte - 25 ml - - Salzsäure 3. Drano Powergel-Lösg. C 4. Wasser - 30 ml - - Durchführung : Abzug oder Lüftung einsetzen Arbeite in Gruppen zu 2 Personen 1. Baue die Versuchsapparatur entsprechend der nebenstehenden Zeichnung auf. 2. Gib in das 1. Becherglas auf dem Vierfuß mit der Pinzette einen Büschel Haare und fülle etwa 10 ml der verdünnten Salzsäure dazu. 3. Nun wird die Wächterflamme entzündet und die Säure mit den Haaren etwa 4 Minuten unter ständigem Rühren gekocht. Stelle dann den Brenner ab und notiere deine Beobachtungen unter Bevor du den nächsten Versuch mit deinem Arbeitspartner beginnst, gieße den Inhalt des Becherglases in das Entsorgungsgefäß vorne auf dem Arbeitstisch. Gespült wird später! 5. Gib erneut einen Büschel Haare jetzt in das 2. Glas und fülle etwa 15 ml Wasser in das Glas. Dein Lehrer wird dir etwas von dem Drano Powergel in das Glas geben. Vorsicht, die Mischung ist ätzend! 6. Erwärme die Mischung mit der Wächterflamme - unter ständigem Rühren mit dem Glasstab - die gleiche Zeit. Die Mischung darf nicht trocken werden! Gegebenfalls etwas Wasser zugeben. Stelle dann den Brenner ab, notiere deine Beobachtungen unter 2. und entsorge den Inhalt des Becherglases in das Entsorgungsgefäß. 2-3 ml 34 1/2, 3/7, 24/25,36/37/39 26A, 27, 28A,45 123

124 7. Stelle alle Glasmaterialien und Gegenstände gereinigt ordentlich zurück. Beobachtungen: Zu 1. Es geschieht nichts mit den Haaren. Sie werden nicht von der Salzsäure geätzt! Zu 2. Die Lösung wird bräunlich und die Haare sind nicht mehr zu erkennen. C O E N T Xn F oder T+ oder Xi oder F+ Versuch: Der Rohrreiniger - einige haarige Sache? Datum: Einige von euch haben sicherlich schon einmal erlebt, dass der Abfluss in der Küche, dem Bad oder der Toilette verstopft war. Um ihn wieder frei zu bekommen verwendet man mitunter eine lange Metallspirale mit der man durch das Abflussrohr gehen muss, um den Pfropfen zu lösen. Holt man das Gerät wieder aus dem Rohr, klebt noch einiges an der Spitze. Das ist nicht immer appetitlich. Schaut man doch genauer hin, findet man oft neben Fettresten, und anderen Abfällen Haare am Spiralende, die in der Tat hervorragend geeignet sind, den Abfluss zu verstopfen. Sie bleiben gerne an den Wänden und anderen Unebenheiten haften, sammeln sich mit der Zeit und verstopfen irgendwann mit weiteren Abfällen den Abfluss. Um nun nicht immer mit der Spirale arbeiten zu müssen, das ist ein ganz schöner Dreck, wird Abfluss- oder Rohrreiniger verwendet. Weshalb wirkt der eigentlich so gut? Schutzausrüstung : Schutzbrille, Hemd & Schutzschürze, Handschuhe Materialien Anzünder Stoffe und Chemikalien : Brenner, Glasstab, Pinzette, 2 Bechergläser 100 ml mit Skalierung, Stativ mit Muffe und Klemme, Tiegelzange, Drei-/Vierfuß mit Platte /Drahtnetz, Gefahrenkennzeichen Menge R-Sätze S-Sätze 1. Haare - ca verdünnte - 25 ml - - Salzsäure 3. Drano Powergel-Lösg. 2-3 ml 34 1/2, 3/7, 24/25,36/37/39 26A, 27, 28A,45 C 4. Wasser - 30 ml - - Durchführung : Abzug oder Lüftung einsetzen Arbeite in Gruppen zu 2 Personen 1. Baue die Versuchsapparatur entsprechend der nebenstehenden Zeichnung auf. 2. Gib in das 1. Becherglas auf dem Vierfuß mit der Pinzette einen Büschel Haare und fülle etwa 10 ml der verdünnten Salzsäure dazu. 3. Nun wird die Wächterflamme entzündet und die Säure mit den Haaren etwa 4 Minuten unter ständigem Rühren gekocht. Stelle dann den Brenner ab und notiere deine Beobachtungen unter Bevor du den nächsten Versuch mit deinem Arbeitspartner beginnst, gieße den Inhalt des Becherglases in das Entsorgungsgefäß vorne auf dem Arbeitstisch. Gespült wird später! 5. Gib erneut einen Büschel Haare jetzt in das 2. Glas und fülle etwa 15 ml Wasser in das Glas. Dein Lehrer wird dir etwas von dem Drano Powergel in das Glas geben. Vorsicht, die Mischung ist ätzend! 8. Erwärme die Mischung mit der Wächterflamme - unter ständigem Rühren mit dem Glasstab - die gleiche Zeit. Die Mischung darf nicht trocken werden! Gegebenfalls etwas Wasser zugeben. Stelle dann den Brenner ab, notiere deine Beobachtungen unter 2. und entsorge den Inhalt des 124

125 Becherglases in das Entsorgungsgefäß. 7. Stelle alle Glasmaterialien und Gegenstände gereinigt ordentlich zurück. Beobachtungen: Feststellung: Aufgaben zur weiteren Bearbeitung und Auswertung (1) Informiere dich über die so genannte Fettfleckmethode zum Nachweis von Fetten und entwickele einen weiteren Versuch mit deinem Partner, um die Eingangs auch zusätzlich genannte Wirkung von Drano Powergel als Rohrreiniger vollständig erklären zu können. (2) Überprüfe experimentell, zu welcher Gruppe ätzender Substanzen Drano Powergel gehört. (3) Wähle ein geeignetes Nachweismittel und untersuche zu Hause die vorhandenen Reinigungsmittel, zu welcher Gruppe von Reinigungsmitteln sie gehören. Fertige dazu ein entsprechendes Protokoll an. 125

126 Lehrerinfo Salzsäure (c(s) = 0,1 mol/l) Diese Lösung ist nicht kennzeichnungspflichtig! Beim Erhitzen auf kleiner Flamme entstehen bei dieser Konzentration aber so gut wie keine Chlorwasserstoff-Dämpfe, wenn man die Flüssigkeit nicht vollständig eindampft. Man sollte aber dennoch lieber im Abzug oder bei geöffnetem Fenster arbeiten lassen. ZumVersuch mit Drano-Powergel Obwohl Salzsäure eigentlich ätzend ist (je nach Konzentration), richtet sie gegen die Haare in der vorliegenden Form nichts aus. Haare also Horn - werden von ihr nicht angegriffen. Ganz anders der Rohreiniger. Dieser ätzt oder zerstört die Haare! In Aufgabe (1) soll der Versuch anstelle mit Haaren auch mit Fett durchgeführt werden. Da Drano auch Fette zerstört, kann mit der Fettfleckmethode das zerstörte Fett nicht mehr nachgewiesen werden. Damit kann die vollständige Wirkung des Rohrreinigers bei der Eingangs genannten Verstopfung erklärt werden. Zu(2) : Hier soll mit Indikator die Laugeneigenschaften festgestellt werden. Laugen ätzen also Fett und Horn. Aus diesem Grund ist natürlich auch die Gefährlichkeit der Laugen für die Augen bzw. die Hornhaut besonders augenscheinlich. Der Sinn der Schutzbrille wird deutlich untermauert. Antwort auf die oben gestellte Frage: Rohrreiniger zerstört neben Haaren und Haut (Hornhaut) auch Fett! Aus diesem Grund ist er auch ätzend! Aber auf eine andere Art und Weise als die Säure. Da der Rohreiniger nun in der Lage ist, Fett und auch Haare zu zerstören und in eine wasserlösliche Form zu überführen, gelingt die Reinigung des Abflusses in vielen Fällen, da diese oft mit die Ursache für die Verstopfung sind. Zu(3) Erweiterung des Horizontes hinsichtlich der daheim verwendeten Reinigungsmittel. Eigenständige Untersuchung und Dokumentation der durchgeführten Versuche. Als Nachweismittel wird Indikator nach Wahl eingesetzt. 126

127 6.10 Energie aus chemischen Reaktionen Inhaltsfeld 10: Energie aus chemischen Reaktionen Verwendeter Kontext/Kontexte: - Mobilität- die Zukunft des Autos und nachwachsende Rohstoffe - Strom ohne Steckdose Voraussetzungen sind das Inhaltsfeld 2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen (Energiediagramme, Energieformen, Exotherme und endotherme Reaktionen), das Inhaltsfeld 7 Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen (Einfache Batterien, Elektrolyse) und das Inhaltsfeld 8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung (Elektronenpaarbindung, Elektronenpaarabstoßungsmodell, van-der-waals-kräfte, Bindungsenergie) Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen 18 h Mobilität- die Zukunft des Autos und nachwachsende Rohstoffe Fossile und nachwachsende Rohstoffe Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise Methodische Hinweise: Denkbar sind die Erstellung einer Mind-Map bzw. eines Lernplakats. Falls möglich kann hierzu auch ein Expertengespräch geführt werden, indem z.b. ein Vertreter eines ortnahen Erdöl-verarbeitenden Betriebs eingeladen wird. Fächerübergreifender Unterricht mit dem Fach Erdkunde (Lagerstätten) und Sozialwissenschaften (Erdölpreise) ist denkbar und betont schon hier die Notwendigkeit der Erschließung alternativer Energiequellen. Fachbegriffe PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PB 10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. Erdöl als Stoffgemisch Vom Stoffgemisch zum Reinstoff; Erdöldestil- M II.3 127

128 lation (fraktionierte Destillation), Raffination Destillation des Stoffgemisches Siedebereiche der Fraktionen Van der Waals-Kräfte Atombindung Nomenklatur der Alkane Tetraeder (Elektronenpaarabstoßungsmodell) Isomere, Cracken Einsatz von Katalysatoren im technischen Prozess Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. E II.6 den Einsatz von Katalysatoren in technischen oder biochemischen Prozessen beschreiben und begründen. (event. bei Katalytische Crackverfahren) Methodische Hinweise: Zu Beginn kann die Einführung der homologen Reihe der Alkane unter Nutzung von Molekülbaukästen u.a. zur Festigung der tetraedrischen Strukturen erfolgen. Die Fragen der Nomenklatur und Isomerie können ebenfalls mit Hilfe von Baukästen bearbeitet und mit geeigneten Materialien (Quiz, Lernspiele, etc.) gefestigt werden. Im Anschluss kann z.b. in Form von Kurzreferaten die Gewinnung und Verarbeitung von Erdöl thematisiert werden. PE 10 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PB 7 nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. Alkane als Erdölprodukte, Homologe Reihe der Alkane, Nomenklatur, Atombindung, Isomere, van der Waals Kräfte (als Wechselwirkung zwischen unpolaren Stoffen), Bindungsenergien, Mehrfachbindung, Elektronenpaarabstoßungsmodell Kraftstoffe und ihre Verbrennung Produkte und ihre Anwendung: Schweröl, Diesel; Benzin... Begründete Zuordnung der Produkteigenschaft aufgrund der Struktur; Eigenschaftsvergleich im Experiment M II.2 die Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombinationen und Anordnungen von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären (z. B. Ionenverbindungen, anorganische Molekülverbindungen, polare unpolare Stoffe, Energiebilanzen, Bindungsenergie, Energiediagramme, Verbrennungsenergie 128

129 Hinweis: Beispiel einer einfachen Batterie wurde in Inhaltsfeld 7 vorverlagert Biodiesel bzw. (Bio-)Ethanol als alternativer Brennstoff: Vergleich der Verbrennung und der energetischen Aspekte (Versuche) Biodiesel als Energieträger (Energiebilanz nicht bezogen auf die Veresterung) Vergleich der Kohlenstoffdioxid-Bilanz Nachhaltigkeit, Klima-Problem, Transportprobleme, Verfügbarkeit Kritische Beurteilung der Vor- und Nachteile von fossilen und nachwachsenden Rohstoffen, ggf. unter aktuellen Aspekten. Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe). E II.1 die bei chemischen Reaktionen umgesetzte Energie quantitativ einordnen. E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen E II.1 die bei chemischen Reaktionen umgesetzte Energie quantitativ einordnen E I.7b vergleichende Betrachtungen zum Energieumsatz durchführen E II.8 die Nutzung verschiedener Energieträger (Atomenergie, Oxidation fossiler Brennstoffe, elektrochemische Vorgänge, erneuerbare Energien) aufgrund ihrer jeweiligen Vor- und Nachteile kritisch beurteilen. E II.6 den Einsatz von Katalysatoren in technischen oder biochemischen Prozessen beschreiben und begründen. (evtl. bei Katalytische Crackverfahren) M II.3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. Biodiesel, Energiebilanzen Methodische Hinweise: Zur Behandlung von Energiebilanzen sei empfohlen, ein ausgewähltes Experiment z.b. vergleichende Kalorimetrie durchzuführen sowie eine vergleichende Analyse von Energiediagrammen anzustellen. Im Anschluss kann eine Diskussion unter Nachhaltigkeitsund Umweltaspekten erfolgen Dabei ist fächerübergreifender Unterricht mit den Fächern Biologie und Erdkunde ( Klimawandel, Treibhauseffekt, Lebensraumbedingungen usw.) an dieser Stelle möglich und erwünscht. 129

130 Strom ohne Steckdose Mobilität durch Brennstoffzellen Alternative Energieträger: Wasserstoff Wasserstoff-Brennstoffzelle als Alternative zum Verbrennungsmotor Hinweis: Rückgriff auf Elektrolyse von Wasser bei Metalle schützen und veredeln, PE 1 beobachten und beschreiben chemische Phänomene und Vorgänge und unterscheiden dabei Beobachtung und Erklärung. PE 2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit Hilfe chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind. PE 3 analysieren Ähnlichkeiten und Unterschiede durch kriteriengeleitetes Vergleichen. PE 4 führen qualitative und einfache quantitative Experimente und Untersuchungen durch und protokollieren diese. PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. PK 2 vertreten ihre Standpunkte zu chemischen Sachverhalten und reflektieren Einwände selbstkritisch. PK 6 veranschaulichen Daten angemessen mit sprachlichen, mathematischen oder (und) bildlichen Gestaltungsmitteln. PB 9 beschreiben und beurteilen an ausgewählten Beispielen die Auswirkungen menschlicher Eingriffe in die Umwelt. PB 10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. PB 13 diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung. E II.7 das Funktionsprinzip verschiedener chemischer Energiequellen mit angemessenen Modellen beschreiben und erklären (z. B. einfache Batterie, Brennstoffzelle). CR I/II.8 die Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen am Beispiel der Bildung und Zersetzung von Wasser beschreiben. E II.8 die Nutzung verschiedener Energieträger (Atomenergie, Oxidation fossiler Brennstoffe, elektrochemische Vorgänge, erneuerbare Energien) aufgrund ihrer Wasserstoff Brennstoffzelle Rückbezug: Elektrolyse/Einfache Batterien 130

131 Hinweis: Rückgriff auf Wasser als Reaktionspartner Mit Wasserstoff betriebene Autos Mobilität die Gegenwart und Zukunft des Autos Ggf. Thematisierung der Methanol-/Ethanol- Brennstoffzelle zur Überleitung zu den Alkoholen jeweiligen Vor- und Nachteile kritisch beurteilen. Methodische Hinweise: Unterrichtsunterlagen zum Einsatz der Brennstoffzelle in der Automobilindustrie können von den Herstellern bezogen werden (z.b. BMW München liefert kostenlos eine Broschüre mit CD, Film Wasserstoff-Der Stoff aus dem die Zukunft ist. Diese Medien und weitere geeignete Lernsoftware können hier von den SuS im Unterricht und auch zu Hause genutzt werden. Pro- und Contra-Diskussion zum Thema alternative Energiequellen ist am Ende der U-Reihe denkbar. PE 6 wählen Daten und Informationen aus verschiedenen Quellen, prüfen sie auf Relevanz und Plausibilität und verarbeiten diese adressaten- und situationsgerecht. PE 9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK 8 prüfen Darstellungen in Medien hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit. PB 1 beurteilen und bewerten an ausgewählten Beispielen Informationen kritisch auch hinsichtlich ihrer Grenzen und Tragweiten. PB 2 stellen Anwendungsbereiche und Berufsfelder dar, in denen chemische Kenntnisse bedeutsam sind. PB 3 nutzen chemisches und naturwissenschaftliches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien, und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag. 131

132 Versuch Treibhauseffekt, Wirkung von Kohlendioxid Klasse 9 Zeitbedarf: 15 min. Erstellt am: Schülerversuch Geräte: 2 Bechergläser 2 Thermometer Kohlenstoffdioxid 2 Pappdeckel Schwarzes Papier 100 W Glühlampe Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Kohlenstoffdioxid Sicherheitshinweise: Aufbau: Durchführung: Zwei hohe Bechergläser werden innen bis zur Hälfte ihres Umfangs mit schwarzem Papier ausgekleidet und mit Pappdeckel verschlossen, die durch ein Thermometer ( + - 0,1 k ) in die Bechergläser reicht. Beide Gläser werden etwa 3 min. mit einer 100 Watt Lampe bestrahlt. Die Temperaturen in den Gläsern werden alle 30 s abgelesen. Wenn die Temperaturänderung in beiden Gläsern gleich ist, wird in ein Glas schnell Kohlendioxid eingeleitet und über einen Zeitraum von 5 min. alle 30 s die weitere Temperaturänderung ermittelt. Auswertung: 1. Trage die Werte in einem Koordinatensystem ein. T gegen t 2. Diskutiere die beiden unterschiedlichen Kurven. 3. Was hat dieser Versuch mit dem Begriff Treibhauseffekt zutun? 4. Informiere dich im Internet über den Anstieg der CO 2 Konzentration in der Atmosphäre 5. Welche Auswirkungen kann die Klimaerwärmung auf unseren Kontinent haben? 6. Nenne ein Nachweisverfahren für Kohlendioxid. 7. Nenne Eigenschaften von Kohlendioxid. 132

133 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: Basiskonzept Struktur der Materie: M2, M3, Basiskonzept Chemische Reaktion: C1,C6,C10, Basiskonzept Energie: E3, E4, prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E1, E4, E5, E7, E9, E10 Kompetenzbereich Kommunikation: K1, K2, K5, Kompetenzbereich Bewertung: B1, B5, B8, B 10, B11 Entsorgung: problemlose Entsorgung Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für Keine Überprüfung nötig Mindeststandard TRGS 500 Mindeststandard TRGS 500 keine keine Schülerexperiment Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Schutzscheibe Datum: Unterschrift: 133

134 Viskositätsmessung von Rapsöl, Biodiesel, Diesel Klasse 9 Zeitbedarf: 15 min Erstellt am: Schülerversuch Geräte: 1 möglichst langes Reagenzglas 1 Stopfen 1 Glaskugel, z.b. Glasmurmel, die möglichst genau in das Reagenzglas passt 1 Stoppuhr Chemikalien: Stoff Menge Gefahren R- und S-Sätze Rapsöl Biodiesel 50 ml 50 ml Diesel 50 ml Xn R /53 S 2-36/ Sicherheitshinweise: Schutzbrille tragen, Hautkontakt vermeiden Aufbau: Rapsöl Glaskugel Durchführung: Gib in ein langes Reagenzglas vorsichtig eine Glaskugel. Fülle das Reagenzglas mit Rapsöl und verschließe es mit dem Stopfen. Drehe nun das Reagenzglas so um, dass der Stopfen nach unten weist und starte die Stoppuhr. Miss die Zeit, die die Kugel braucht, um wieder nach unten zu gelangen. Wiederhole den Versuch mit Biodiesel sowie mit Diesel. Führe jeden Versuch mehrfach durch. Es ist immer das gleiche Reagenzglas zu verwenden. Auswertung: 1. Ordne die Flüssigkeiten nach zunehmender Viskosität (Zähflüssigkeit). 2. Begründe, warum immer das gleiche Reagenzglas verwendet werden muss. 3. Begründe, warum man für normale Dieselmotoren Biodiesel und nicht Rapsöl verwendet. 4. Informiere dich über den chemischen Aufbau von Rapsöl und Biodiesel und begründe die unterschiedliche Viskosität. 5. Entwickle Modelle, die den unterschiedlichen Aufbau der Teilchen im Rapsöl und Biodiesel darstellen. 6. Überlegt in der Gruppe eine Strategie, wie ihr Frage 3 mit Hilfe dieser Modelle euren Mitschülern erklären wollt. 134

135 Informationen für Lehrerinnen und Lehrer konzeptbezogene Kompetenzen: Basiskonzept Struktur der Materie: M II 5.a M II 5.b prozessbezogene Kompetenzen: Kompetenzbereich Erkenntnisgewinn: E1, 3, 4, 6, 9, 10, 11 Kompetenzbereich Kommunikation: K1, 3, 4, 6 Kompetenzbereich Bewertung: B 1, 7 Entsorgung: Sammelgefäß für organische Lösemittel Gefährdungsbeurteilung nach dem Einfachen Maßnahmenkonzept Gefahrstoffe der BAuA: Randbedingungen: kleine Mengen (Gramm-Bereich) keine großflächige Anwendung Feststoffe wenig staubend eventueller Hautkontakt kleinflächig (Spritzer) und kurzzeitig (<15 Minuten) Substitutionsprüfung Maßnahmenbedarf für inhalative Gefährdungen Maßnahmenbedarf für dermale Gefährdungen Brandgefahren sonstige Gefährdungen Versuch möglich für Für Rapsöl und Biodiesel keine Substitution erforderlich. Je nach Unterrichtsziel kann ggf. auf Diesel verzichtet werden. Mindeststandard TRGS 500, wenn der Versuch nicht länger aus 15 Minuten dauert Mindeststandard TRGS 500 bei Raumtemperatur nicht vorhanden keine Schüler SI. Da Dieselkraftstoff aber im Verdacht steht, Krebs zu erzeugen, ist besondere Vorsicht geboten. Ggf. Dieselkraftstoff im Lehrerexperiment. Schutzmaßnahmen: TRGS 500 Mindeststandard Schutzbrille Schutzhands chuhe X X Abzug geschlossene s System Brandschutz maßnahmen Lüftungsmaß nahmen Weitere Maßnahmen Datum: Unterschrift: 135