Curriculum Chemie 7-9

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1 Zukunftssichere Energieversorgung Speisen und Getränke alles Chemie?! Reinigungsmittel Säuren und Laugen im Alltag Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen Metalle schützen und veredeln Brände und Brandbekämpfung Böden und Gesteine Vielfalt und Ordnung Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände Curriculum Chemie 7-9 Der Chemieunterricht der Hans-Ehrenberg-Schule folgt für die Jahrgänge 7 bis 8, die das 8-jährige Gymnasium durchlaufen, den vom Lehrplan des Landes NRW vorgegebenen Themen. Die Umsetzung soll im ersten Durchlauf erprobt und evaluiert werden (bis 2012), um eine Grundlage für eine eigene Akzentsetzung zu gewinnen. Der Unterricht gliedert sich in Themenbereiche ( Kontexte ), die an Alltagserfahrungen anknüpfen, gesellschaftlich relevante Aspekte berücksichtigen und chemisch von Bedeutung sind. Sie sind in der Abbildung zusammenhängend dargestellt. Die ersten drei Kontexte werden etwa dem Jahrgang 7 zugeordnet, die Kontexte 4 bis 6 dem Jahrgang 8 und die verbleibenden dem Jahrgang 9. Bei der Erarbeitung der Themenbereiche werden chemische Fachinhalte so eingeführt, dass sich Kompetenzen innerhalb der chemischen Basiskonzepte Materie, Chemische Reaktion und Energie progressiv aufbauen können. Die starke Kontextorientierung knüpft an die Erfahrungen des NW-Unterrichts in den Jahrgängen 5 und 6 an.

2 Erläuterungen: In Themen, die sich um Lebensmittel drehen, werden zunächst die Eigenschaften von Stoffen untersucht, Gemische von Reinstoffen unterschieden und erste Erkenntnisse über chemische Reaktionen gewonnen. Luft und Wasser als wichtige Ressourcen unseres Planeten stehen im Mittelpunkt eines weiteren Kontextes. In der Erarbeitung ihrer stoffliche Zusammensetzung und dem Einfluss chemischer Reaktionen darauf vertiefen und festigen die Schüler und Schülerinnen ihre bis dahin erworbenen Kompetenzen zu den Basiskonzepten und setzen sich mit Vorstellungen zum Unterschied von Atomen und Molekülen auseinander. Auch die Synthese von Wasser aus Wasserstoff und Sauerstoff wird thematisiert Das Themenfeld Brände und Brandbekämpfung zeigt anschließend bedeutsame chemische Reaktionen und ihre energetischen Bezüge auf (exotherme und endotherme Reaktionen, Aktivierungsenergie). Grundlegende Sicherheitsaspekte werden erarbeitet. Durch die Erkenntnis, dass verbrannt nicht vernichtet ist, erschließen sich die Kinder außerdem erste quantitative Zusammenhänge ( Gesetz von der Erhaltung der Masse ). Dass die Kulturgeschichte der Menschheit untrennbar mit der Nutzung von Metallen und ihrer Gewinnung aus Erzen verbunden ist, wird mit dem nächsten Themenfeld verdeutlicht, mit dem der Unterricht in der 8.Klasse beginnt. Oxidation und Reduktion werden einander gegenüber gestellt und die Eigenschaften verschiedener Metalle erforscht.

3 Boden keineswegs Dreck, sondern vielseitig und voller Überraschungen. Die Beschäftigung mit glitzernden Mineralien, Bodenluft und Bodenwasser führen zu vertieften Erkenntnissen über die Struktur der Ionen, Elektronen, Atombau und Periodensystem erschließen sich ebenso wie Ionenkristalle, Atombindungen und Elektronegativität. Mit den Kenntnissen aus den vorangegangenen Kontexten gut gerüstet, können in den Klassen nun elektrochemische Aspekte erarbeitet werden, die zum Schutz und zur Veredelung von Metallen von weitreichender wirtschaftlicher Bedeutung sind. Der Chemieunterricht der 9.Klasse beginnt mit einem für Haushalt und Körperpflege wichtigen und für die Umwelt höchst brisanten Thema: Säuren und Laugen im Alltag. Vor diesem Hintergrund werden Neutralisationsreaktionen qualitativ und quantitativ durchleuchtet. Die Beschäftigung mit zukunftssicherer Energieversorgung umfasst einen weiten Inhaltsbereich: Galvanische Zellen werden ebenso thematisiert wie Erdöl, Alkohole und nachwachsende Rohstoffe. Es werden auch Einblicke in die organische Chemie gewonnen, die in der Sekundarstufe II vertieft werden können.

4 Zuordnung von Kompetenzen und Inhaltesfeldern (lt.lehrplan, ergänzt): Ziel ist es, dass die Schülerinnen und Schüler ihre Konzepte von der Struktur der Materie, der Energie und der chemischen Reaktion in den Themenfeldern jeweils so erweitern, dass sie die unter Kompetenzen angegebenen Sachverhalte kennen, Versuchen und Untersuchungen zuordnen und anwenden können. In der methodischen Aufbereitung des Unterrichts wird beachtet, dass die Schüler und Schülerinnen ihre Prozesskompetenzen sukzessive ergänzen und vertiefen können. Themenfelder Inhaltsfelder Kontexte Basiskonzepte / Kompetenzen Speisen und Getränke alles Chemie? Stoffe und Stoffveränderungen: Gemische und Reinstoffe Stoffeigenschaften Stofftrennverfahren Teilchenvorstellung (s.nw 5/6) Kennzeichen chemischer Reaktionen Was ist drin? Wir untersuchen Lebensmittel/Getränke und ihre Bestandteile. Wir gewinnen Stoffe aus Lebensmitteln Wir verändern Lebensmittel durch Kochen und Backen Körper bestehen aus Stoffen Stoffe haben charakteristische Eigenschaften Stoffe können ihren Aggregatzustand und ihre Erscheinungsform ändern. Stoffe bestehen aus Teilchen Die Vielfalt der Stoffe resultiert aus der unterschiedlichen Art der Teilchen und den unterschiedlichen Kräften, die zwischen den Teilchen wirken. Bei Aggregatszustandsänderungen ändern sich die anziehenden Kräfte zwischen den Teilchen. Stoffe können als Reinstoffe und Stoffgemische vorliegen. Stoffgemische können durch physikalische Methoden getrennt werden. Durch Nachweisreaktionen kann erkannt werden, ob bestimmte Stoffe in einem Stoffgemisch vorliegen (hier: Eiweiße, Fette, Zucker, Stärke Vereinbarung mit NW 5/6). Stoffe können so verändert werden, dass Stoffe mit neuen Eigenschaften entstehen.

5 Durch Zufuhr von Wärme (Energie) bzw. Abgabe von Energie kann eine Änderung des Aggregatzustands erfolgen, diese Energie entspricht der Siede- und Schmelzwärme. Stoffe enthalten chemisch gebundene Energie. Bei chemischen Reaktionen treten immer Energieumwandlungen auf. Bei endothermen Reaktionen ist der Energieinhalt der Produkte größer als der der Ausgangsstoffe, bei exothermen Reaktionen kleiner. Aus Ausgangsstoffen werden Reaktionsprodukte Stoffe mit neuen Eigenschaften. Stoffumwandlungen sind immer mit Energieumwandlungen verbunden. Sie kennzeichnen chemische Reaktionen. Chemische Reaktionen können durch die Wahl der Bedingungen beeinflusst werden. Nachhaltiger Umgang mit Ressourcen Luft und Wasser: Luftzusammensetzung Luftverschmutzung, saurer Regen Wasser als Oxid Nachweisreaktionen Lösungen und Gehaltsangaben Abwasser und Wiederaufbreitung Die Luft zum Atmen Wozu brauchen wir das Wasser? Die Bestandteile der Luft haben charakteristische Eigenschaften. Sie können getrennt werden. Die Grundstoffe der Materie nennen wir Elemente. Elemente bestehen aus gleichen Atomen (Dalton-Modell). Atome sind die kleinsten Teilchen, aus denen sich Moleküle zusammensetzen. Sauerstoff und Stickstoff bestehen aus zweiatomigen Molekülen. Wasser besteht aus Molekülen. Jedes Wassermolekül ist aus zwei Wasserstoff- und einem Sauerstoffatom zusammengesetzt.

6 Man unterscheidet Reinstoffe nach ihrer Zusammensetzung in Elementsubstanzen und chemische Verbindungen. Wasser ist ein Lösemittel Viele Molekülsubstanzen sind schon bei Raumtemperatur gasförmig. Wasser ist jedoch aufgrund der wirksamen Kräfte zwischen den Molekülen flüssig. Wasser hat eine große Wärmekapazität. Das hat gravierende Auswirkungen auf das Klima. Mit Nachweisreaktionen lassen sich auch gasförmige Stoffe identifizieren. Im menschlichen Körper wird die Zusammensetzung der Luft durch chemische Reaktionen verändert. Bei der Fotosynthese wird Sauerstoff gebildet. Brände und Brandbekämpfung Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen: Oxidationen Elemente und Verbindungen Analyse und Synthese Exotherme und endotherme Reaktionen Aktivierungsenergie Feuer und Flamme, schön, nützlich und gefährlich Brände und Brennbarkeit Die Kunst des Feuerlöschens Verbrannt ist nicht vernichtet Brennbarkeit ist eine Eigenschaft von Stoffen Oxide sind Verbindungen. Sie enthalten immer das Element Sauerstoff Wasser ist ein Wasserstoffoxid. Aktivierungsenenergie ist bei allen chemischen Reaktionen notwendig. Bei Verbrennungen wird Energie freigesetzt (exotherme Reaktionen). Die Energie aus chemischen Reaktionen kann genutzt werden.

7 Gesetz von der Erhaltung der Masse Reaktionsschemata in Worten Die Nutzung der fossilen Rohstoffe zur Energiebereitstellung ist mit der Entstehung umweltschädlicher Stoffe verbunden. Verbrennungen sind chemische Reaktionen mit Sauerstoff. Chemische Reaktionen laufen nur unter bestimmten Bedingungen ab. Bei chemischen Reaktionen erfolgt eine Umgruppierung von Atomen zu neuen Molekülen. Reaktionsprodukte können nicht verschwinden. Die Masse bleibt bei chemischen Reaktionen erhalten. Chemische Reaktionen können durch die chemische Zeichensprache beschrieben werden. Aus Rohstoffen werden Gebrauchsgegenstände Metalle und Metallgewinnung: Gebrauchsmetalle Kern-Hülle-Modell der Atome Metallische Bindung Redoxreaktionen Gesetz von den konstanten Massenverhältnissen Recycling Das Beil des Ötzi Eisen und Stahl Metalle sind durch bestimmte Eigenschaften gekennzeichnet. Durch Legierungsbildung werden Metalle mit gewünschten Eigenschaften hergestellt. Atome von Elementsubstanzen bestehen aus Atomen mit gleicher Kernladungszahl. Metallatome werden durch ein Elektronengas zusammengehalten. Die Energie konkreter Reaktionen kann man bilanzieren. Kopplungen exothermer mit endothermen Reaktionen vereinfachen Reaktionsverläufe. Chemische Reaktionen sind umkehrbar. Redoxreaktionen sind Reaktionen mit Sauerstoffübergang.

8 Böden und Gesteine Vielfalt und Ordnung Elementfamilien, Atombau und Periodensystem: Alkali- und Erdalkalimetalle Halogene Atomsymbole Schalenmodell Atomare Masse, Isotope Ionenbindung und Ionenkristalle: Leitfähigkeit von Salzlösungen Ionenbindung Salzkristalle Chemische Formelschreibweise und Reaktionsgleichungen Unpolare und polare Atombindungen: Wasser, Sauerstoff, Stickstoff, CO 2 - Moleküle Wasserstoffbrücken und Hydratisierung Die Welt der Mineralien Aus tiefen Quellen Streusalz und Dünger wie viel verträgt der Boden? Der Aufbau des Periodensystems der Elemente basiert auf dem Atombau der Elemente. Die Anzahl der Protonen und Elektronen lässt sich aus der Ordnungszahl ablesen. Viele Eigenschaften kann man mithilfe des Schalenmodells der Atome erklären. Teilchen können Ionen sein. Viele kristalline Stoffe sind Ionenverbindungen. Teilchen können Moleküle sein, die durch Atombindungen zusammengehalten werden. Atombindungen können mithilfe des Kugelwolkenmodells erklärt werden. Atombindungen können polar oder unpolar sein; die Verbindungen haben ebenfalls einen polaren oder unpolaren Charakter. Wasser ist ein gutes Lösemittel; die Konzentrationen gelöster Bestandteile können bestimmt werden. Veränderungen von Elektronenzuständen sind mit Energieumsätzen verbunden. Das Erreichen energiearmer Zustände stellt die Triebkraft chemischer Reaktionen dar. Bei der Reaktion der Elementsubstanzen zu Ionenverbindungen erfolgen Elektronenübergänge. Mithilfe des Schalenmodells der Atome und der Stellung der Elemente im Periodensystem kann man die Bildung von Ionen erklären.

9 Metalle schützen und veredeln Freiwillige und erzwungene Elektronenübertragungen: Oxidationen als Elektronenübertrag ungsreaktionen Reaktionen zwischen Metallatomen und Metall- Ionen Einfache Elektrolysen und Galvanisieren Dem Rost auf der Spur Unedel- dennoch stabil Metallüberzüge: nicht nur Schutz vor Korrosion Rost ist eine chemische Verbindung des Eisens. Überzüge dienen dem Schutz der Metalle. Elektrolysen sind chemische Reaktionen, die durch elektrische Energie ermöglicht werden. Elektrochemische Reaktionen können nach dem Donator- Akzeptor-Prinzip als Aufnahme von Elektronen gedeutet werden. Reinigungsmi ttel Säuren und Laugen im Alltag Saure und alkalische Lösungen: Ionen in sauren und alkalischen Lösungen Neutralisation Stöchiometrische Berechnungen Küche und Bad Putz- und Reinigungsmittel Haut und Haar alles im neutralen Bereich? Säuren sind Stoffe, deren wässrige Lösungen Wasserstoff- Ionen enthalten. Metallhydroxide sind aus Metall-Ionen und Hydroxid-Ionen aufgebaut. Ihre Lösungen reagieren alkalisch. Die Anzahl der Teilchen ist quantifizierbar. Für gelöste Stoffe kann die Konzentration angegeben werden. Der ph-wert ist eine Maßzahl für die Konzentration der Wasserstofftionen. Auch bei Neutralisationsreaktionen wird Energie umgesetzt. Stoffe reagieren sauer, wenn ihre wässrigen Lösungen Wasserstoff-Ionen enthalten. Stoffe reagieren alkalisch, wenn ihre Lösungen Hydroxid-

10 Ionen enthalten. Saure Lösungen entstehen z:b. bei der Reaktion von Nichtmetalloxiden mit Wasser. Die Reaktionen von Säuren und Basen in wässrigen Lösungen lassen sich durch den Austausch von Wasserstoffionen nach dem Donator-Akzeptor-Prinzip deuten. Aus Formeln und Reaktionsgleichungen lassen sich quantitative Aussagen ermitteln. Mithilfe von Titrationen lassen sich Konzentrationen bestimmen. Zukunftssichere Energieversorgung Energie aus chemischen Reaktionen: Einfache Batterien Verbrennungen Brennstoffzelle Organische Chemie: Benzin: Alkane als Erdölprodukte Biodiesel Bioethanol Funktionelle Gruppen Strom ohne Steckdose Treibstoffe für Mobilität die Zukunft des Autos Nachwachsende Rohstoffe Kohlenwasserstoffe sind Molekülverbindungen, deren Zusammensetzung und Strukturen mithilfe von Summen- und Strukturformeln beschrieben werden können. Die räumliche Anordnung lässt sich mithilfe des Kugelwolkenmodells erläutern. Alkohole, Aldehyde, Ketone, Säuren sind Kohlenwasserstoffe mit charakteristischen funktionellen Gruppen. Das Funktionsprinzip von Batterien lässt sich beschreiben und erklären. Kohlenwasserstoff weisen große Beträge chemisch gebundener Energie auf. Energie kann bei Energieübertragungen entwertet werden. Energie kann gespeichert, übertragen, genutzt und entwertet werden.

11 Beschlussfassung: Fachkonferenz Chemie Elektrochemische Reaktionen verlaufen nach dem Donator- Akzeptor-Prinzip und sind reversibel. Kohlenwasserstoffe mit funktionellen Gruppen gehen charakteristische Reaktionen ein. Die Energienutzung im Motor und in der Brennstoffzelle kann beschrieben werden. Stoffkreisläufe sind aufeinander folgende chemische Reaktionen