Chemie – Ludwigsgymnasium Straubing

Exkursion der Klasse 6c zum Thema "Ökosystem Gewässer"

Gymnasialpreis Nachwachsende Rohstoffe 2019

Dr. Hans Riegel Fachpreise 2019

Das Fach

Zentrales Interesse der Chemie als Naturwissenschaft oder Schulfach sind die Eigenschaften der Stoffe, deren Aufbau und das Reaktionsverhalten. Man darf dabei ‚chemisch‘ nicht mit ‚künstlich hergestellt‘ verwechseln, denn alle Lebewesen und auch die unbelebte Umwelt bestehen gleichermaßen aus chemischen Stoffen – und das von Natur aus. Ein genauer Blick zeigt, dass Stoffe aus Atomen (z. B. Metalle wie Eisen), Molekülen (Atomverbände wie z. B. Wasser) oder Ionen (geladene Teilchen der Salze wie z. B. bei Kochsalz) aufgebaut sind. Das chemische Reaktionsverhalten dieser Teilchen hängt vom Aufbau der Elektronenhüllen ab. Diese bestimmen, was passiert und ob überhaupt etwas passiert, wenn zwei Teilchen zusammenstoßen.

Die Chemie betrifft unseren Alltag, unsere Ernährung, die Natur die uns umgibt, die Energie, die uns wärmt und Fahrzeuge antreibt, Häuser, Straßen, Pflegeprodukte und alle verwendeten Reinigungsmittel, uvm., und ist auch die Basis unserer stofflichen Existenz. Chemische Grundkenntnisse helfen damit bei Entscheidungen für eine gesunde Ernährung, der Wahl des Waschmittels, der Abfallentsorgung und bei Nachhaltigkeit, umweltbewusstem Verhalten, dem Verständnis der Klimaerwärmung, oder der Entdeckung neuer Werk- und Energiestoffe, die auf nachwachsenden Rohstoffen basieren. Ein fundiertes Basiswissen im Fach Chemie bildet auch die Grundlage eines naturwissenschaftlichen Studiengangs (Medizin, Pharmazie, Biologie, Ingenieurswissenschaften, Mechatronik, etc.) und somit die unverzichtbare Grundlage für die berufliche Zukunft.

Die Fachschaft Chemie arbeitet stets an der anschaulichen, alltagsnahen und praxisbezogenen Umsetzung der Lehrplaninhalte.

Und das wichtigste zum Schluss:

Chemie hat im Experiment auch einen hohen Spaßfaktor!

Die ästhetische Komponente wurde von der Fachschaft in einer filmischen Umsetzung verschiedener Experimente festgehalten.

Mehlstaubexplosion, gefilmt im Rahmen des Biologisch-Chemischen Praktikums

Lehrkräfte

Fachbetreuung

Dr. Franz Glaser

Seminarlehrer

Josef Weinberger

Hauptamtliche Lehrkräfte

Dr. Franz Glaser, Doris Hornfeck, Robert Jedlitschka, Michelle Schmidhuber, Josef Weinberger

Referendare

Felix Appelius, Barbara Balaz, Merle Klöckner, Moritz Schamburger, Sabrina Stündl, Eva Kammermeier
Lehrwerke und zugelassene Hilfsmittel
Am Ludwigsgymnasium werden in dem Fach Chemie folgende Schulbüchereingesetzt:

NTG
- 8. Klasse: Galvani Chemie 8 (Bayern)
- 9. Klasse: Galvani Chemie 9 (Bayern)
- 10. Klasse: Galvani Chemie 3 (Bayern)
SG
- 9. Klasse: Galvani Chemie 9S (Bayern)
- 10. Klasse: Galvani Chemie S2 (Bayern)
Q11/12
Schulaufgaben & Kurzarbeiten
NTG

8. – 10. Klasse: 2 Schulaufgaben

SG

9. + 10. Klasse: 2 Kurzarbeiten

Q11/12

1 Klausur pro Kurshalbjahr

Chemie in der Oberstufe

Q11/1

Aromatische Kohlenwasserstoffe (ca. 12 Std.)

Vergleich des charakteristischen Reaktionsverhalten dieser Verbindungsklasse mit dem bekannter Kohlenwasserstoffe
Mesomerie als Grundlage für das Verständnis der Bindung in aromatischen Molekülen
Reaktionsmechanismus der elektrophilen Substitution im Vergleich mit anderen bekannten Reaktionsmechanismen
Einfluss eines aromatischen Restes auf die Eigenschaften bekannter funktioneller Gruppen aromatischen Verbindungen als Grundstoffe zahlreicher Alltagsprodukte
Benzol als Aromat: Eigenschaften, Verwendung, Umwelt- und Gesundheitsaspekte
Mesomerie durch delokalisierte Elektronensysteme: Regeln zur Aufstellung von Grenzstrukturformeln, Mesomerieenergie
Halogenierung als elektrophile Substitution
Einfluss des Phenylrests auf die Acidität am Beispiel von Phenol und Anilin
Vergleich mit aliphatischen Alkoholen, Aminen und Carbonsäuren

Struktur und Eigenschaften von Farbstoffen (ca. 10 Std.)

Zusammenhang zwischen Absorptionsverhalten und Farbigkeit von Farbstofflösungen
Das Phänomen der Farbigkeit organischer Substanzen als Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung und Elektronen
Modellhafte Erklärung des Einfluss von Änderungen der Farbstoffmolekülstruktur auf die Farbigkeit
Synthetischen Azofarbstoffe und das Funktionsprinzip des Farbwechsels von Indikatoren
Der Einsatz von Farbstoffen zur Textilfärbung
Strukturelle Voraussetzungen von Lichtabsorption und Farbigkeit: delokalisierte Elektronensysteme, Einfluss von Substituenten
Naturfarbstoffe: Photosynthesepigment Chlorophyll und Bedeutung der Umwandlung von Lichtenergie in chem. Energie, Absorptionsspektrum von Chlorophyll
Azofarbstoffe als synthetische Farbstoffe: Struktur, Synthese (mit Mechanismus), Funktionsprinzip eines Indikators
Färbeverfahren: Küpenfärbung am Beispiel des Indigo

Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen, Fette und Tenside (ca. 10 Std. + ca. 12 Std.)

Bedeutung von Kunststoffen
Aufbau makromolekularer Stoffe aus einfachen Monomerbausteinen unter Anwendung bekannter Reaktionstypen
Erklärung von Eigenschaften aus deren makromolekularer Struktur
Synthese von Polymeren: radikalische Polymerisation Polyaddition (Polyurethan) Polykondensation (Polyamid, Polyester) Struktur und Eigenschaften von Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren Silikone und Carbonfasern als moderne Werkstoffe
Kunststoffabfall: Verbrennung, Verwertung, Vermeidung, Auseinandersetzung mit der ökologischen Dimension der Herstellung, Entsorgung und Wiederverwertung
Physikalische (Schmelzbereich, Löslichkeit)und chemische Stoffeigenschaften, Molekülstruktur
Biologische Bedeutung als Nahrungsmittel, gesunde Ernährung, Fetthärtung
Wirtschaftliche Bedeutung: Rolle der Fette als Energieträger und nachwachsende Rohstoffe, Verseifung von Fetten
Wirkungsweise waschaktiver Substanzen (Seifen und andere synthetischer Tenside), heutige Alltagsbedeutung
Neutralfette als Triacylglycerine: gesättigte und ungesättigte Fettsäuren
Amphiphile Eigenschaften und Grenzflächenaktivität von Tensiden, Vergleich von Seifen und Alkylbenzolsulfonaten

Q11/2

Kohlenhydrate und Stereoisomerie (ca. 15 Std.)

Phänomen der optischen Aktivität, Molekülchiralität als deren strukturelle Ursache
Bedeutung geringfügiger Unterschiede in den Molekülkonfigurationen auf biologische Systeme
Stärke und Cellulose als wichtige Speicher und Gerüststoffe
Nachweisreaktionen für Zucker
Stereoisomerie: Molekülchiralität als Voraussetzung für optische Aktivität, Enantiomerie und Diastereomerie, Fischer-Projektionsformeln; D- und L-Konfiguration an Beispielen
Isomerie bei Monosacchariden Kohlenhydrate als Polyhydroxycarbonylverbindungen; Fischer- und Haworth-Projektionsformeln, D-Glucose: Pyranosestruktur (nukleophile Addition); Mutarotation D-Fructose: Furanosestruktur; Keto-Enol-Tautomerie
Verknüpfungsprinzip bei Di- und Polysacchariden; Disaccharide: Maltose, Cellobiose, Saccharose; glykosidische Bindung; Fehling-Probe und Silberspiegel-Probe. Polysaccharide: Stärke und Cellulose als Reserve- und Gerüstpolysaccharide; Zusammenhänge zwischen Molekülstruktur und Stoffeigenschaft

Aminosäuren und Proteine (ca. 10 Std.)

Die besonderen Eigenschaften der Aminosäuren im Vergleich mit anderen Säuren und Basen
Molekülchiralität und Nomenklatur
Aminosäuren; Grundstruktur der α-Aminocarbonsäuren: Fischer-Projektionsformeln
Charakteristische Proteineigenschaften: Löslichkeit, Säure-Base-Eigenschaften; Zwitterionenstruktur, Prinzip der Elektrophorese, isoelektrischer Punkt
Peptide und Proteine; Peptidbindung als Verknüpfungsprinzip: räumlicher Bau, Nachweisreaktionen für Peptide
Proteinstruktur: Von der Primär- zur Quartärstruktur, fundamentale Bedeutung der Proteine für das Leben

Reaktionsgeschwindigkeit und Enzymkatalyse (ca. 15 Std.)

Quantitative Betrachtung des zeitlichen Aspekts chemischer Reaktionen
Bedeutung der Reaktionsgeschwindigkeit für technische und biologische Prozesse, Definition von momentaner und mittlerer Reaktionsgeschwindigkeit
Abhängigkeiten der Reaktionsgeschwindigkeit von den Reaktionsbedingungen, Aktivierungsenergie, Stoßtheorie als Erklärung der Aktivierung und Katalyse chemischer Reaktionen
Vorstellung von der Wirkungsweise der Enzyme (Schlüssel-Schloss-Modell), Substratspezifität, die Wirkungsspezifität und die charakteristische Abhängigkeit dieser Katalysatoren von den Milieubedingungen
Katalyse Enzyme: Substrat- und Wirkungsspezifität; Schlüssel-Schloss-Prinzip, Einfluss von Hemmstoffen Abhängigkeit der Enzymaktivität von Substratkonzentration, Temperatur, pH-Wert, Schwermetallionen

Q12/1

Chemisches Gleichgewicht: Grundlagen und Störung des Gleichgewichts

reversible Reaktionen und das dynamisches Gleichgewicht chemischer Prozesse, Hin- und Rückreaktion
Massenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante Kc als Werkzeug zur Vorhersage der Auswirkungen von Konzentrationsänderungen und der Durchführung von Berechnungen
Störung des Gleichgewichts; Das Prinzip von Le Chatelier und die qualitative Betrachtung des Einflusses von Außenfaktoren

Das chemisches Gleichgewicht und dessen Beeinflussung und Bedeutung in Natur und Technik

Die Bedeutung des Massenwirkungsgesetzes und des Prinzips von Le Chatelier für die Planung großtechnischer Verfahren (Haber-Bosch-Verfahren), Tropfsteinbildung, Versauerung der Ozeane usw.
Irreversibilität chemische Vorgänge in Lebewesen, Fließgleichgewichte, Entropie und Richtung chemischer Reaktionen

Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf Protolysegleichgewichte

Autoprotolyse und Massenwirkungsgesetz, Ionenprodukt des Wassers und pH-Wert
quantitative Betrachtungen von Säure-Base-Eigenschaften Säure- und Basenstärke: pKS- und pKB-Wert

Q12/2

Bedeutung von Protolysegleichgewichten

pH-Wert wässriger Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen
Säure-Base-Titration
Ermittlung und Interpretation von Titrationskurven: pKS-Bestimmung durch Halbtitration, Auswahl geeigneter Indikatoren
Puffersysteme: Wirkungsweise und Bedeutung Puffersystemen in der Natur und technischen Anwendungen

Grundlagen Redoxgleichgewichte

Standardpotentiale, die Richtung von Elektronenübergängen, Leerlaufspannungen in galvanischen Zellen
Verständnis der Umwandlung von elektrischer in chemische Energie bei der Elektrolyse
Aufgreifen von Grundwissen: Donator-Akzeptor-Prinzip; korrespondierende Redoxpaare galvanische Zelle: Leerlaufspannung als Potentialdifferenz
Spannungsreihe: Standard-Wasserstoff-Halbzelle, Standardpotentiale Konzentrationsabhängigkeit des Redoxpotentials: Konzentrationszelle und Nernstsche Gleichung

Elektrochemie in Alltag und Technik

Grundlagen Elektrolyse: Zersetzungsspannung und Phänomen der Überspannung
Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle, Korrosion und Korrosionsschutz bei Metallen; Kontaktelement

Wettbewerbe

Experimente antworten: Dies ist ein Landeswettbewerb des Bayerischen Kultusministeriums für die Klassen 5-10. Der Wettbewerb richtet sich in erster Linie an Schülerinnen und Schüler der Unterstufe des Gymnasiums. Dreimal pro Schuljahr wird eine Experimentieraufgabe zu einem naturwissenschaftlichen Phänomen gestellt, die selbstständig zuhause mithilfe von Alltagschemikalien und -geräten aus Drogerie und Baumarkt bewältigt werden können.
Dechemax: Der bundesweite Wettbewerb richtet sich an Schülerinnen und Schüler der Jahrgangsstufen 7 bis 11. Ein Wettbewerb mit mehreren Runden und aufsteigenden Schwierigkeitsgraden.
Jugend forscht: Bei dem bundesweiten Nachwuchswettbewerb werden besondere Leistungen und Begabungen in Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik gefördert. Die Forscherarbeiten (Erfindungen, Naturbeobachtungen, experimentelle Untersuchungen …) können selbständig zu Hause oder unter Betreuung im Rahmen des Wahlunterrichtes „Jugend forscht“ erstellt werden.
Internationale Chemie-Olympiade: Anspruchsvoll!

Links

Videos von Experimenten: Filmliste Biologie und Chemie
Grundwissen: Unterrichtsmaterial zu den entsprechenden Jahrgangsstufen liegt auf der Lernplattform Mebis bereit. Zugangsdaten sind beim Fachlehrer erhältlich.
chemie-interaktiv.net: Geniale Seite von Prof. Dr. M.W. Tausch, einem Chemie-Didaktiker der Universität Wuppertal, der sich auf interaktive Flash-Animation spezialisiert hat und hervorragende Vorstellungen der Teilchenebene liefert. Sehr hilfreich zum Grundverständnis der Chemie.
jumk.de/mein-pse: Das Periodensystem der Elemente in Bildern. Für Menschen, die sich das Bild eines Elements besser merken können als dessen aus wenigen Buchstaben bestehende Abkürzungen.
schule-bw.de (Chemie): Landesbildungsserver Baden-Württemberg. Sehr informative Seiten.
periodicvideos.com: Videoclipsammlung der Universität Nottingham zu den Elementen des Periodensystems, vorgetragen von einem echten Chemie-Nerds (Professoren mit eigenwilliger Haartracht, PSE-Krawatte und britischem Humor). Ebenso informativ wie lustig.
chemie.schule: Hamm’s Chemieseite. Schöne Seite eines Chemielehreres – aber Achtung: anderes Bundesland, die Verweise auf die Jahrgangsstufen sind oft unstimmig!
chemienet.info: Prof. Stuhlpfarrers Chemie-Seiten hier gibt es Zusammenfassungen, Versuchsvorschläge und viele online-Übungen (mit Lösungen). Aber Achtung: anderes Bundesland, die Verweise auf die Jahrgangsstufen sind oft unstimmig!
chemieunterricht-interaktiv.de: Eine Seite der Abteilung Didaktik der Chemie der Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg.
chemie-lernprogramme.de: Chemie-Lernprogramm-Seite für Schüler und Kollegen.
learningapps.org: Seite aufrufen, nach Chemie durchstöbern, fündig werden.
chemieunterricht.de: Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie, gut geeignet für Oberstufe, W-Seminare, fundierte Referate und Schüler mit Grundwissen.
chemgapedia.de: 1.700 Lerneinheiten mit ca. 25.000 Medienelementen und 900 Übungen für die Oberstufe und das Chemiestudium.
Mebis (ehemals Moodle): Hier gibt es Kurse zu den jeweiligen Jahrgansstufen die Grundwissen, Arbeitsblätter, Übungen, Präsentationen, Flash-Animationen, Übersichten usw. enthalten. Die Zugangsdaten zum Login erhaltet ihr von eurem Fachlehrer.

MINT-Tag 2020