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10 Chemie (SG, MuG, WSG 2)

Auf der Basis ihres Wissens über den Atombau und die Elektronenpaarbindung gewinnen die Schüler eine räumliche Molekülvorstellung, die ihnen hilft, die unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen Teilchen und deren Auswirkung auf charakteristische Stoffeigenschaften zu verstehen. Bei der Beschäftigung mit Protolyse- und Redoxreaktionen lernen sie, dass die Vielfalt chemischer Reaktionen auf wenige übertragbare Grundprinzipien zurückgeführt werden kann, und erkennen das prinzipiell erweiterbare Donator-Akzeptor-Konzept als wichtige Strukturierungshilfe.

Die erworbenen Kenntnisse und Fähigkeiten werden im zweiten Halbjahr anhand zunehmend komplexerer Themen aus der organischen Chemie wiederholt und vertieft. Darüber hinaus erweitern die Schüler auch ihre Kenntnisse über organische Stoffe, die, z. B. als wesentlicher Bestandteil aller Organismen und einer Vielzahl synthetischer Produkte, von großer Bedeutung für ihren Alltag sind. Einblicke in aktuelle Forschungsgebiete, das Aufgreifen relevanter Umweltaspekte und Fragen zu weltweiten Problemen der Grundstoff- und Energieversorgung lassen sie die Bedeutung der Chemie, aber auch die gesellschaftliche und die eigene Verantwortung für eine nachhaltige Entwicklung erkennen.

Nach Möglichkeit werden auch in dieser Jahrgangsstufe die experimentellen Fertigkeiten der Lernenden gefördert.

 

In der Jahrgangsstufe 10 erwerben die Schüler folgendes Grundwissen:
  • Sie sind in der Lage, den räumlichen Bau einfacher Moleküle zu beschreiben, daraus die zwischen den Molekülen herrschenden Kräfte abzuleiten und auf wesentliche Eigenschaften der Stoffe zu schließen.
  • Sie können das Donator-Akzeptor-Konzept auf Protolysereaktionen und Redoxreaktionen anwenden und die zugehörigen Reaktionsgleichungen formulieren.
  • Sie können eine Säure-Base-Titration durchführen und auswerten.
  • Sie kennen wichtige Alkane und Alkene und können die hier auftretenden Isomeriephänomene beschreiben.
  • Sie kennen wichtige sauerstoffhaltige organische Verbindungen und können Zusammenhänge zwischen deren molekularer Struktur und ihren Stoffeigenschaften erklären.
  • Sie kennen die Grundstruktur der Kohlenhydrate, Fette und Proteine.

C 10.1 Molekülstruktur und Stoffeigenschaften (ca. 10 Std.)

Die Schüler lernen das Orbital, bildhaft dargestellt, als Aufenthaltsraum von Elektronen kennen und leiten mithilfe des Elektronenpaarabstoßungsmodells den räumlichen Bau von Molekülen ab. Der Begriff der Elektronegativität ermöglicht den Lernenden den Zugang zum Verständnis der polaren Atombindung und den davon ausgehenden Wechselwirkungen. Die unterschiedlichen Beobachtungen beim Mischen polarer und unpolarer Stoffe, z. B. aus dem Haushalt, können sie dann durch den Vergleich der auftretenden zwischenmolekularen Kräfte erklären. Dabei erkennen sie die überragende Bedeutung des Wassers für das Leben auf der Erde.
  • ­­Orbital als Aufenthaltsraum der Elektronen
  • ­räumlicher Bau von Molekülen: Elektronenpaarabstoßungsmodell
  • ­polare Atombindung, Elektronegativität, Dipolmolekül
  • ­zwischenmolekulare Kräfte: Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte; Auswirkungen auf Löslichkeit und Aggregatzustand
  • ­Eigenschaften und Bedeutung des Wassers: Lösungsmittel, Dichteanomalie

C 10.2 Protonenübergänge (ca. 10 Std.)

Saure und basische Lösungen sind den Schülern aus ihrer Lebenswelt bekannt. Die beobachtbaren Phänomene lassen sich auf der Teilchenebene durch das Säure-Base-Konzept nach Brönsted erklären. Ihr Wissen über polare Bindungen und den Bau von Molekülen verhilft den Schülern   zu einem tieferen Verständnis der Protonenübergänge. Anhand der Durchführung und Auswertung einer Säure-Base-Titration lernen sie quantitative Aspekte des Donator-Akzeptor-Konzepts kennen und wiederholen Grundfertigkeiten in der Berechnung des Stoffumsatzes.
  • ­saure und basische Lösungen; Indikatoren
  • ­Säure als Protonendonator, Base als Protonenakzeptor, Ampholyt
  • ­Säure-Base-Reaktionen als Protonenübergänge
  • ­Neutralisation, Säure-Base-Titration, Stoffmengenkonzentration, Bedeutung des pH-Werts [→ M 10.3  Logarithmus]

C 10.3 Elektronenübergänge (ca. 8 Std.)

Die Elektronenaufnahme bzw. die Elektronenabgabe ist den Schülern bereits aus dem Vorjahr von der Salzbildung aus Elementen bekannt. Durch die Übertragung des Donator-Akzeptor-Konzepts auf Elektronenübergänge erkennen sie nun die Analogie zu den Säure-Base-Reaktionen. Die Einführung der Oxidationszahl erweitert dieses Konzept über die Ionenverbindungen hinaus und erleichtert den Schülern das Erkennen und Formulieren von Redoxreaktionen. Die große Bedeutung von Redoxvorgängen wird an einigen Beispielen aus Alltag und Technik deutlich.

  • ­Oxidation als Elektronenabgabe, Reduktion als Elektronenaufnahme
  • Redoxreaktionen als Elektronenübergänge; Reduktionsmittel als Elektronendonatoren, Oxidationsmittel als Elektronenakzeptoren; Oxidationszahl
  • ­Anwendungen zur Auswahl: z. B. Taschenlampenbatterie, Akkumulator, Elektrolyse, Brennstoffzelle

C 10.4 Reaktionsverhalten organischer Verbindungen (ca. 28 Std.)

Am Beispiel alltagsrelevanter organischer Stoffe lernen die Schüler die für Kohlenstoffverbindungen charakteristischen Bindungsverhältnisse kennen. Bei der Auseinandersetzung mit verschiedenen organischen Stoffklassen erkennen sie die Auswirkungen von funktionellen Gruppen auf physikalische Stoffeigenschaften und können diese auf der Grundlage der jeweils auftretenden zwischenmolekularen Wechselwirkungen erklären. Das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen interpretieren sie auch anhand der bekannten Donator-Akzeptor-Konzepte. Am Beispiel wichtiger Biomoleküle lernen sie deren biologische Bedeutung kennen und erarbeiten den Zusammenhang zwischen zunehmend komplexeren molekularen Strukturen und Stoffeigenschaften. Zur Veranschaulichung dieser Molekülstrukturen nutzen sie moderne Visualisierungstechniken z. B. am Computer

Kohlenwasserstoffe

  • ­Vorstellen wichtiger Vertreter aus Alltag und Technik: Brennbarkeit, Löslichkeit
  • ­Gewinnung aus Erdöl; Kohlenstoffkreislauf und Treibhauseffekt
  • ­homologe Reihe der Alkane, Konstitutionsisomerie; Siedetemperaturen
  • ­Vergleich der Halogenierung von Alkanen und Alkenen
  • ­Umweltrelevanz von Halogenalkanen; Ozonthematik

Sauerstoffhaltige organische Verbindungen

  • ­Vorstellen wichtiger Vertreter der Alkohole, Carbonylverbindungen und Carbonsäuren sowie ihrer funktionellen Gruppen
  • ­Einfluss funktioneller Gruppen auf physikalische Eigenschaften
  • ­Oxidierbarkeit von Alkoholen und Carbonylverbindungen; Fehling-Probe
  • ­Kohlenhydrate als mehrfunktionelle Verbindungen: offenkettige Form und Ringschluss der Glucose, Stärke [→ B 10.1 Ernährung, Stoffwechsel]
  • ­Carbonsäuren: Acidität der Carboxygruppe
  • ­Veresterung als reversible Reaktion, chemisches Gleichgewicht (kein MWG); Fette als Ester [→ B 10.1 Ernährung]
  • ­Bedeutung in Natur, Alltag und Technik; Gärung, physiologische Wirkung des Ethanols

Aminocarbonsäuren und Proteine

  • funktionelle Gruppen; Basizität der Aminogruppe, Zwitterionenstruktur
  • Peptidbindung
  • ­Proteine: Makromoleküle aus Aminosäuren; biologische Bedeutung [→ B 10.1 Stoffwechsel]

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