Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen in die­ser Stun­de die Ent­wick­lung der Atom­bau-Mo­del­le. An­ge­fan­gen bei De­mo­krits Teil­chen­mo­dell wird die Ge­win­nung neu­er Er­kennt­nis­se durch Ex­pe­ri­men­te und die dar­aus re­sul­tie­ren­de An­pas­sung der Mo­del­le er­läu­tert. So ge­lan­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in die­ser Stun­de über Dal­tons Teil­chen­mo­dell und Thom­sons Ro­si­nen­ku­chen­mo­dell schließ­lich durch Ru­ther­fords Be­ob­ach­tun­gen in sei­nem be­rühm­ten Streu­ver­such zum Kern-Hül­le-Mo­dell. Dar­über hin­aus setzt sich die Stun­de auch mit der Funk­ti­on von Mo­del­len aus­ein­an­der und er­läu­tert, wie sich die­se ent­wi­ckeln und da­bei hel­fen, kom­ple­xe Phä­no­me­ne dar­zu­stel­len und an­schau­lich zu er­klä­ren.

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schäf­ti­gen sich in die­ser Stun­de mit dem Atom­bau und ler­nen da­bei das Scha­len­mo­dell ken­nen. Ein­ge­führt wird die­ses neue Mo­dell durch ei­nen Ver­such zur Flam­men­fär­bung. Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­ste­hen, wes­halb das Kern-Hül­le-Mo­dell an der Dar­stel­lung der Be­ob­ach­tun­gen schei­tert, und ge­lan­gen auf der Su­che nach ei­ner Er­klä­rung des Ver­suchs-Phä­no­mens zu ei­nem neu­en Atom­mo­dell – dem Scha­len­mo­dell. Der Auf­bau des Atoms im Scha­len­mo­dell wird er­läu­tert und mit Bei­spie­len ver­tieft. Dar­über hin­aus wer­den die Be­grif­fe Va­lenz­scha­le so­wie Va­lenz­elek­tro­nen ein­ge­führt. Zu­letzt wird ein Blick auf das En­er­gie­stu­fen­mo­dell bzw. En­er­gie­ni­veau­sche­ma ge­wor­fen und her­aus­ge­stellt, wel­che Re­le­vanz die­se Mo­del­le für das Ver­ste­hen von che­mi­scher Re­ak­ti­vi­tät be­sit­zen.

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schäf­ti­gen sich in die­ser Stun­de mit der Ord­nung von che­mi­schen Ele­men­ten. Da­bei wer­den wich­ti­ge Mei­len­stei­ne auf dem Weg zum mo­der­nen Pe­ri­oden­sys­tem wie die Ent­de­ckung zu­vor un­be­kann­ter Ele­men­te, die De­fi­ni­ti­on des Ele­ment­be­griffs so­wie die Ein­füh­rung der Sym­bol­schreib­wei­se be­han­delt. Da­nach ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler, wie Di­mi­trij Men­de­le­jew die Ele­men­te schließ­lich ord­ne­te. Im Fol­gen­den wer­den der Auf­bau so­wie die Ord­nungs­prin­zi­pi­en des Pe­ri­oden­sys­tems der Ele­men­te vor­ge­stellt.

Die Schü­ler/-in­nen und Schü­ler set­zen sich mit der Welt der Ato­me aus­ein­an­der. Da­bei ler­nen sie die Di­men­sio­nen ken­nen, in de­nen sich die Grö­ße und Mas­se die­ser kleins­ten Teil­chen be­we­gen. Die Ein­hei­ten der Atom­mas­se so­wie die der mo­la­ren Mas­se wer­den be­spro­chen und mit dem Pe­ri­oden­sys­tem ver­knüpft. Mit­hil­fe der Kennt­nis­se vom Auf­bau der Ato­me und un­ter Ver­wen­dung des Pe­ri­oden­sys­tems der Ele­men­te er­ler­nen die Schü­ler/-in­nen Ele­ment-Steck­brie­fe zu er­stel­len und lö­sen da­mit ein Rät­sel, in dem nach ei­nem be­stimm­ten Ele­ment ge­sucht wird.

Die Schü­ler/-in­nen ler­nen in die­ser Stun­de drei Haupt­grup­pen des Pe­ri­oden­sys­tems ken­nen: Die Al­ka­li­me­tal­le, die Ha­lo­ge­ne und die Edel­ga­se. Sie be­schäf­ti­gen sich da­bei mit den cha­rak­te­ris­ti­schen Ei­gen­schaf­ten der Ele­men­te und er­fah­ren et­was über ihre An­wen­dungs­be­rei­che. Die ähn­li­chen Ei­gen­schaf­ten der Ele­men­te in­ner­halb der je­wei­li­gen Haupt­grup­pe ler­nen die Schü­ler/-in­nen mit dem Scha­len­mo­dell zu er­klä­ren. Sie grei­fen da­für auf die Edel­gas­kon­fi­gu­ra­ti­on zu­rück, die von den Ele­men­ten an­ge­strebt wird. Da­bei wird klar, dass das che­mi­sche Ver­hal­ten der Ele­men­te maß­geb­lich durch die Va­lenz­elek­tro­nen be­stimmt wird.

Die Schü­ler/-in­nen und Schü­ler ler­nen meh­re­re Ele­men­te des Pe­ri­oden­sys­tems ken­nen. Zu­nächst be­schäf­ti­gen sie sich mit den Erd­al­ka­li­me­tall, de­ren Re­ak­ti­vi­tät und An­wen­dungs­fel­dern. Im An­schluss sto­ßen die Schü­ler/-in­nen auf Alu­mi­ni­um als ei­nem Ver­tre­ter der drit­ten Haupt­grup­pe, be­vor auch die vier­te Haupt­grup­pe be­trach­tet wird. Die Schü­ler/-in­nen ler­nen mit Dia­mant und Gra­phit zwei ver­schie­de­ne Mo­di­fi­ka­tio­nen des Koh­len­stoffs ken­nen und kön­nen ihre dif­fe­rie­ren­den Ei­gen­schaf­ten durch die un­ter­schied­li­che Ver­knüp­fung der Ato­me er­klä­ren. Zu­letzt wird mit dem Si­li­zi­um auch ein Halb­me­tall vor­ge­stellt und sei­ne Be­deu­tung in der Tech­no­lo­gie be­spro­chen.

Die Schü­ler/-in­nen ler­nen in die­ser Stun­de Iso­to­pe ken­nen. Sie kön­nen er­klä­ren, wo­durch sich die­se aus­zeich­nen und wel­chen Ein­fluss sie auf die Mas­sen­zahl ei­nes Ele­ments im Pe­ri­oden­sys­tem ha­ben. Dar­über hin­aus ler­nen die Schü­ler-/in­nen An­wen­dungs­bei­spie­le für die Iso­to­pen­un­ter­su­chung ken­nen. Sie ver­ste­hen, wie es zu re­gio­na­len Un­ter­schie­den der Iso­to­pen­ver­tei­lung kommt und wie die­se bei Le­bens­mit­tel­kon­trol­len hel­fen. Da­ne­ben set­zen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler auch mit in­sta­bi­len Iso­to­pen aus­ein­an­der und kön­nen er­klä­ren, wie mit­hil­fe der Ra­dio­kar­bon­me­tho­de das Al­ter ar­chäo­lo­gi­scher Fun­de da­tiert wer­den kann.

Die Schü­ler/-in­nen ler­nen an­hand der All­tags­che­mi­ka­lie Koch­salz die Ei­gen­schaf­ten so­wie den grund­le­gen­den Auf­bau von Sal­zen ken­nen und er­hal­ten so eine Ein­füh­rung in die­se neue Stoff­grup­pe. Die Schü­ler/-in­nen wis­sen, was Io­nen sind, und ler­nen die Io­nen­bin­dung ken­nen. In der Fol­ge ler­nen sie die NaCl-Kris­tall­struk­tur als Bei­spiel für eine re­gel­mä­ßi­ge An­ord­nung ei­nes Io­nen­git­ters im Kris­tall ken­nen. Dar­über hin­aus kön­nen sie cha­rak­te­ris­ti­sche Ei­gen­schaf­ten von Sal­zen wie Leit­fä­hig­keit, Sprö­dig­keit und hohe Schmelz­tem­pe­ra­tu­ren be­nen­nen und mit­hil­fe des che­mi­schen Auf­baus der Io­nen­ver­bin­dun­gen er­klä­ren.

Die Schü­ler/-in­nen ler­nen die Bil­dung von Io­nen und die Ent­ste­hung von Na­tri­um­chlo­rid mit­tels ei­nes ein­fa­chen Atom­mo­dells ken­nen, das im Lau­fe der Stun­de zum Scha­len­mo­dell er­wei­tert wird. Da­bei wer­den die Prin­zi­pi­en der Elek­tro­nen­über­tra­gung un­ter­sucht und die Be­grif­fe Va­lenz­scha­le und Va­lenz­elek­tro­nen ein­ge­führt. Die Bil­dung mehr­wer­ti­ger Io­nen wird da­durch er­läu­tert. Die Schü­ler/-in­nen ler­nen im Ex­pe­ri­ment die che­mi­sche Syn­the­se von Na­tri­um­chlo­rid und Ma­gne­si­um­i­odid so­wie Ge­win­nung von Sal­zen aus Lö­sung ken­nen.

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen in die­ser Stun­de die Be­deu­tung von Sal­zen für un­se­re Ge­sund­heit und die Um­welt ken­nen. Sie be­ob­ach­ten die was­ser­ent­zie­hen­de Wir­kung von Koch­salz in ei­nem Ex­pe­ri­ment und zie­hen dar­aus Schlüs­se hin­sicht­lich ne­ga­ti­ver Aus­wir­kun­gen von Sal­zen auf un­se­re Er­näh­rung und die Na­tur. Dar­über hin­aus ler­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Ge­frier­punkt­s­er­nied­ri­gung ken­nen und kön­nen die­ses Phä­no­men mit­hil­fe ei­nes ein­fa­chen Teil­chen­mo­dells er­klä­ren. Au­ßer­dem er­fah­ren sie ei­ni­ges über die Ver­wen­dung von Sal­zen in Le­bens­mit­teln so­wie in der Land­wirt­schaft. Am Bei­spiel des Ni­trats wird auch hier die Wich­tig­keit ei­ner ver­ant­wor­tungs­vol­len Aus­brin­gung in die Um­welt ver­deut­licht.

In der Stun­de „Elek­tro­nen­paar­bin­dung und mo­le­ku­la­re Stof­fe“ wie­der­ho­len die Schü­ler/-in­nen die Bil­dung von Io­nen und ar­bei­ten auf die­sem Weg die Be­deu­tung der Edel­gas­kon­fi­gu­ra­ti­on und der Va­lenz­elek­tro­nen her­aus. Dar­auf auf­bau­end ler­nen sie die Elek­tro­nen­schreib­wei­se ken­nen und be­schäf­ti­gen sich drauf auf­bau­end mit Elek­tro­nen­paar­bin­dun­gen zwi­schen Nicht­me­tal­len. Da­bei wird die Bil­dung zwei­ato­mi­ger Mo­le­kü­le wie Was­ser­stoff und Chlor un­ter Be­rück­sich­ti­gung des Stre­bens der Ato­me nach Er­rei­chen der Edel­gas­kon­fi­gu­ra­ti­on be­han­delt. Zu­letzt voll­zie­hen die Schü­ler/-in­nen nach, wes­halb die Edel­ga­se als ein­zel­ne Ato­me sta­bil sind und kei­ne Bin­dun­gen ein­ge­hen.

In der Stun­de „Was­ser und Luft – Ein Ein­blick in die Struk­tur der Mo­le­kü­le“ be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit den Mo­le­kül- und Va­lenz­strich­for­meln der Haupt­be­stand­tei­le der Luft so­wie des Was­sers. Da­bei ler­nen sie, den Auf­bau mo­le­ku­la­rer Stof­fe und die Aus­bil­dung von Elek­tro­nen­paar­bin­dun­gen auf Grund­la­ge der Edel­gas­re­gel zu er­klä­ren. In die­sem Zu­sam­men­hang voll­zie­hen sie au­ßer­dem die Aus­bil­dung von Mehr­fach­bin­dun­gen nach. Aus­ge­hend von der Be­trach­tung der Va­lenz­elek­tro­nen der Ato­me ver­ste­hen die Schü­ler/-in­nen, wie die Struk­tur­for­meln von Koh­len­di­oxid, Was­ser so­wie den Ele­ment­mole­kü­len Stick­stoff und Sauer­stoff auf­ge­baut sind und un­ter­schei­den zwi­schen bin­den­den und nicht­bin­den­den Elek­tro­nen­paa­ren.

In der Stun­de „Die Me­tall­bin­dung“ ler­nen die Schü­ler/-in­nen die na­mens­ge­ben­de Bin­dungs­art nä­her ken­nen. Sie ver­ste­hen, wie es zur Aus­bil­dung der Me­tall­bin­dung kommt und kön­nen die Be­grif­fe „Atom­rumpf“ und „Elek­tro­nen­gas“ ein­ord­nen. Auf­bau­end auf den Er­kennt­nis­sen zum Auf­bau von Me­tal­len be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit den cha­rak­te­ris­ti­schen Ei­gen­schaf­ten die­ser Stoff­grup­pe – die gute Wär­me­leit­fä­hig­keit, so­wie elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit, Ver­form­bar­keit und Me­tall­glanz. Die Schü­ler/-in­nen ler­nen die­se Be­son­der­hei­ten der Me­tal­le durch an­schau­li­che Ex­pe­ri­men­te ken­nen und sind in der Lage, die cha­rak­te­ris­ti­schen Ei­gen­schaf­ten die­ser Stoff­grup­pe mit ih­rem Wis­sen über die Me­tall­bin­dung zu er­klä­ren.

In der Stun­de be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit der Mo­le­kül­geo­me­trie. Aus­ge­hend von der Ver­knüp­fung der Ato­me in Mo­le­kü­len durch Elek­tro­nen­paar­bin­dun­gen stel­len sie Va­lenz­strich­for­meln auf und schlie­ßen da­mit auf die drei­di­men­sio­na­le Struk­tur der Mo­le­kü­le. In der Stun­de ler­nen die Schü­ler/-in­nen so die ein­fa­chen Mo­le­kül­struk­tu­ren von Chlor­was­ser­stoff, Koh­len­stoff­di­oxid, Am­mo­ni­ak und Me­than ken­nen. Sie be­grün­den die nicht-pla­na­re Geo­me­trie der Mo­le­kül­struk­tu­ren von Am­mo­ni­ak und Me­than mit­hil­fe des Elek­tro­nen­paar­ab­sto­ßungs­mo­dells und voll­zie­hen die Mi­ni­mie­rung der Elek­tro­nen­paar­ab­sto­ßung im Te­tra­eder mit ei­nem an­schau­li­chen Ex­pe­ri­ment nach. Dar­über hin­aus ar­bei­ten sie den Un­ter­schied zwi­schen Va­lenz­strich­for­mel und drei­di­men­sio­na­lem Mo­dell her­aus.

In der Stun­de „Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät und Di­po­le“ ler­nen die Schü­ler/-in­nen po­la­re Elek­tro­nen­paar­bin­dun­gen ken­nen und er­klä­ren die­se mit­hil­fe des Kon­zepts der Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät. Sie ord­nen die Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät ei­nes Atoms als des­sen Fä­hig­keit ein, Bin­dungs­elek­tro­nen an­zu­zie­hen, und voll­zie­hen die Trends im Pe­ri­oden­sys­tem nach. Auf­bau­end auf der Po­la­ri­sie­rung von Bin­dun­gen und dem Auf­tre­ten von Teil­la­dun­gen ler­nen die Schü­ler/-in­nen den Be­griff des Di­pols ken­nen. Sie er­ken­nen den Di­pol­cha­rak­ter des Was­sers in ei­nem an­schau­li­chen Ex­pe­ri­ment. Dar­über hin­aus kön­nen sie durch Be­trach­tung der La­dungs­schwer­punk­te er­klä­ren, war­um es sich bei Koh­len­di­oxid nicht um ei­nen Di­pol han­delt.

In der Stun­de be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit ei­nem all­täg­li­chen und gleich­zei­tig be­son­de­ren Stoff. Dazu über­prü­fen sie mit dem Hof­mann­schen Zer­set­zungs­ap­pa­rat zu­nächst, aus wel­chen Ele­men­ten Was­ser be­steht und wie Was­ser­stoff und Sauer­stoff nach­ge­wie­sen wer­den kön­nen. Im An­schluss er­klä­ren die Schü­ler/-in­nen die Struk­tur des Was­ser­mo­le­küls mit dem Elek­tro­nen­paar­ab­sto­ßungs­mo­dell und iden­ti­fi­zie­ren das Mo­le­kül als Di­pol. Auf­bau­end dar­auf ler­nen sie die Was­ser­stoff­brü­cke als be­son­de­re zwi­schen­mo­le­ku­la­re Wech­sel­wir­kung ken­nen und er­klä­ren mit die­sem Wis­sen Sie­de­tem­pe­ra­tur, Ober­flä­chen­span­nung und den Dich­te­un­ter­schied zwi­schen flüs­si­gem Was­ser und Eis.

In der Stun­de „Lös­lich­kei­ten und Ten­si­de“ ler­nen die Schü­ler/-in­nen das Lös­lich­keits­ver­hal­ten po­la­rer und un­po­la­rer Stof­fe ken­nen und be­schrei­ben die­se mit den Be­grif­fen hy­dro­phil und hy­dro­phob so­wie li­po­phil und li­po­phob. Sie er­ken­nen die Grün­de da­für in Wech­sel­wir­kun­gen wie den Was­ser­stoff­brü­cken und füh­ren die Aus­bil­dung die­ser auf die Struk­tur der Mo­le­kü­le zu­rück. Dar­auf auf­bau­end ler­nen die Schü­ler/-in­nen Ten­si­de als Bei­spie­le für am­phip­hi­le Mo­le­kü­le ken­nen und er­klä­ren de­ren Nut­zen in all­täg­li­chen An­wen­dun­gen so­wie ihre Aus­wir­kung auf die Ober­flä­chen­span­nung von Was­ser.

In der Stun­de „Lö­sung und Kris­tal­li­sa­ti­on“ ler­nen die Schü­ler/-in­nen die Um­kehr­bar­keit von Lö­sung und Kris­tal­li­sa­ti­on ken­nen. Da­bei stel­len sie an­hand von Ex­pe­ri­men­ten die Tem­pe­ra­tur­ab­hän­gig­keit von Lö­sungs­ge­schwin­dig­keit so­wie Lös­lich­keit fest. Die Schü­ler/-in­nen er­klä­ren die Tem­pe­ra­tur­zu­nah­me bzw. -ab­nah­me beim Lö­sen von Sal­zen in Was­ser als exo­ther­me bzw. en­do­ther­me Pro­zes­se, in­dem sie die Be­grif­fe der Git­ter- so­wie der Hy­dra­ta­ti­ons­en­er­gie ken­nen­ler­nen und so auf die Lö­se­e­ner­gie schlie­ßen. Den um­ge­kehr­ten Pro­zess der Kris­tal­li­sa­ti­on be­trach­ten sie schließ­lich im Zuge der Kris­tal­li­sa­ti­on aus ei­ner über­sät­tig­ten Na­tri­um­acetat­lö­sung. So ler­nen die Schü­ler/-in­nen die Kris­tal­li­sa­ti­ons­wär­me ken­nen und kön­nen das Funk­ti­ons­prin­zip ei­nes Hand­wär­mers er­klä­ren.

In der Stun­de ler­nen die Schü­ler/-in­nen, wie Stof­fe ei­ner je­wei­li­gen Klas­se auf­ge­baut sind und wel­che Bin­dungs­art ihr vor­herrscht. Auf­bau­end auf der Un­ter­schei­dung zwi­schen Me­tall­bin­dung, Elek­tro­nen­paar­bin­dung und Io­nen­bin­dung und den Be­grif­fen des Me­tall- bzw. Io­nen­git­ters be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit den cha­rak­te­ris­ti­schen Ei­gen­schaf­ten der Stoff­grup­pen, ver­glei­chen ihre äu­ße­re Er­schei­nung, Schmelz- und Sie­de­tem­pe­ra­tu­ren, Ver­form­bar­keit so­wie die elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit. Her­aus­ge­stell­te Un­ter­schie­de wer­den da­bei auf das Wis­sen über den Auf­bau der Stof­fe zu­rück­ge­führt und er­mög­li­chen eine Dif­fe­ren­zie­rung der drei gro­ßen che­mi­schen Stoff­klas­sen.

In der Stun­de be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit dem Bau der Stof­fe und ar­bei­ten da­bei zu­nächst die drei grund­le­gen­den Bin­dungs­ar­ten – die Me­tall­bin­dung, die Elek­tro­nen­paar­bin­dung und die Io­nen­bin­dung her­aus. Da­bei er­ken­nen sie die An­zie­hung ent­ge­gen­ge­setz­ter La­dun­gen als die Ba­sis der Elek­tro­sta­tik wie­der. Dar­über hin­aus be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen mit dem Auf­tre­ten flüs­si­ger so­wie fes­ter mo­le­ku­la­rer Stof­fe und füh­ren den Zu­sam­men­halt der Mo­le­kü­le auf zwi­schen­mo­le­ku­la­re Wech­sel­wir­kun­gen zu­rück. Auf­bau­end auf dem Kon­zept der Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät und der Aus­bil­dung ei­nes Di­pol­cha­rak­ters der Mo­le­kü­le ler­nen die Schü­ler/-in­nen zu­nächst Di­pol-Di­pol-Wech­sel­wir­kun­gen wie die Was­ser­stoff­brü­cke ken­nen, be­vor sie sich ab­schlie­ßend mit den Van-der-Waals-Kräf­ten be­schäf­ti­gen, wo­bei sie un­ter an­de­rem den Trend der Sie­de­punk­te der Ha­lo­ge­ne er­klä­ren.

In der Stun­de ler­nen die Schü­ler/-in­nen phy­si­ka­li­sche Vor­gän­ge und che­mi­sche Re­ak­tio­nen an­hand von All­tags­ge­gen­stän­den ken­nen. Sie ar­bei­ten die Un­ter­schie­de zwi­schen den bei­den Be­grif­fen her­aus und be­trach­ten die­se mit­hil­fe an­schau­li­cher Ex­pe­ri­men­te. Dar­auf auf­bau­end de­fi­nie­ren sie die che­mi­sche Re­ak­ti­on als eine Stoff­um­wand­lung und ler­nen die Be­grif­fe Edukt und Pro­dukt ken­nen. Zu­letzt be­trach­ten die Schü­ler/-in­nen die Re­ak­ti­on von Kup­fer und Schwe­fel zu Kup­fer­sul­fid und stel­len die Wort­glei­chung zur Re­ak­ti­on auf.

In der Stun­de „Feu­er und Flam­me – Ver­bren­nungs­re­ak­tio­nen“ be­schäf­ti­gen sich die Schü­le­rin­nen und Schü­ler mit dem Phä­no­men der Ver­bren­nung. Vor dem Hin­ter­grund der Be­deu­tung des Feu­ers als Mei­len­stein der mensch­li­chen Ent­wick­lung stel­len sie da­bei schnell fest, dass es sich bei der Ver­bren­nung um eine che­mi­sche Re­ak­ti­on mit cha­rak­te­ris­ti­schen Ei­gen­schaf­ten han­delt. Sie be­ob­ach­ten da­bei die zur Mas­se­ab­nah­me ei­nes Streich­hol­zes schein­bar wi­der­sprüch­li­che Mas­se­zu­nah­me bei der Ver­bren­nung von Ei­sen­wol­le und ge­hen die­sen Phä­no­me­nen in Ex­pe­ri­men­ten auf den Grund. Da­bei er­ken­nen sie die Rol­le des Sauer­stoffs als Edukt der Ver­bren­nungs­re­ak­ti­on und kön­nen die zu­vor ge­mach­ten Be­ob­ach­tun­gen durch Be­trach­tung der Re­ak­ti­ons­pro­duk­te Koh­len­stoff­di­oxid be­zie­hungs­wei­se Ei­senn­oxid er­klä­ren.

Die Schü­ler/-in­nen ler­nen die drei Be­din­gun­gen ken­nen, die für das Ent­ste­hen ei­nes Bran­des er­füllt sein müs­sen. Mit an­schau­li­chen Ex­pe­ri­men­ten er­ar­bei­ten sie so das Ver­bren­nungs­drei­eck, das ih­nen in der Fol­ge eine Ant­wort auf die Fra­ge gibt, wie Brän­de ge­löscht wer­den kön­nen oder sich ver­hin­dern las­sen. Die Schü­ler/-in­nen be­ob­ach­ten, dass ein Feu­er Brenn­stoff, Sauer­stoff und Wär­me be­nö­tigt und er­lischt, wenn eine der drei Be­din­gun­gen nicht er­füllt ist. Dies iden­ti­fi­zie­ren die Schü­ler/-in­nen als den Schlüs­sel zur Brand­be­kämp­fung und ler­nen in der Fol­ge die fünf ver­schie­de­nen Brand­klas­sen ken­nen. Durch ein­drucks­vol­le Ex­pe­ri­men­te ver­ste­hen sie, dass das Lösch­mit­tel an die Brand­klas­se an­ge­passt wer­den muss.

Die Schü­ler/-in­nen kön­nen Lei­ter und Nicht­lei­ter bei Fest­stof­fen und Flüs­sig­kei­ten un­ter­schei­den. Die Exis­tenz frei­er La­dungs­trä­ger in ei­nem Stoff er­ken­nen sie als Ur­sa­che der elek­tri­schen Leit­fä­hig­keit. Sie ken­nen das Elek­tro­nen­gas­mo­dell zur Be­schrei­bung der elek­tri­schen Leit­fä­hig­keit von Me­tal­len. Au­ßer­dem ver­ste­hen sie, wie Was­ser durch ge­lös­te Sal­ze leit­fä­hig wird. Am Bei­spiel ei­ner Koch­salz­lö­sung kön­nen sie die elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit der Lö­sung ex­pe­ri­men­tell nach­wei­sen. Sie kön­nen die Dis­so­zia­ti­on der Koch­salz­kris­tal­le in Na­tri­um-Kat­io­nen und Chlo­rid-An­io­nen er­klä­ren. Au­ßer­dem kön­nen sie ei­nen Ver­such zur Io­nen­wan­de­rung mit ver­dünn­ter Salz­säu­re und ver­dünn­ter Na­tron­lau­ge durch­füh­ren und die Be­we­gungs­rich­tung der Io­nen vor­her­sa­gen.

Die Schü­ler/-in­nen ken­nen die Be­din­gung der Me­tall­ab­schei­dung ei­nes Me­talls aus ei­ner Me­tall­salz­lö­sung auf ei­nem Fest­kör­per aus Me­tall, in­fol­ge ei­ner frei­wil­li­gen Re­do­xre­ak­ti­on. Aus der Un­ter­su­chung ver­schie­de­ner Me­tal­le und ent­spre­chen­der Me­tall­salz­lö­sun­gen kön­nen sie eine Re­do­xrei­he er­stel­len. Sie wis­sen, dass die Re­do­xrei­he zur elek­tro­che­mi­schen Span­nungs­rei­he ge­hört. Sie kön­nen die Stan­dard­po­ten­tia­le ver­schie­de­ner Re­dox-Paa­re mes­sen und da­mit die Re­dox-Paa­re rich­tig in die Span­nungs­rei­he ein­ord­nen. Sie wis­sen, dass das Stan­dard­po­ten­ti­al umso hö­her ist, je ed­ler ein Me­tall ist.

Die Schü­ler/-in­nen kön­nen mit All­tags­ge­gen­stän­den ein Vol­ta-Ele­ment und eine Vol­ta­sche Säu­le nach­bau­en. Sie wis­sen, dass ein Vol­ta-Ele­ment aus ei­nem ed­len Me­tall, ei­nem un­ed­len Me­tall und ei­nem Elek­tro­ly­ten auf­ge­baut ist. Die Vol­ta­sche Säu­le er­ken­nen sie als Rei­hen­schal­tung ein­zel­ner Vol­ta-Ele­men­te. Sie ken­nen zu­dem die Gren­zen des Vol­ta-Ele­ments als Grund­form ei­ner ein­fa­chen Bat­te­rie. Das Da­ni­ell-Ele­ment er­ken­nen sie als Wei­ter­ent­wick­lung des Vol­ta-Ele­ments. Sie ver­ste­hen, dass durch das Ein­tau­chen der Kup­fer­elek­tro­de in Kup­fer­sul­fat­lö­sung deut­lich mehr Kup­fer-Kat­io­nen zur Re­duk­ti­on be­reit­ste­hen. Den kon­stan­te­ren Strom­fluss und die ma­xi­mal mög­li­che Span­nung un­ter Stan­dard­be­din­gun­gen er­ken­nen die Schü­ler/-in­nen als Vor­tei­le ge­gen­über dem Vol­ta-Ele­ment. Zu­letzt ver­ste­hen sie die Funk­ti­ons­wei­se ei­nes Dia­phrag­mas, das eine Dif­fu­si­on der Elek­tro­ly­te in den bei­den Halb­zel­len ver­hin­dert, aber ei­nen La­dungs­aus­gleich er­mög­licht.

Die Schü­ler/-in­nen ken­nen das his­to­ri­sche Le­clan­ché-Ele­ment und sei­ne Ent­wick­lung vom Nasse­le­ment zum Tro­cken­ele­ment. Die Be­deu­tung der Tro­cken­bat­te­rie für den all­täg­li­chen und mo­bi­len Ge­brauch ist ih­nen be­wusst. Sie kön­nen ein Le­clan­ché-Ele­ment nach­bil­den und Span­nungs­mes­sun­gen durch­füh­ren. Un­ter Be­las­tung kön­nen sie eine Mess­rei­he auf­neh­men und dar­aus eine Be­las­tungs­kur­ve ab­lei­ten. Sie ken­nen da­mit den ty­pi­schen Ver­lauf der Be­las­tungs­kur­ve ei­ner Bat­te­rie. Die Schü­ler/-in­nen wis­sen au­ßer­dem, dass die heu­ti­ge Zink-Koh­le-Bat­te­rie eine Wei­ter­ent­wick­lung des his­to­ri­schen Le­clan­ché-Ele­ments dar­stellt. Sie kön­nen den Auf­bau ei­ner Zink-Koh­le-Bat­te­rie be­schrei­ben. Die Ge­fahr des Aus­lau­fens in­fol­ge der Zer­set­zung des Zink­be­chers er­ken­nen sie als ei­nen gro­ßen Nach­teil der Zink-Koh­le-Bat­te­rie. Ih­nen ist be­wusst, dass die­ses Pro­blem bei den heu­te ver­brei­te­ten Al­ka­li-Man­gan-Bat­te­ri­en ge­löst wur­de. Zu­letzt wis­sen sie auch, dass die Al­ka­li-Man­gan-Bat­te­ri­en bes­se­re Be­las­tungs­kur­ven vor­wei­sen kön­nen und sich so­mit lang­sa­mer ent­la­den.

Die Schü­ler/-in­nen wis­sen, dass das Ver­fah­ren der Elek­tro­ly­se dazu dient, che­mi­sche Ver­bin­dun­gen zu tren­nen. Sie ver­ste­hen, dass mit Hil­fe der Elek­tro­ly­se Was­ser­stoff aus Was­ser ge­won­nen wer­den kann. Die Be­deu­tung des Was­ser­stoffs als Kraft­stoff für Was­ser­stoff­au­tos ist ih­nen be­wusst. Sie kön­nen eine al­ka­li­sche Was­ser­elek­tro­ly­se durch­füh­ren. Die Ent­ste­hung von Was­ser­stoff kön­nen sie mit ei­ner Knall­gas­pro­be nach­wei­sen. Mit ei­ner Glimm­span­pro­be kön­nen sie auch die Ent­ste­hung von Sauer­stoff nach­wei­sen. Sie kön­nen au­ßer­dem die elek­tro­che­mi­schen Pro­zes­se er­klä­ren, die zur Tren­nung von Was­ser­stoff und Sauer­stoff füh­ren. Zu­letzt kön­nen sie auch die Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen an­ge­ben. Ih­nen ist be­wusst, dass bei der Elek­tro­ly­se eine er­zwun­ge­ne Re­do­xre­ak­ti­on statt­fin­det.

Die Schü­ler/-in­nen ken­nen die Be­deu­tung der Ak­ku­mu­la­to­ren in un­se­rem all­täg­li­chen Le­ben. Die Mög­lich­keit ei­nen Ak­ku­mu­la­tor wie­der auf­zu­la­den, er­ken­nen sie als gro­ßen Vor­teil ge­gen­über den Pri­mär­bat­te­ri­en. Sie kön­nen er­klä­ren, wie sich ein Ak­ku­mu­la­tor per Elek­tro­ly­se auf­la­den lässt. Ih­nen ist be­wusst, dass der Ent­la­de­vor­gang zu ei­nem Span­nungs­ver­lust und der La­de­pro­zess zu ei­ner Span­nungs­er­hö­hung führt. Sie wis­sen, dass der Ak­ku­mu­la­tor bei aus­rei­chen­der La­de­zeit wie­der sei­ne ma­xi­ma­le Span­nung er­reicht. Am Bei­spiel ei­nes Zin­ki­odid-Ak­ku­mu­la­tors kön­nen sie die elek­tro­che­mi­schen Vor­gän­ge ex­pe­ri­men­tell über­prü­fen und theo­re­tisch er­klä­ren. Dazu kön­nen sie auch die Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen für den Lade- und Ent­la­de­pro­zess an­ge­ben. Sie er­ken­nen, dass die Um­kehr­bar­keit der frei­wil­lig ab­lau­fen­den Re­do­xre­ak­ti­on beim Ent­la­den die not­wen­di­ge Vor­aus­set­zung für die Funk­ti­ons­fä­hig­keit ei­nes Ak­ku­mu­la­tors ist.

Die Schü­ler/-in­nen wis­sen, dass eine Brenn­stoff­zel­le che­mi­sche En­er­gie in elek­tri­sche En­er­gie um­wan­delt. Am Bei­spiel ei­ner PEM-Brenn­stoff­zel­le kön­nen sie den Vor­gang der kal­ten Ver­bren­nung er­klä­ren. Ih­nen ist be­wusst, dass der Brenn­stoff und das Oxi­da­ti­ons­mit­tel kon­ti­nu­ier­lich zu­ge­führt wer­den. Sie kön­nen die Re­ak­ti­ons­glei­chung der Re­do­xre­ak­ti­on ei­ner Was­ser­stoff-Sauer­stoff-Brenn­stoff­zel­le an­ge­ben. Au­ßer­dem kön­nen sie per Elek­tro­ly­se mit ei­ner re­ver­si­blen PEM-Brenn­stoff­zel­le den Brenn­stoff und das Oxi­da­ti­ons­mit­tel wie­der zu­rück­ge­win­nen. Sie wis­sen, dass die Elek­tro­ly­se im Kon­text mit der Brenn­stoff­zel­len-Tech­no­lo­gie auch in­dus­tri­ell mit er­neu­er­ba­ren En­er­gi­en er­fol­gen kann. In der Elek­tro­mo­bi­li­tät er­ken­nen sie das schnel­le Tan­ken des (grü­nen) Was­ser­stoffs als Vor­teil ge­gen­über der län­ge­ren La­de­zeit der Ak­ku­mu­la­to­ren her­kömm­li­cher Elek­tro­fahr­zeu­ge.

Die Schü­ler/-in­nen wis­sen, dass die Kor­ro­si­on im All­ge­mei­nen eine Re­ak­ti­on ei­nes Werk­stoffs mit sei­ner Um­ge­bung dar­stellt, die zu mess­ba­ren Ver­än­de­run­gen des Werk­stoffs führt. Rost, den sie aus ih­rem All­tag ken­nen, kön­nen sie als ty­pi­sches Kor­ro­si­ons­pro­dukt be­nen­nen. Sie kön­nen er­klä­ren, wie Rost durch den Kon­takt von Ei­sen mit Sauer­stoff und Was­ser ent­steht. Ih­nen ist be­wusst, dass ge­lös­te Sal­ze im Was­ser die Leit­fä­hig­keit er­hö­hen und den Kor­ro­si­ons­pro­zess be­schleu­ni­gen. Eben­so ist ih­nen klar, dass der Kon­takt mit ei­nem ed­le­ren Me­tall zu ei­ner Be­schleu­ni­gung der Kor­ro­si­on führt. Zu­dem kön­nen sie ex­pe­ri­men­tell zei­gen, wie ein un­ed­le­res Me­tall Ei­sen vor Kor­ro­si­on schüt­zen kann. Sie er­ken­nen das un­ed­le­re Me­tall als Op­fer­an­ode, das Elek­tro­nen spen­det und an­stel­le des Ei­sens oxi­diert wird.

Schü­ler/-in­nen ken­nen die Ge­fah­ren im Che­mie­un­ter­richt so­wie den di­rek­ten Be­zug zu ih­rem All­tag. Sie ha­ben ge­lernt, wo­durch Ge­fah­ren ent­ste­hen, wie man die­se ver­mei­det und im Ge­fah­ren­fall kor­rekt han­delt. Sie sind nun in der Lage, si­cher im Che­mie­raum zu ar­bei­ten und sind über Ge­fahr­stof­fe und Ge­rä­te so­wie den kor­rek­ten Um­gang mit die­sen in­for­miert. Das ver­mit­tel­te Wis­sen hilft ih­nen, um auch im All­tag sinn­vol­le Ent­schei­dun­gen in Be­zug auf Ge­fahr­stof­fe im Haus­halt und de­ren Um­gang tref­fen zu kön­nen. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben er­kannt, dass die in die­sem Zu­sam­men­hang be­spro­che­nen Stof­fe, Maß­nah­men und Ver­hal­tens­wei­sen teil­wei­se be­reits aus dem All­tag be­kannt sind und für sie eine ent­schei­den­de Rol­le spie­len.

Die Schü­ler/-in­nen ken­nen die wich­ti­gen fos­si­len Roh­stof­fe so­wie de­ren Ent­ste­hung und Ver­wen­dung. Sie ha­ben ge­se­hen, dass es sich bei Erd­öl um ein Stoff­ge­misch han­delt und wie es mit Hil­fe der frak­tio­nier­ten De­stil­la­ti­on ver­ar­bei­tet wird und wel­che Pro­duk­te da­bei ge­won­nen wer­den. Durch den Be­zug zum All­tag kön­nen sie den Zu­sam­men­hang zwi­schen Roh­stoff­prei­sen und den Prei­sen für Ge­gen­stän­de oder Le­bens­mit­tel aus dem All­tag her­stel­len. Am Haupt­be­stand­teil des Erd­ga­ses – dem Me­than – wird an­schau­lich ge­zeigt, wie die­ses auch durch Stoff­wech­sel­pro­zes­se ent­ste­hen kann. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben er­kannt, dass die­se Pro­zes­se ge­nutzt wer­den kön­nen, um bio­lo­gi­sche Ab­fäl­le zu Bio­gas um­zu­wan­deln. Über das Me­than ha­ben die Schü­ler den Be­zug zu den Koh­len­was­ser­stof­fen so­wie der or­ga­ni­schen Che­mie ge­knüpft und ken­nen­ge­lernt, was sich mit der Sum­men- oder Struk­tur­for­mel über ein be­stimm­tes Mo­le­kül dar­stel­len lässt.

Die Schü­ler/-in­nen sind ver­traut mit den Koh­len­was­ser­stof­fen und ins­be­son­de­re mit der Stoff­klas­se der Al­ka­ne. Sie ha­ben ge­lernt, dass Al­ka­ne zu den grund­le­gends­ten Koh­len­was­ser­stof­fen ge­hö­ren und ver­ste­hen den Be­griff der ho­mo­lo­gen Rei­he. Mit dem Fo­kus auf die An­zahl der Koh­len­stoff­ato­me konn­ten sie ein Ver­ständ­nis für die Van-der-Waals-Kräf­te ent­wi­ckeln und de­ren Aus­wir­kun­gen auf Ei­gen­schaf­ten wie Schmelz- und Sie­de­tem­pe­ra­tur, Vis­ko­si­tät so­wie Ag­gre­gat­zu­stand. Die Schü­ler/-in­nen konn­ten iden­ti­fi­zie­ren, wel­che Stof­fe bei der Ver­bren­nung von Al­ka­nen ent­ste­hen und wis­sen, wie man die­se nach­wei­sen kann. Sie kön­nen nun an­hand von Iso­me­rie er­klä­ren, wie aus der­sel­ben An­zahl an Ato­men ver­schie­de­ne Mo­le­kü­le mit un­ter­schied­li­chen Ei­gen­schaf­ten ent­ste­hen kön­nen. Durch die Ver­bin­dung zur All­tags­welt, bei­spiels­wei­se am Bei­spiel von Ben­zin, ha­ben sie er­kannt, wel­che wich­ti­ge Rol­le Al­ka­ne und ihre Iso­me­re dort spie­len.

Die Schü­ler/-in­nen sind ver­traut mit den un­ge­sät­tig­ten Koh­len­was­ser­stof­fen und der Stoff­klas­se der Al­ke­ne und Al­ki­ne. Sie ha­ben ge­lernt, dass Al­ke­ne und Al­ki­ne eben­falls wie die Al­ka­ne eine ho­mo­lo­ge Rei­he bil­den und wie sich in­ner­halb die­ser Stoff­ei­gen­schaf­ten wie Sie­de- und Schmelz­tem­pe­ra­tur oder Ag­gre­gat­zu­stand än­dern. Die Schü­ler/-in­nen ken­nen den Un­ter­schied zwi­schen ge­sät­tig­ten und un­ge­sät­tig­ten Koh­len­was­ser­stof­fen und wis­sen, wie sie sich nach­wei­sen las­sen. Sie ha­ben ge­lernt, dass che­mi­sche Mo­le­kü­le un­ter­schied­li­che Na­men ha­ben kön­nen und wis­sen nun Al­ke­ne und Al­ki­ne sys­te­ma­tisch zu be­zeich­nen. Durch Be­schäf­ti­gung mit der Rei­fung von Obst, der Pro­duk­ti­on von Kunst­stof­fen oder der Ver­ar­bei­tung von Me­tall ist ih­nen be­wusst, wel­che wich­ti­ge Rol­le in der All­tags­welt Al­ke­ne und Al­ki­ne spie­len.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ein so­li­des Ver­ständ­nis für die Stoff­klas­se der Al­ko­ho­le ent­wi­ckelt. Sie ha­ben ge­lernt, dass Al­ko­ho­le eine ho­mo­lo­ge Rei­he bil­den, sich struk­tu­rell von den Al­ka­nen ab­lei­ten las­sen und ver­schie­de­ne Stoff­ei­gen­schaf­ten wie Sie­de- und Schmelz­tem­pe­ra­tur oder Ag­gre­gat­zu­stand von der Ket­ten­län­ge ab­hän­gen. Da­bei ha­ben sie er­kannt, dass der Haupt­un­ter­schied zu den Al­ka­nen in der funk­tio­nel­len Grup­pe der Hy­dro­xy-Grup­pe liegt. Ver­schie­de­ne Ar­ten von Al­ko­holen und ihre mög­li­chen Ag­gre­gat­zu­stän­de ha­ben sie er­lernt und sind in der Lage, die­se kor­rekt zu be­nen­nen. An­hand prak­ti­scher Bei­spie­le wie der Gä­rung von Frucht­saft, der De­stil­la­ti­on von Al­ko­hol so­wie der Ver­wen­dung von Etha­nol als Ge­nuss­mit­tel und Brenn­stoff kön­nen die Schü­ler/-in­nen deut­lich ma­chen, wie re­le­vant das The­ma Al­ko­hol im All­tag ist.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ein so­li­des Ver­ständ­nis für die Stoff­klas­se der Al­kan­säu­ren ent­wi­ckelt. Sie ha­ben ge­lernt, dass Al­kan­säu­ren eine ho­mo­lo­ge Rei­he bil­den, ähn­lich den Al­ka­nen und Al­ko­holen. Die­se las­sen sich struk­tu­rell von ih­nen ab­lei­ten und wei­sen ver­schie­de­ne Stoff­ei­gen­schaf­ten wie Sie­de- und Schmelz­tem­pe­ra­tur so­wie Ag­gre­gat­zu­stand auf. Da­bei ha­ben sie er­kannt, dass die Al­kan­säu­ren sich durch ihre funk­tio­nel­le Grup­pe, die Car­b­oxyl-Grup­pe, aus­zeich­nen. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ver­schie­de­ne Al­kan­säu­ren, ihre Ei­gen­schaf­ten so­wie Ein­satz­mög­lich­kei­ten ken­nen­ge­lernt und sind nun in der Lage, sie kor­rekt zu be­nen­nen. An­hand von Bei­spie­len mit di­rek­tem All­tags­be­zug wie der Oxi­da­ti­on von Wein, der Kon­ser­vie­rung von Le­bens­mit­teln so­wie der Ver­wen­dung von Es­sig­säu­re als Le­bens­mit­tel und Roh­stoff für un­ter­schied­lichs­te Pro­duk­te ist ih­nen deut­lich ge­wor­den, wie re­le­vant das The­ma Al­kan­säu­ren im All­tag ist.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ein tief­grei­fen­des Ver­ständ­nis für die Stoff­klas­se der Es­ter ent­wi­ckelt. Sie ha­ben ge­lernt, dass Es­ter aus or­ga­ni­schen Säu­ren und Al­ko­holen ent­ste­hen und viel­fäl­ti­ge An­wen­dun­gen ha­ben, etwa in Aro­ma­stof­fen. Die Struk­tur und Ei­gen­schaf­ten von Es­tern, wie Duft und Lös­lich­keit, wur­den ein­ge­hend er­ör­tert. Die Schü­ler/-in­nen er­ken­nen die Be­deu­tung der funk­tio­nel­len Es­ter­grup­pe und ler­nen, Es­ter kor­rekt zu be­nen­nen. Durch prak­ti­sche Bei­spie­le, wie der Ver­wen­dung in Le­bens­mit­teln und Kos­me­ti­ka, wird ih­nen die All­tags­re­le­vanz die­ser che­mi­schen Ver­bin­dun­gen be­wusst.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ein tief­grei­fen­des Ver­ständ­nis für die or­ga­ni­schen Ver­bin­dungs­klas­sen der Al­de­hy­de und Ke­to­ne ent­wi­ckelt. Sie ha­ben ge­lernt, dass so­wohl Al­de­hy­de als auch Ke­to­ne cha­rak­te­ris­ti­sche Car­b­onyl­grup­pen ent­hal­ten, wo­bei sich de­ren Po­si­ti­on und an­gren­zen­de Grup­pen un­ter­schei­den. Durch prak­ti­sche Ex­pe­ri­men­te wie die Oxi­da­ti­on von Al­ko­holen zu Al­de­hy­den und Ke­to­nen so­wie spe­zi­fi­sche Nach­weis­re­ak­tio­nen wie den Sil­ber­spie­gel­test und den Nach­weis als Hy­dra­zon ha­ben die Schü­ler/-in­nen ge­lernt, die­se bei­den Ver­bin­dungs­klas­sen von­ein­an­der zu un­ter­schei­den. Dar­über hin­aus kön­nen sie die An­wen­dungs­be­rei­che von Al­de­hy­den und Ke­to­nen im All­tag, in der In­dus­trie und in bio­lo­gi­schen Pro­zes­sen er­ken­nen. Die Schü­ler/-in­nen sind nun in der Lage, die Struk­tur­for­meln von Al­de­hy­den und Ke­to­nen zu ver­ste­hen, ihre Na­men kor­rekt ab­zu­lei­ten und sie in ver­schie­de­nen Kon­tex­ten zu iden­ti­fi­zie­ren. Die prak­ti­sche An­wen­dung die­ses Wis­sens in all­täg­li­chen und wis­sen­schaft­li­chen Kon­tex­ten ha­ben sie an­hand von Bei­spie­le und Ex­pe­ri­men­te er­fah­ren, wo­durch ih­nen die Re­le­vanz die­ser or­ga­ni­schen Ver­bin­dun­gen im täg­li­chen Le­ben deut­lich ge­wor­den ist.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ein fun­dier­tes Ver­ständ­nis für die fas­zi­nie­ren­de Welt der Kunst­stof­fe ent­wi­ckelt. Sie ha­ben ge­lernt, dass Kunst­stof­fe eine viel­fäl­ti­ge Grup­pe von Ma­te­ria­li­en bil­den, die in un­se­rem täg­li­chen Le­ben weit ver­brei­tet sind. Die­se las­sen sich struk­tu­rell von an­de­ren Stof­fen ab­lei­ten und wei­sen eine be­ein­dru­cken­de Band­brei­te von Ei­gen­schaf­ten auf, dar­un­ter ihre Fle­xi­bi­li­tät, Här­te und Be­stän­dig­keit. Da­bei ha­ben sie er­kannt, dass Kunst­stof­fe sich durch ihre po­ly­me­re Struk­tur aus­zeich­nen. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben ver­schie­de­ne Ar­ten von Kunst­stof­fen, ihre Ei­gen­schaf­ten so­wie ihre zahl­rei­chen An­wen­dun­gen ken­nen­ge­lernt und sind nun in der Lage, die Be­deu­tung die­ser Ma­te­ria­li­en in un­se­rer mo­der­nen Welt zu schät­zen. An­hand von kon­kre­ten Bei­spie­len wie der Her­stel­lung von Plas­tik­fla­schen, der Ver­wen­dung von Kunst­stof­fen in der Me­di­zin und im Bau­we­sen so­wie den Um­welt­aus­wir­kun­gen von Plas­tik­müll ha­ben sie er­kannt, wie Kunst­stof­fe un­se­ren All­tag be­ein­flus­sen und wel­che Her­aus­for­de­run­gen im Um­gang mit ih­nen be­stehen.

Die Schü­ler/-in­nen er­hal­ten eine um­fas­sen­de Ein­füh­rung in die Re­ak­ti­ons­ty­pen der or­ga­ni­schen Che­mie. Sie ver­ste­hen, dass or­ga­ni­sche Re­ak­tio­nen oft auf we­ni­gen grund­le­gen­den Ty­pen ba­sie­ren, wie Ad­di­ti­ons- und Eli­mi­nie­rungs­re­ak­tio­nen. Durch prak­ti­sche Ex­pe­ri­men­te ler­nen sie, wie die­se Re­ak­tio­nen auf mo­le­ku­la­rer Ebe­ne ab­lau­fen und wel­che Rol­le funk­tio­nel­le Grup­pen da­bei spie­len. Sie sind in der Lage, die Me­cha­nis­men hin­ter die­sen Re­ak­tio­nen zu iden­ti­fi­zie­ren und zu er­klä­ren. Zu­dem ist ih­nen be­wusst, wie die­se Re­ak­tio­nen in All­tags­pro­duk­ten und in­dus­tri­el­len Pro­zes­sen An­wen­dung fin­den.

Die Schü­ler/-in­nen ha­ben eine um­fas­sen­de Ein­füh­rung in die Welt der Ami­no­säu­ren und Pro­te­ine er­hal­ten. Sie ver­ste­hen, dass Ami­no­säu­ren die grund­le­gen­den Bau­stei­ne von Pro­te­inen sind und er­ken­nen die Be­deu­tung von Pro­te­inen so­wohl für die mensch­li­che Ge­sund­heit als auch für in­dus­tri­el­le An­wen­dun­gen. Sie sind in der Lage, die Struk­tur­ebe­nen von Pro­te­inen zu iden­ti­fi­zie­ren und zu er­klä­ren, wie die Struk­tur ei­nes Pro­te­ins sei­ne Funk­ti­on be­stimmt. Sie ha­ben ex­pe­ri­men­tel­le Tech­ni­ken ken­nen­ge­lernt, um Pro­te­ine zu de­na­tu­rie­ren und nach­zu­wei­sen, und ver­ste­hen die Rol­le von es­sen­ti­el­len Ami­no­säu­ren in der Er­näh­rung. Durch die Ver­bin­dung von Che­mie mit all­täg­li­chen Phä­no­me­nen und der me­di­zi­ni­schen Pra­xis, wie der Hei­lung von Ver­let­zun­gen und der Ver­wen­dung von bio­lo­gisch ab­bau­ba­ren Po­ly­me­ren, ha­ben die Schü­ler/-in­nen ge­se­hen, wie Che­mie in der rea­len Welt an­ge­wen­det wird und wel­che Aus­wir­kun­gen sie auf un­ser täg­li­ches Le­ben hat.

Die Schü­ler/-in­nen er­lan­gen ein um­fas­sen­des Ver­ständ­nis für die Be­deu­tung und Funk­ti­on von Koh­len­hy­dra­ten in un­se­rer Er­näh­rung und de­ren che­mi­sche Grund­la­gen. Sie ver­ste­hen, dass Koh­len­hy­dra­te eine es­sen­zi­el­le En­er­gie­quel­le sind, und ler­nen ih­ren che­mi­schen Auf­bau ken­nen. An­hand von Ex­pe­ri­men­ten wie dem Iod-Stär­ke-Nach­weis und der Feh­ling-Pro­be er­fah­ren die Schü­ler/-in­nen prak­tisch, wie Koh­len­hy­dra­te in Le­bens­mit­teln nach­ge­wie­sen wer­den kön­nen. Dar­über hin­aus ler­nen sie die Viel­falt der Koh­len­hy­dra­te - von Ein­fach-, Zwei­fach- bis hin zu Mehr­fach­zu­ckern - ken­nen und kön­nen nach­voll­zie­hen, wie die­se im mensch­li­chen Kör­per ver­ar­bei­tet wer­den. Die Be­deu­tung von Koh­len­hy­dra­ten für sport­li­che Leis­tung und ge­sun­de Er­näh­rung ist den Schü­ler/-in­nen eben­so be­wusst wie die Un­ter­schei­dung zwi­schen ge­sun­den und we­ni­ger ge­sun­den Koh­len­hy­drat­quel­len. Sie ler­nen be­wuss­te Ent­schei­dun­gen über ihre Er­näh­rung zu tref­fen und ver­fü­gen über das nö­ti­ge Wis­sen, um die Rol­le von Koh­len­hy­dra­ten im mensch­li­chen Kör­per und in der Che­mie zu ver­ste­hen.

Die Schü­ler/-in­nen er­lan­gen ein tief­ge­hen­des Ver­ständ­nis für die Be­deu­tung und Viel­falt von Fet­ten und Ölen. Sie ler­nen, dass Fet­te und Öle nicht nur eine zen­tra­le Rol­le in der Er­näh­rung spie­len, son­dern auch in der Che­mie, Bio­lo­gie und in zahl­rei­chen in­dus­tri­el­len Pro­zes­sen un­ver­zicht­bar sind. Durch die Aus­ein­an­der­set­zung mit dem che­mi­schen Auf­bau von Fet­ten, ins­be­son­de­re der Un­ter­schei­dung zwi­schen ge­sät­tig­ten und un­ge­sät­tig­ten Fett­säu­ren, so­wie de­ren phy­si­ka­li­schen Ei­gen­schaf­ten und bio­lo­gi­schen Funk­tio­nen, sind die Schü­ler/-in­nen in der Lage, die Aus­wir­kun­gen ver­schie­de­ner Fet­te auf die Ge­sund­heit und die Um­welt zu be­wer­ten. Prak­ti­sche Ex­pe­ri­men­te wie die Un­ter­su­chung des Fett­ge­halts in Le­bens­mit­teln und die Ex­trak­ti­on von Fet­ten ver­mit­teln ih­nen ein an­schau­li­ches Bild der theo­re­ti­schen In­hal­te. Dar­über hin­aus ver­ste­hen sie, wie Fet­te in der Her­stel­lung von Pro­duk­ten wie Sei­fen, Kos­me­ti­ka und Bio­die­sel ver­wen­det wer­den und wel­che Rol­le nach­hal­ti­ge Pro­duk­ti­ons­me­tho­den da­bei spie­len. Die­ses Wis­sen be­fä­higt die Schü­ler/-in­nen, in­for­mier­te Ent­schei­dun­gen über ihre Er­näh­rung zu tref­fen und die Be­deu­tung von Fet­ten und Ölen im täg­li­chen Le­ben so­wie de­ren Ein­fluss auf die Um­welt zu er­ken­nen.

Die Schü­ler/in­nen er­ken­nen, dass funk­tio­nel­le Grup­pen ent­schei­dend für die Be­zeich­nung und Ein­tei­lung or­ga­ni­scher Mo­le­kü­le sind. Sie ha­ben ge­lernt, wel­che funk­tio­nel­len Grup­pen es gibt und wie die­se durch spe­zi­fi­sche Nach­weis­me­tho­den iden­ti­fi­ziert wer­den kön­nen. Durch aus­ge­wähl­te Ex­pe­ri­men­te wird der Zu­sam­men­hang zwi­schen der Struk­tur von Mo­le­kü­len und de­ren che­mi­schem Ver­hal­ten deut­lich ge­macht. Die Schü­ler/in­nen ent­wi­ckeln ein Ver­ständ­nis für die No­men­kla­tur der or­ga­ni­schen Che­mie und die Be­deu­tung der funk­tio­nel­len Grup­pen in der Che­mie.

Die Schü­ler/in­nen ken­nen die Stof­fe und Stoff­ei­gen­schaf­ten so­wie die stoff­li­che Be­schaf­fen­heit von Ge­gen­stän­den aus ih­rem All­tag. Sie ler­nen, dass Stoff­ei­gen­schaf­ten ih­nen die Klas­si­fi­zie­rung und Iden­ti­fi­zie­rung von zu­vor un­be­kann­ten Stof­fen mit Hil­fe der ge­lern­ten Un­ter­su­chun­gen er­mög­li­chen. Das ver­mit­tel­te Wis­sen über Ein­satz­be­rei­che, An­wen­dun­gen und mög­li­che Ge­fah­ren ver­schie­de­ner Stof­fe hilft ih­nen, um auch im All­tag sinn­vol­le Ent­schei­dun­gen zur Ver­wen­dung be­stimm­ter Ma­te­ria­li­en tref­fen zu kön­nen. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben er­kannt, dass die in die­sem Zu­sam­men­hang be­spro­che­nen Phä­no­me­ne größ­ten­teils be­reits auch aus dem All­tag be­kannt sind und auch in groß­tech­ni­schen Pro­zes­sen der Che­mie eine ent­schei­den­de Rol­le spie­len.

Die Schü­ler/in­nen ken­nen die Ag­gre­gat­zu­stän­de so­wie die Um­wand­lun­gen in­ein­an­der und kön­nen den Be­zug zum All­tag her­stel­len. Sie ha­ben ge­lernt, wel­che Ag­gre­gat­zu­stän­de es gibt und wel­che Ei­gen­schaf­ten die­se mit sich brin­gen. Zu­sam­men­hän­ge wer­den auf Grund­la­ge ei­nes ge­eig­ne­ten Mo­dells - dem Teil­chen­mo­dell - nach­voll­zieh­bar er­läu­tert. An­hand der ein­zel­nen Ag­gre­gat­zu­stän­de und de­ren Än­de­run­gen wer­den Be­zü­ge zwi­schen der Stoff- und Teil­chen­ebe­ne ver­an­schau­licht.

Die Schü­ler/-in­nen ken­nen die Rein­stof­fe und Stoff­ge­mi­sche so­wie den di­rek­ten Be­zug aus ih­rem All­tag. Sie ha­ben ge­lernt, wo­durch Rein­stof­fe und Stoff­ge­mi­sche ge­zeich­net sind und wie man die­se klas­si­fi­zie­ren und iden­ti­fi­zie­ren kann. Sie sind ab­schlie­ßend in der Lage, Stoff­ge­mi­sche an­hand der Stoff­ei­gen­schaf­ten ein­zu­ord­nen und ge­eig­ne­te Trenn­ver­fah­ren an­zu­wen­den. Das ver­mit­tel­te Wis­sen über die Trenn­ver­fah­ren ver­schie­de­ner Stof­fe hilft ih­nen, um auch im All­tag sinn­vol­le Ent­schei­dun­gen in Be­zug auf Wert­stoff­tren­nung und de­ren Rück­ge­win­nung tref­fen zu kön­nen. Die Schü­ler/-in­nen ha­ben er­kannt, dass die in die­sem Zu­sam­men­hang be­spro­che­nen Ver­fah­ren teil­wei­se be­reits aus dem All­tag be­kannt sind und auch in­dus­tri­ell eine ent­schei­den­de Rol­le spie­len.

Die Schü­ler/in­nen er­ken­nen, dass che­mi­sche Me­tho­den und Re­ak­tio­nen nicht nur zur Her­stel­lung, son­dern auch zur Un­ter­su­chung von Stof­fen ge­nutzt wer­den kön­nen. Sie ha­ben ge­lernt, wel­che Nach­weis­me­tho­den und -re­ak­tio­nen es gibt und wel­che Stof­fe sich da­mit spe­zi­fisch nach­wei­sen las­sen. Sie ler­nen, dass die Me­tho­den die Iden­ti­fi­zie­rung von zu­vor un­be­kann­ten Stof­fen er­mög­li­chen. Ex­pe­ri­men­te und Zu­sam­men­hän­ge wer­den durch die aus dem All­tag be­kann­ten und re­le­van­ten Stof­fe nach­voll­zieh­bar er­läu­tert und ein di­rek­ter Be­zug zwi­schen Me­tho­de, An­wen­dung und Er­kennt­nis er­mög­licht.

In der Stun­de „Le­gie­run­gen“ ler­nen die Schü­ler/-in­nen die Le­gie­rung als ho­mo­ge­nes, me­tall­hal­ti­ges Stoff­ge­misch ken­nen. Sie rei­sen da­bei zu­nächst in der Ge­schich­te zu­rück zu den An­fän­gen des Me­tall­zeit­al­ters und be­schäf­ti­gen mit der Be­deu­tung von Werk­stof­fen und de­ren Wei­ter­ent­wick­lung, wo­bei sie die Bron­ze als die ers­te von Men­schen her­ge­stell­te Le­gie­rung ken­nen. Dar­auf­hin be­schäf­ti­gen sich die Schü­ler/-in­nen auch mit an­de­ren Le­gie­run­gen, ih­ren Zu­sam­men­set­zun­gen und Ei­gen­schaf­ten. Sie ler­nen, war­um Le­gie­run­gen nütz­lich sind, und be­ob­ach­ten in ei­nem an­schau­li­chen Ex­pe­ri­ment die Her­stel­lung ei­ner Mes­sin­gle­gie­rung mit­hil­fe ei­ner Kup­fer­mün­ze. Zum Ab­schluss der Stun­de be­ob­ach­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Bil­dung ei­ner au­ßer­ge­wöhn­li­chen, bei Raum­tem­pe­ra­tur flüs­si­gen Le­gie­rung aus Gal­li­um, In­di­um und Zinn.

Die Schü­ler/-in­nen wer­den an­hand von All­tags­ma­te­ria­li­en an die Be­grif­fe Säu­ren und Ba­sen her­an­ge­führt. Sie ent­de­cken, in wel­chen Le­bens­mit­teln Säu­ren vor­han­den sind und wo­für man Ba­sen ver­wen­den kann. Sie ler­nen, wann man von sau­ren bzw. al­ka­li­schen Lö­sun­gen spricht und was in die­sem Zu­sam­men­hang eine Lau­ge ist. Mit­hil­fe von Ex­pe­ri­men­ten wer­den ei­ni­ge wich­ti­ge Ei­gen­schaf­ten von sau­ren und al­ka­li­schen Lö­sun­gen er­leb­bar ge­macht, wie z.B. ät­zen­de Wir­kung. Es wird vor­ge­führt, wie Säu­ren und Ba­sen mit­tels ei­nes In­di­ka­tors nach­ge­wie­sen und an­hand des pH-Werts un­ter­schie­den wer­den kön­nen.

Die Schü­ler/-in­nen ver­ste­hen, dass Säu­ren rei­ne Stof­fe sind, die fest, flüs­sig oder gas­för­mig vor­lie­gen kön­nen. In Was­ser bil­den sie sau­re Lö­sun­gen und ent­fal­ten erst dann ihre sau­ren Ei­gen­schaf­ten, wie zum Bei­spiel den sau­ren Ge­schmack ei­ner Zi­tro­ne. Grund da­für ist das Oxo­ni­um-Ion. Sau­re Lö­sun­gen wir­ken ät­zend auf Ober­flä­chen, ver­ur­sa­chen Kor­ro­si­on, re­agie­ren mit Kalk und ver­schie­de­nen Me­tal­len und lei­ten so­gar Strom. An­hand von ein­fach um­zu­set­zen­den Ex­pe­ri­men­ten se­hen die Schü­ler/-in­nen, wie sich die­se Ei­gen­schaf­ten aus­wir­ken. Sie ler­nen, dass Säu­ren ge­fähr­lich sein kön­nen und des­halb auf ent­spre­chen­de Ge­fah­ren­sym­bo­le und Schutz­aus­rüs­tung ge­ach­tet wer­den muss. Sie ken­nen die che­mi­schen Re­ak­tio­nen, die sich in der ät­zen­den bzw. kor­ro­si­ven Wir­kung von Säu­ren, der Leit­fä­hig­keit so­wie der Re­ak­ti­on mit un­ed­len Me­tal­len zei­gen.