gültig ab Schuljahr 2019/20
Fachlehrplan Chemie 13 (ABU) Fachoberschule, Chemie, Jahrgangsstufe 13
C13 Lernbereich 1: Wie Chemiker denken und arbeiten
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- kennen die Bedeutung der Gefahrstoffkennzeichnung und leiten daraus Maßnahmen zum sicherheitsgerechten Umgang mit Laborchemikalien und deren umweltgerechter Entsorgung ab.
- stellen theoriebasiert Hypothesen zu chemischen Fragestellungen auf und planen ausgehend von diesen überwiegend selbständig naturwissenschaftliche Untersuchungen.
- bereiten erhobene oder recherchierte Daten für die Auswertung auf, finden in diesen Daten Trends, Strukturen und Beziehungen und verifizieren bzw. falsifizieren die zugrundeliegende Hypothese.
- verwenden Modelle zur Veranschaulichung von Bindungsverhältnissen, Wechselwirkungen und räumlichen Anordnungen in komplexen organischen Molekülen (z. B. Polymeren), um die Reaktivität der jeweiligen Teilchen und die zugehörigen Stoffeigenschaften zu erklären. Sie bewerten die Aussagekraft von Modellen und begründen die Auswahl eines Modells zur Erklärung eines bestimmten Sachverhalts.
- nutzen die Fachsprache kontextbezogen, um chemische Sachverhalte adressatenbewusst zu erläutern.
- nutzen die Symbol- und Formelsprache zur Darstellung räumlicher Verhältnisse, zur Beschreibung von Polymerisationsreaktionen und zur Erklärung der dabei zugrunde liegenden Reaktionsmechanismen.
- stellen die Teilschritte von komplexen Reaktionsmechanismen nachvollziehbar dar und kennzeichnen dabei u. a. die Elektronenbewegungen.
- reflektieren sozioökonomische und ökologische Auswirkungen chemisch-technischer Entwicklungen und bewerten diese im Hinblick auf eine nachhaltige Entwicklung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Gefahrstoffkennzeichnung gemäß aktueller Richtlinien, Gefahrenpotenzial, Sicherheitsmaßnahmen, Entsorgung, Laborregeln und Sicherheitsunterweisung
- fachgemäße Arbeitstechniken, u. a. Verwendung von Molekülbaukästen, ggf. Verwendung von Programmen zur Moleküldarstellung, Herstellung von Kern- bzw. Schmierseife
- naturwissenschaftlicher Erkenntnisweg (Fragestellung, Hypothese, Experiment planen und durchführen, Datenauswertung und -interpretation): u. a. Ursachen für Mess- und Verfahrensfehler
- Anfertigung und Auswertung verschiedener Darstellungsformen (z. B. Tabellen, Diagramme, Mindmaps, ConceptMaps), u. a. Sach-, Adressaten- und Situationsbezug (Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen); Reaktionsmechanismus, Mesomerie
- Eigenschaften, Aussagekraft, Grenzen und Erweiterung von materiellen und ideellen Modellen, u. a. Elektronendichteverteilung, mesomere Grenzstrukturformeln, Schlüssel-Schloss-Modell
- Entwicklung und Eigenschaften naturwissenschaftlichen Wissens, u. a. Vorläufigkeit und Subjektivität naturwissenschaftlichen Wissens, Wandel von wissenschaftlichen Methoden als Ursache für moralische Konfliktfelder, Diskurs in der Gesellschaft
- Reaktionsschema, Reaktionsgleichung, Reaktionsmechanismus, Nomenklatur, Symbol- und Formelsprache, u. a. Fischer-Projektion, Haworth-Projektion, Repetiereinheit
- Entscheidungsfindung als systematischer und begründeter Prozess, u. a. nachhaltige Entwicklung (Stoffkreisläufe, ggf. weitere Themen)
C13 Lernbereich 2: Biomoleküle und Tenside
ca. 42 Std.
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- identifizieren über das Strukturmerkmal Estergruppe Fette als Ester und beschreiben den Bau von Fettmolekülen mit geeigneten Darstellungsformen, z. B. Skelettformel, Halbstrukturformel.
- erklären die physikalischen Eigenschaften von Fetten und fetten Ölen mit der unterschiedlichen Struktur von gesättigten und ungesättigten Fettsäureresten.
- leiten aus der systematischen Nomenklatur von Aminosäure-Molekülen deren Fischer-Projektionsformeln her, und beschreiben damit die Chiralität dieser Moleküle.
- beschreiben die Peptidbindung als Verknüpfungsprinzip innerhalb der Primärstruktur eines Polypeptids und erklären den räumlichen Bau sowie die Stabilität dieser Bindung, indem sie das Konzept der Mesomerie anwenden.
- weisen Proteine z. B. in Lebensmitteln nach, indem sie selbständig Nachweisreaktionen durchführen.
- erklären die Sekundärstruktur eines Proteins als Folge der zwischenmolekularen Wechselwirkung zwischen den Peptidgruppen und unterscheiden davon die Tertiärstruktur als Folge der Wechselwirkung zwischen den Seitenketten.
- begründen die Bedeutung des Schlüssel-Schloss-Prinzips für die spezifische katalytische Wirkung von Enzymen.
- prüfen die Wirksamkeit von Enzymen unter verschiedenen Reaktionsbedingungen, indem sie selbständig Versuche zur Denaturierung von Proteinen durchführen.
- nutzen Projektionsformeln, um die Ring-Ketten-Umlagerung bei Kohlenhydraten in wässriger Lösung zu beschreiben.
- vergleichen die Art der glykosidischen Bindung bei Maltose und Cellobiose, begründen die daraus resultierenden Polysaccharidstrukturen und erklären deren Eigenschaften.
- beurteilen Fette, Kohlenhydrate und Proteine hinsichtlich ihrer ernährungsphysiologischen Bedeutung und ihrer Verwendung als nachwachsende Rohstoffe.
- stellen durch geeignete Wahl der Ausgangsstoffe selbständig Kern- oder Schmierseife her und verwenden Reaktionsgleichungen, um die Bildung und die Eigenschaften von Seifen auf der Teilchenebene zu erklären.
- erklären mit dem Mechanismus der alkalischen Esterspaltung die Irreversibilität der baseninduzierten Verseifung im Gegensatz zur säurekatalysierten Esterspaltung und begründen so den Einsatz von Laugen bei der Seifenherstellung.
- vergleichen experimentell Seifen mit synthetischen Tensiden, um daraus deren Vor- und Nachteile abzuleiten.
- beschreiben die Zusammensetzung moderner Wasch- und Reinigungsmittel, um deren Funktionalität und Umweltverträglichkeit zu bewerten.
- erklären die Stabilität von Emulsionen in Lebensmitteln (z. B. Margarine) und Kosmetika (z. B. Lippenstift) mithilfe der Wirkungsweise von Emulgatoren.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Bau von Fettmolekülen: Carbonsäureester aus Propan‑1,2,3‑triol (Glycerin) und Fettsäuren, u. a. Palmitinsäure, Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure
- Zusammenhang zwischen Molekülbau und Eigenschaften von Fetten; Z‑Konfiguration bei ungesättigten Fettsäuren; Schmelzbereich und Löslichkeit
- α-Aminosäuren: Fischer-Projektion, D- und L-Formen, Chiralität
- Kondensation von L-α-Aminosäuren zu Peptiden: räumlicher Bau und Mesomerie der Peptidbindung
- Nachweisreaktion für Proteine: Biuret-Reaktion
- Strukturprinzipien der Proteine: Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur
- Enzyme: Biokatalysator, aktives Zentrum, Schlüssel-Schloss-Prinzip
- Schülerexperiment: Denaturierung von Proteinen
- Stereochemie am Beispiel der D-Glucose und D-Fructose: offenkettige Form, Fischer-Projektion, Anomere, α- und β-Form, Haworth-Projektion, Pyranose- und Furanose-Form, Gleichgewicht der Ring-Ketten-Umlagerung
- Maltose- und Cellobiose-Moleküle als Bausteine von Amylose- und Cellulose-Molekülen; räumlicher Bau von Amylose-, Amylopektin- und Cellulose-Molekülen (1,4- und 1,6-glykosidische Bindung)
- Eigenschaften der Stärke und Cellulose: Verdaulichkeit, Löslichkeit, Fasereigenschaft
- ernährungsphysiologische Bedeutung von Biomolekülen, z. B. Energielieferanten, Baustoffe
- Verwendung als nachwachsende Rohstoffe, z. B. Biokraftstoffe aus Fett bzw. Kohlenhydraten, Folien aus Kohlenhydraten bzw. Proteinen
- Schülerexperiment: Herstellen von Kern- bzw. Schmierseife
- Mechanismus der alkalischen Esterspaltung
- Eigenschaften von Seifen und synthetischen Tensiden im Vergleich: Grenzflächenaktivität, amphiphiler Charakter, alkalische Reaktion, Wasserhärteempfindlichkeit, Säureempfindlichkeit
- Zusammensetzung von Waschmitteln: Tenside, Gerüststoffe, Bleichmittel, Enzyme, optische Aufheller, Farbübertragungsinhibitoren, Vergrauungsinhibitoren, Schaumregulatoren
- Umweltproblematik beim Einsatz von Waschmitteln
- Wirkungsweise von Emulgatoren
C13 Lernbereich 3: Polymere
ca. 20 Std.
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- unterscheiden Kunststoffe hinsichtlich ihres thermischen Verhaltens und erklären dieses aufgrund des räumlichen Baus der Makromoleküle sowie deren zwischenmolekularer Wechselwirkungen.
- ordnen Kunststoffe den Gruppen Thermoplaste, Elastomere und Duroplaste zu, und bewerten deren Eignung für verschiedene Einsatzgebiete.
- formulieren den Reaktionsmechanismus für die radikalische Polymerisation und wenden diesen auf die Synthese verschiedener Polymere an.
- wenden das Konzept der Nukleophil-Elektrophil-Reaktion auf die Polykondensation und Polyaddition an, um den Aufbau entsprechender Polymere abzuleiten und die Reaktionsgleichungen aufzustellen.
- erläutern den Aufbau ausgewählter Biokunststoffe, indem sie die chemische Modifizierung der entsprechenden Biopolymere darlegen.
- stellen eine Stärkefolie her, um anschließend die darin enthaltene Stärke mithilfe einer Iod-Kaliumiodidlösung nachzuweisen.
- übertragen das Konzept der Polykondensation auf die Synthese von Polymilchsäure, um diese herzustellen.
- teilen ausgewählte Rohstoffe der Kunststoffproduktion hinsichtlich ihrer Herkunft ein, um sie im Kontext der Rohstoffverknappung zu bewerten.
- bewerten die ökologische und wirtschaftliche Bedeutung von Kunststoffabfall und vergleichen die Abläufe bei der Verwertung.
- beschreiben die Herstellung von Silikonen und den Bau von Silikonmolekülen, um die Eigenschaften der Silikone mit denen der Kunststoffe zu vergleichen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- Struktur und Eigenschaften der Kunststoffe (Thermoplast, Duroplast, Elastomer): Schmelzverhalten, Zersetzung, Härte, Elastizität
- Bauprinzip von Kunststoffen: Monomer, Polymer, Makromoleküle, Vernetzung
- Synthese von Kunststoffen durch radikalische Polymerisation (mit Reaktionsmechanismus: Startreaktion, Kettenreaktion, Kettenabbruch), Polykondensation (Polyester, Polyamid; bi- und trifunktionelle Monomere), Polyaddition (Polyurethan); Repetiereinheit
- Verwendung von Polymeren in Alltag und Technik: Natur- und Kunstfasern (u. a. Wolle, Seide, Baumwolle, Nylon, Polyethylenterephthalat), Ersatz von klassischen Werkstoffen, Spezialkunststoffe, z. B. Klebstoffe, Carbonfasern
- Biokunststoffe (z. B. Celluloseacetat, Cellophan, thermoplastische Stärke)
- Schülerexperiment: Herstellen von Stärkefolie, Stärkenachweis; Herstellen von Polymilchsäure
- fossile und nachwachsende Rohstoffe für die Kunststoffherstellung; rohstoffliche, werkstoffliche und energetische Verwertung von Kunststoffabfall; biologisch abbaubare Kunststoffe; Abfallvermeidung
- Verwendung von Silikonen als Beispiel für anorganische Polymere in Alltag und Technik
C13 Lernbereich 4: Stoffe mit delokalisierten Elektronensystemen
ca. 22 Std.
Kompetenzerwartungen
Die Schülerinnen und Schüler ...
- stellen delokalisierte Elektronen im Orbitalmodell dar, um die besonderen Eigenschaften von Benzol zu erklären.
- verwenden das Mesomeriemodell, um die Elektronenverteilung in delokalisierten Elektronensystemen in vereinfachter Weise darzustellen und bewerten die Modellhaftigkeit dieser Darstellungsform.
- ziehen induktive und mesomere Effekte als Erklärungsmodelle heran, um Acidität und Basizität ausgewählter Teilchen vergleichend zu begründen.
- vergleichen typische Reaktionen von gesättigten, ungesättigten und aromatischen Kohlenwasserstoffmolekülen mit Halogenmolekülen, indem sie die Änderung der Bindungsverhältnisse während des Reaktionsverlaufs als Reaktionsmechanismus darstellen.
- bewerten die Bedeutung aromatischer Verbindungen in Alltag und Industrie sowie die ggf. mit ihnen verbundene besondere Gesundheitsproblematik.
Inhalte zu den Kompetenzen:
- sp2-Hybridisierung der Kohlenstoffatome und Delokalisierung der π-Elektronen in Benzol
- mesomere Grenzstrukturen, Mesomerieenergie und Elektronendichteoberfläche in delokalisierten Elektronensystemen
- induktive und mesomere Effekte: Vergleich der Acidität von aliphatischen Alkoholen, Phenol und Carbonsäuren und der Basizität von aliphatischen Aminen und Anilin
- Reaktivität bei Alkanen, Alkenen und Aromaten: Homolyse, Heterolyse, Radikal, Nukleophil, Elektrophil; Halogenierung durch radikalische Substitution, elektrophile Addition (u. a. als Nachweis von Doppelbindungen) und elektrophile aromatische Substitution (Übergangszustand und Zwischenprodukt); SSS- und KKK-Regel
- Zweitsubstitution: dirigierende Wirkung (ortho/meta/para)
- Bedeutung, Umwelt- und Gesundheitsaspekte wichtiger aromatischer Verbindungen, u. a. Benzol, Benzoesäure, Styrol