Lehrplan PLUS

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Aspekte der Chemie 13 (erweiterndes Wahlpflichtfach G, S, W, IW)

gültig ab Schuljahr 2019/20

Der Lernbereich 1 ist verpflichtend zu unterrichten, aus den optionalen Lernbereichen müssen zudem mindestens drei Lernbereiche umgesetzt werden.

C 13 Lernbereich 1: Wie Chemiker denken und arbeiten
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • kennen die Bedeutung der Gefahrstoffkennzeichnung und leiten daraus Maßnahmen zum sicherheitsgerechten Umgang mit Laborchemikalien und deren umweltgerechter Entsorgung ab und setzen diese um.
  • setzen fachgemäße Arbeitstechniken bei der selbständigen, sicherheitsgerechten Durchführung qualitativer und quantitativer naturwissenschaftlicher Untersuchungen ein. Dabei nehmen sie mithilfe verschiedener Darstellungsformen die Dokumentation, Auswertung und Veranschaulichung der erhobenen Daten selbständig vor.
  • leiten aus alltäglichen und technischen Phänomenen chemische Fragestellungen ab, planen hypothesengeleitet qualitative Experimente zu deren Beantwortung und führen diese z. T. durch.
  • erkennen Trends, Strukturen und Beziehungen in erhobenen oder recherchierten Daten und beurteilen deren Aussagekraft.
  • verwenden Modelle zur Veranschaulichung von Bindungsverhältnissen, Wechselwirkungen und räumlichen Anordnungen in einfachen organischen Molekülen, um die Reaktivität der jeweiligen Teilchen und die zugehörigen Stoffeigenschaften zu erklären. Dabei bewerten sie die Aussagekraft von Modellen.
  • unterscheiden bei der detaillierten Beschreibung chemischer Sachverhalte sicher zwischen Stoff- und Teilchenebene und nutzen die Fach- und Alltagssprache korrekt.
  • nutzen die Symbol- und Formelsprache zur Beschreibung des submikroskopischen Aufbaus von Stoffen aus Atomen, Molekülen und Ionen sowie zur Beschreibung der qualitativen und quantitativen Teilchenänderungen bei komplexen chemischen Reaktionen. Dabei kennzeichnen sie Gleichgewichtsreaktionen eindeutig.
  • beschreiben Zusammenhänge bei chemischen Reaktionen quantitativ mithilfe mathematischer Gesetzmäßigkeiten und nutzen diese, um Vorhersagen zum Verlauf von Reaktionen zu treffen.
  • stellen Teil- und Gesamtgleichungen auf, um komplexe Redoxreaktionen zu beschreiben.
  • beschaffen sich Quellen selbständig und überführen fachspezifische Informationen in eine sach-, adressaten-, und situationsgerechte Darstellungsform.
  • erkennen die ethische Relevanz in lebensweltbezogenen chemischen Sachverhalten und bewerten diese im Rahmen eines Entscheidungsfindungsprozesses hinsichtlich weiterer Aspekte (z. B. ökologische, ressourcenschonende, wirtschaftliche).
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Gefahrstoffkennzeichnung gemäß aktueller Richtlinien, Gefahrenpotenzial, Sicherheitsmaßnahmen, Entsorgung, Laborregeln und Sicherheitsunterweisung; Sicherheitsvorschriften
  • fachgemäße Arbeitstechniken, u. a. Spannungs- und Stromstärkemessung, Oxidieren primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole
  • Anfertigung und Auswertung verschiedener Darstellungsformen (z. B. Tabellen, Diagramme, Mindmaps), u. a. Steigungsdreieck; Sach-, Adressaten- und Situationsbezug (Perspektivwechsel, Vorteile von Darstellungsformen); Reaktionsmechanismus
  • Möglichkeiten und Grenzen der Beeinflussung chemischer Reaktionen: Prinzip der Variablenkontrolle (z. B. offenes oder geschlossenes System), Wahl der Reaktionsbedingungen, z. B. RGT-Regel
  • Gesetzmäßigkeiten: Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Massenwirkungsgesetz
  • Eigenschaften, Aussagekraft, Grenzen und Erweiterung von materiellen und ideellen Modellen, u. a. Oxidationszahlen
  • Reaktionsschema, komplexere Reaktionsgleichung, Reaktionsmechanismus, Nomenklatur, Symbol- und Formelsprache, u. a. Gleichgewichtspfeil, Redox-Teilgleichungen
  • Entscheidungsfindung als systematischer und begründeter Prozess, u. a. nachhaltige Entwicklung (zukünftige Energieversorgung, erneuerbare Energien, Effizienz bei der Rohstoff- und Energiebereitstellung, ggf. weitere Themen)

C 13 Lernbereich 2: Funktionelle Gruppen und Reaktionsmechanismen der organischen Chemie (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • benennen organische Moleküle mit funktionellen Gruppen, indem sie die Nomenklaturregeln anwenden, beschreiben deren Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten und unterscheiden sie von denen der zugrunde liegenden Kohlenwasserstoffe.
  • vergleichen die Halogenierung von gesättigten bzw. ungesättigten Kohlenwasserstoffen auf der Teilchenebene, indem sie die jeweiligen Reaktionsmechanismen darstellen.
  • bewerten den Einsatz von Halogenkohlenwasserstoffverbindungen in Alltag und Technik, indem sie deren Auswirkungen auf Mensch und Umwelt abschätzen.
  • leiten aus experimentellen Beobachtungen die Bildung von Estern aus Alkoholen und Carbonsäuren ab und begründen Stoffeigenschaften ausgewählter Ester mithilfe zwischenmolekularer Wechselwirkungen.
  • wenden das Prinzip der Reversibilität chemischer Reaktionen bei Estern an, um Alltagsbeobachtungen zu erklären.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • funktionelle Gruppen: Hydroxy-, Carbonyl-, Carboxy-, Estergruppe
  • Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester: Nomenklatur nach IUPAC, Stoffeigenschaften
  • Reaktivität bei Alkanen und Alkenen: Homolyse, Heterolyse, Radikal, Nukleophil, Elektrophil
  • radikalische Substitution
  • elektrophile Addition (u. a. als Nachweis von Doppelbindungen): Polarisierung, heterolytische Spaltung und Rückseitenangriff
  • Halogenkohlenwasserstoffe in Alltag und Technik: Persistenz, Verwendung früher und heute, Umwelt- und Gesundheitsaspekte
  • nucleophile Substitution, Halb- bzw. Vollacetalbildung: Protonierung, nukleophiler Angriff, Protonenabgabe
  • säurekatalysierte Esterkondensation und baseninduzierte Esterhydrolyse, z. B. Verseifung
Alltagskompetenzen Alltagskompetenzen

C 13 Lernbereich 3: Biomoleküle (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben das Prinzip der Kondensationsreaktion und übertragen es auf die Synthese von Biomolekülen, um Fette, Proteine und Di- oder Polysaccharide anhand des jeweiligen Strukturmerkmals zu identifizieren.
  • erklären die physikalischen Eigenschaften von Fetten und fetten Ölen mit der unterschiedlichen Struktur von gesättigten und ungesättigten Fettsäureresten.
  • planen Experimente zur Denaturierung von Proteinen und führen diese durch. Dabei beurteilen sie die Bedeutung und die Risiken der Denaturierung von Proteinen für Lebewesen.
  • teilen Zucker in Mono-, Di- und Polysaccharide ein, um diese wichtigen kohlenhydratreichen Lebensmitteln zuzuordnen.
  • beurteilen Fette, Kohlenhydrate und Proteine hinsichtlich ihrer ernährungsphysiologischen Bedeutung.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Bau von Fettmolekülen: Carbonsäureester aus Glycerin sowie gesättigten und ungesättigten Fettsäuren, z. B. Omega‑3‑Fettsäuren
  • Kondensationsreaktion
  • Zusammenhang zwischen Molekülbau und Eigenschaften von Fetten bzw. fetten Ölen: Z‑Konfiguration bei ungesättigten Fettsäuren; Schmelzbereich und Löslichkeit
  • Bau von Proteinen: Peptidbindung zwischen Aminosäuren
  • Schülerexperiment: Denaturierung von Proteinen
  • Bedeutung und Risiken der Denaturierung: Garen zur Steigerung der Verdaulichkeit, Gefahren durch hohes Fieber oder Anreicherung von Schwermetallen im Körper
  • Bau von Mono-, Di- und Polysacchariden: Ringform der Glucose, glykosidische Bindung (z. B. Maltose und Stärke); natürliches Vorkommen
  • ernährungsphysiologische Bedeutung von Biomolekülen, z. B. Energielieferanten, Baustoffe

C 13 Lernbereich 4: Tenside (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • 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:
  • 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
Alltagskompetenzen Alltagskompetenzen

C 13 Lernbereich 5: Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • beschreiben die Reaktionsgeschwindigkeit als Änderung der Stoffmenge pro Zeiteinheit und bestimmen Reaktionsgeschwindigkeiten aus Diagrammen, z. B. Zeit-Konzentrations-Diagrammen.
  • erklären anhand von Schülerexperimenten die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den Reaktionsbedingungen.
  • erläutern die Wirkungsweise eines Katalysators auf der Stoff- und Teilchenebene und beurteilen den Katalysatoreinsatz in Kraftfahrzeugen unter ökologischen Gesichtspunkten.
  • charakterisieren auch anhand von Modellen chemische Gleichgewichte auf der Stoff- und Teilchenebene, um den statischen Zustand auf der Stoffebene vom dynamischen Zustand auf der Teilchenebene abzugrenzen.
  • wenden das Donator-Akzeptor-Konzept und das Gleichgewichtskonzept auf Säure-Base-Reaktionen an und leiten mithilfe des Massenwirkungsgesetzes die Formeln zur Berechnung von Säure- und Basenkonstanten her.
  • beurteilen die ätzende Wirkung von Alltagsprodukten, indem sie Säure- bzw. Basenkonstanten vergleichen und Zusammenhänge zwischen der Säure-/Basenstärke und der Oxonium-/Hydroxid-Ionenkonzentration einer sauren/basischen Lösung beschreiben.
  • begründen mit dem Ionenprodukt des Wassers den pH-Wert und pOH-Wert einer neutralen Lösung und berechnen pH-Werte saurer und basischer Lösungen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • zeitlicher Verlauf chemischer Reaktionen: Ermittlung über Volumen-, Massen- oder Stoffmengenkonzentrationsänderungen; mittlere Reaktionsgeschwindigkeit, z. B. Reaktion eines unedlen Metalls mit einer sauren Lösung
  • Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von Stoffmengenkonzentration, Zerteilungsgrad, Druck, Temperatur und Katalysator
  • Stoßtheorie: Orientierung, Geschwindigkeit und Anzahl der Teilchen, Maxwell-Boltzmann-Verteilung, Mindestenergie, Aktivierungsenergie
  • Katalyse: Einfluss eines Katalysators auf Mindestenergie (Teilchenebene) und Aktivierungsenergie (Stoffebene); heterogene Katalyse beim Autoabgaskatalysator, Verminderung von Emissionen
  • reversible Reaktion und chemisches Gleichgewicht als dynamisches Gleichgewicht: z. B. Esterkondensation und Esterhydrolyse; geschlossenes System, Reaktionsgeschwindigkeit v = 0 (statischer Zustand), gleiche Geschwindigkeit der Hin- und Rückreaktion (dynamischer Zustand); Modelle zur Einstellung des chemischen Gleichgewichts, z. B. Computersimulationen
  • Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante KC, Aussagen zur Gleichgewichtslage
  • Säurekonstante KS, Basenkonstante KB, Säurestärke, Basenstärke, Bedeutung bei Alltagsprodukten, z. B. Nahrungsmittel, Entkalker, Reinigungsmittel
  • Ionenprodukt des Wassers; pH-Wert und pOH-Wert; Näherungsformeln zur Berechnung des pH-Wertes und pOH-Wertes von wässrigen Lösungen starker und schwacher Säuren und Basen

C 13 Lernbereich 6: Redoxreaktionen und Elektrochemie (optional)
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Kompetenzerwartungen

Die Schülerinnen und Schüler ...

  • ermitteln Oxidationszahlen in anorganischen und organischen Teilchen, um Redoxreaktionen zu identifizieren.
  • verwenden die Regeln zum Aufstellen von Redoxteilgleichungen in wässrigen Lösungen, um die Redoxgesamtgleichung zu formulieren.
  • grenzen Redoxreaktionen von Säure-Base-Reaktionen ab, indem sie z. B. die Reaktion von unedlen Metallen und von Carbonaten mit sauren Lösungen vergleichen.
  • oxidieren experimentell primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole, um die Bildung von Aldehyden, Ketonen und Carbonsäuren zu erklären.
  • unterscheiden Aldehyde und Ketone durch geeignete Nachweisreaktionen.
  • charakterisieren Metalle aufgrund ihres Reaktionsverhaltens in sauren Lösungen als edel oder unedel, um deren Verwendungsmöglichkeiten zu bewerten und ihr natürliches Vorkommen zu erklären.
  • formulieren mithilfe der elektrochemischen Spannungsreihe Reaktionsgleichungen für den Ablauf einer Redoxreaktion.
  • erklären die räumliche Trennung von Oxidation und Reduktion in galvanischen Zellen als Voraussetzung für die Nutzung der Reaktionsenergie als elektrische Energie und ermitteln die von galvanischen Zellen leistbare elektrische Arbeit, indem sie Spannungs- und Stromstärkemessungen durchführen.
  • nutzen ihr Wissen über galvanische Zellen zur Erklärung der Vorgänge an mobilen Spannungsquellen.
Inhalte zu den Kompetenzen:
  • Oxidationszahlen als Hilfsmittel zum Erkennen von Redoxreaktionen
  • Regeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen
  • Regeln zum Aufstellen von Redoxgleichungen
  • Wasserstoffentwicklung bei Redoxreaktionen zwischen unedlen Metallen und sauren Lösungen
  • Redoxreaktion von Metallen mit sauren und basischen Lösungen
  • Oxidation von Alkohol-Molekülen mit verschiedenen Oxidationsmitteln
  • Nachweis von Aldehyden: Fehling-Probe
  • edle und unedle Metalle: Verhalten gegenüber verdünnten sauren Lösungen, Verwendung (Korrodierbarkeit, spontane Passivierung), Vorkommen (gediegen, als Erz)
  • Verhalten von Metallen in Metallsalzlösungen, Redoxreihe der Metalle
  • elektrochemische Spannungsreihe, Elektrodenpotenziale, Normalpotenziale
  • Aufbau und Funktion des Blei-Akkumulators
  • Modellexperimente zur Lithiumbatterie und Brennstoffzelle
Alltagskompetenzen Alltagskompetenzen

C 13 Lernbereich 7: Polymere (optional)
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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.
  • beschreiben ausgewählte Rohstoffe der Kunststoffproduktion hinsichtlich ihrer Herkunft, um sie im Kontext der Rohstoffverknappung einzuordnen.
  • bewerten die ökologische und wirtschaftliche Bedeutung von Kunststoffabfall und vergleichen die Abläufe bei der Verwertung.
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
  • fossile und nachwachsende Rohstoffe für die Kunststoffherstellung; rohstoffliche, werkstoffliche und energetische Verwertung von Kunststoffabfall; biologisch abbaubare Kunststoffe; Abfallvermeidung

C 13 Lernbereich 8: Stoffe mit delokalisierten Elektronensystemen (optional)
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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