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Chemische Laborübungen

Vorbemerkungen

 

Bildungsplanübersicht

Schuljahr Bildungsplaneinheiten Zeitricht-wert Gesamt-stunden
Eingangsklasse Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 20
1 Sicheres Arbeiten im Labor
10 (5)
2* Zucker
10 (5)
3* Metalle
10 (5)
4* Vertiefung Metalle
10 (5)
5* Atmosphärenchemie
10 (5)
6* Vertiefung zur Atmosphärenchemie
10 (5)
7* Chemie und Landwirtschaft
10 (5)
8* Radioaktivität
10 (5)
9* Vertiefung Radioaktivität
10 (5) 70 (25)
Zeit für Leistungsfeststellung 10
80 (40**)
Jahrgangsstufen 1 und 2 Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP) 36
10* Chemie des Wassers
15 (8)
11* Instrumentelle Analytik
15 (8)
12* Nanomaterialien
15 (8)
13* Vertiefung Zucker
15 (8)
14* Chemie und Medizin
15 (8)
15* Chemie und Pharmazie
15 (8)
16* Seifen, Tenside und Waschmittel
15 (8)
17* Chemie im Mund
15 (8)
18* Chemie und Licht
15 (8)
19* Technische Elektrochemie
15 (8)
20* Kraftfahrzeuge
15 (8)
21* Aromaten
15 (8)
22* Lokales und Aktuelles
15 (8) 126 (48)
Zeit für Leistungsfeststellung 18
144 (72**)
Die Zeitrichtwerte in Klammern geben den Anteil der Stunden in Gruppenteilung an.
* In der Eingangsklasse sind vier der BPE 2 – 9 zu unterrichten. In den Jahrgangsstufen 1 und 2 sind sechs der BPE 10 – 22 zu unterrichten.
** Über die in den BPE 1 – 9 zugeordneten 25 Teilungsstunden hinaus können weitere 15 Teilungsstunden im Rahmen von Projekten im Labor eingesetzt werden; über die in den BPE 10 – 22 zugeordneten 48 Teilungsstunden hinaus können weitere 24 Teilungsstunden im Rahmen von Projekten im Labor eingesetzt werden. Diese sind auch für sicheres Arbeiten im Labor (BPE 1) für Schülerinnen und Schüler zu verwenden, die das Fach in der Eingangsklasse nicht belegt haben.

Eingangsklasse

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

20

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwenden
Wiederholen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Luftqualität in der eigenen Stadt
Kernfusion als Energiequelle
Honig
Bau einer Biogasanlage
Besuch eines Umweltanalytiklabors
Besuch einer Gießerei
Besichtigung eines Teilchenbeschleunigers
Besuch eines landwirtschaftlichen Betriebs
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 1

Sicheres Arbeiten im Labor

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler verinnerlichen die auf den Arbeitsschutzrichtlinien basierenden vorgeschriebenen Verhaltensregeln in naturwissenschaftlichen Fachräumen und wenden alle Schutzmaßnahmen sicher an. Dadurch erlangen sie Sicherheit für das Arbeiten im laborpraktischen Unterricht sowie für den Umgang mit Gefahrstoffen, Laborgeräten und Versuchsaufbauten. Die Dokumentation und Auswertung von selbst durchgeführten Versuchen verfestigt dabei die naturwissenschaftliche Arbeitsweise.

BPE 1.1

Die Schülerinnen und Schüler wenden allgemeine Regeln für die Arbeit im chemischen Labor und Sicherheitsregeln begründet an. Sie übertragen ihr Wissen auf potenziell mögliche Notfallsituationen.

Persönliche Schutzausrüstung

Sicherheitsausstattung

Notruf
Erste-Hilfe-Maßnahmen

Maßnahmen zum Brandschutz

Modellexperiment zur Brandbekämpfung

BPE 1.2

Die Schülerinnen und Schüler übertragen die Bedeutung von Gefahrstoffpiktogrammen und Gefährdungshinweisen auf die korrekte Handhabung von Stoffen und die zugehörigen Versuchsaufbauten. Sie erläutern Regeln zur Vermeidung von Chemikalienabfall und zur sachgerechten Entsorgung von Chemikalien und wenden diese an.

Gefährdungsbeurteilung

Gefahrstoffkennzeichnung

Vorgaben zum Umgang mit Gefahrstoffen
Abzug
Vermeidung von Chemikalienabfall

Chemikalienentsorgung
Schwermetallabfall, halogenhaltiger Abfall

BPE 1.3

Die Schülerinnen und Schüler führen Experimente durch und dokumentieren Versuchsdurchführungen und Ergebnisse.

Umgang mit Laborgeräten in der Durchführung und der Nachbereitung von Experimenten
Erhitzen von Stoffen (z. B. Wasser, Kerzenwachs, Glas)
  • Bunsenbrenner
  • Waagen

Volumenmessgeräte
Mess- und Vollpipette, Messzylinder, Maßkolben
Dokumentation
Protokollführung, Gefährdungsbeurteilung, Tabellen, Diagramme

BPE 2*

Zucker

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler erwerben einen Überblick über gängige Trennverfahren in der produzierenden Chemieindustrie anhand des Beispiels der Rübenzuckergewinnung und diskutieren wichtige Aspekte dieses Produkts bezüglich Wirtschaftlichkeit, industriellen Bedarfs und Gesundheitsfragen.

BPE 2.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen und erklären die Schritte der industriellen Saccharosegewinnung, erklären die Prinzipien der verwendeten Trennmethoden und führen geeignete Versuche zur Zuckergewinnung durch. Sie diskutieren die Verwendung und den Verbrauch von Saccharose in der modernen Lebensmittelindustrie und der menschlichen Physiologie.

Rübenzuckergewinnung (von der Zuckerrübe zum Kristallzucker)
Ernte, Qualitätskontrolle, Reinigung, Rohsaftgewinnung, Kalkfällung, Dünnsaftgewinnung, Dicksaftherstellung, Kristallisationskeim – Kristallisation, Melassetrennung, Reinigung – Raffination
Verwendung
Haushaltszucker, Industriezucker,
Getränkeherstellung, Lebensmittelproduktion
Wirkung

  • Energielieferant

  • Säurebildner
Zahnschmelzschädigung
  • Geschmacksverstärker
Lebensmittel mit „verstecktem“ Zucker
  • Konservierungsmittel
Marmelade, kandierte Früchte

BPE 3*

Metalle

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kompetenzen zu Aufbau, Eigenschaften und Nutzung von Metallen.

BPE 3.1

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen experimentell charakteristische Stoffeigenschaften der Metalle und erklären diese mithilfe des Elektronengasmodells. Sie beschreiben Anwendungen dieser Eigenschaften in Alltag und Technik.

Stoffeigenschaften
Experimente
z. B. zur elektrischen Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit, Dichte
Nutzung
z. B. als Kabel, Kühler, Federn

BPE 3.2

Die Schülerinnen und Schüler führen Verfahren zur Metallbearbeitung durch, untersuchen die Metallkorrosion experimentell, beschreiben und erklären diese. Sie ordnen diese Vorgänge in den Kreislauf der Werkstoffe ein.

Metallbearbeitung
Experimente
z. B. spanende und nichtspanende Verfahren, Löten, Schweißen, Dengeln
Besuch einer Metallwerkstatt
Korrosion
Experimente
z. B. Rosten, Ätzen, Abrieb
Kreislauf der Werkstoffe
Gewinnung, Herstellung, Fertigung, Gebrauch, Versagen, Verwertung

BPE 4*

Vertiefung Metalle

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kompetenzen zu Aufbau und Eigenschaften der Metalle, indem sie verschiedene Gitterstrukturen beschreiben. Sie verknüpfen diese Strukturen mit ausgewählten Eigenschaften der jeweiligen Metalle. Sie beschreiben charakteristische Eigenschaften von Halbleitern und vergleichen diese mit Metallen. Sie lernen die Nutzung von Halbleitern in Alltag und Technik kennen.

BPE 4.1

Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die unterschiedlichen Eigenschaften von Metallen und Legierungen im Experiment und erklären diese mithilfe von Modellen.

Metallgitter
Experimente
z. B. Bau von Kristallgittermodellen (Styroporkugeln), Simulation
Metalleigenschaften
Experimente
z. B. zur Sprödigkeit, Duktilität
Legierungen
Experimente
z. B. Herstellen von Legierungen (z. B. Messing auf Kupfermünze)
Phasendiagramme

BPE 4.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Stoffeigenschaften von Halbleitern und vergleichen diese mit den jeweiligen Eigenschaften von Metallen. Sie beschreiben den Einsatz von Halbleitern in Alltag und Technik.

Stoffeigenschaften von Halbleitern
Experimente
z. B. zur elektrischen Leitfähigkeit, Sprödigkeit, Duktilität
Nutzung von Halbleitern
Mikroprozessoren
Photodetektoren (Digitalkamera), LED-Lampen
Photovoltaik

BPE 5*

Atmosphärenchemie

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die chemischen und physikalischen Prozesse, die sich in der Atmosphäre abspielen, die Veränderungen, die durch menschliche Aktivität entstanden sind und deren Einfluss auf das Leben auf der Erde.

BPE 5.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau der Erdatmosphäre und die Zusammensetzung der Luft in der Troposphäre. Sie führen Experimente zur Luftzusammensetzung durch.

Aufbau der Erdatmosphäre

Zusammensetzung der Luft in der Troposphäre
Experimente
z. B. Sauerstoffnachweis, Stickstoffnachweis, Kohlenstoffdioxidnachweis

BPE 5.2

Die Schülerinnen und Schüler nennen und untersuchen exemplarisch die umweltverschmutzenden Gase und ihre Quellen. Sie diskutieren Möglichkeiten, deren Ausstoß zu reduzieren.

Schadstoffe in der Luft

  • Kohlenstoffdioxid
  • Kohlenstoffmonooxid
  • Stickstoffoxide
  • Feinstaub
Experimente
z. B. Nachweis von Luftschadstoffen, Staub und Ruß in der Luft, Stickstoffoxide durch Saltzman-Probe, Zerstörung von Farbstoffen durch Stickstoffoxide, Vergiftung von Kresse durch Schadstoffe
Reduzierung von Luftschadstoffen
z. B. Autokatalysator, AdBlue Technik

BPE 5.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären den Treibhauseffekt und seine Folgen für die Umwelt. Sie diskutieren Möglichkeiten, den Kohlenstoffdioxidausstoß zu kontrollieren.

Treibhauseffekt
Modellversuch zum Treibhauseffekt
Kohlenstoffdioxid, Wasser und Methan als Treibhausgase
Klimawandel
Strategien gegen Treibhausgase

BPE 5.4

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Wirkung von Ozon als Sonnenschutz in der Stratosphäre und als Verantwortlicher für den fotochemischen Smog in der Troposphäre.

Ozon
Ozon in der Stratosphäre

  • Abbau und Bildung
  • Ozonschicht
  • Ozonloch


Ozon in der Troposphäre: Sommersmog
Experimente
z. B. Nachweis von Ozon nach Schönbein
Zerstörung von Farbstoffen durch Ozon

BPE 6*

Vertiefung zur Atmosphärenchemie

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler befassen sich mit der Entstehung der Elemente und mit Theorien zur Entstehung organischer Moleküle in der Uratmosphäre. Sie erfahren, welche hauptsächlichen Elemente im menschlichen Körper vorkommen, wie durch menschliche Aktivität weitere Elemente entstehen können und führen geeignete Experimente durch.

BPE 6.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Bildung der Elemente nach dem Ursprung (Urknall) des Universums.

Ursprung der Elemente
Plasma in dichten Gaswolken
Kernfusion im Zentrum der Sterne

Zusammensetzung des Kerns eines Riesensterns
Kern unserer Sonne
Entstehung schwerer Atomkerne in Roten Riesen und in Sternexplosionen
z. B. Supernova
„Wir sind aus Sternenstaub gemacht“
Entstehung der Planeten

BPE 6.2

Die Schülerinnen und Schüler erläutern das Auftreten von Absorptions- und Emissionsspektren anhand des Übergangs von Elektronen zwischen Energieniveaus. Sie beschreiben die spektroskopischen Methoden als Instrument, um Informationen über die Zusammensetzung des Universums zu erhalten.

Absorptions- und Emissionsspektren
Experimente
z. B. Flammenfärbung, IR-Spektroskopie

BPE 6.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Experimente zur Entstehung organischer Moleküle in der Uratmosphäre.

Miller-Urey-Experiment zur Entstehung organischer Moleküle in der
Uratmosphäre

Experiment von Juan Oro zur Bildung von Adenin

BPE 6.4

Die Schülerinnen und Schüler geben einige Elemente im menschlichen Körper an und nennen beispielhaft ihre Aufgaben.

Elemente im menschlichen Körper

BPE 6.5

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Synthese künstlicher Elemente aus den vorhandenen Elementen.

Synthese künstlicher Elemente und radioaktiver Isotope
z. B. Lerngang CERN

BPE 7*

Chemie und Landwirtschaft

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die landwirtschaftliche Produktion sowie die Möglichkeiten der Einflussnahme seitens der Chemie.

BPE 7.1

Die Schülerinnen und Schüler nennen die wichtigsten landwirtschaftlichen Produktbereiche und erläutern die Randbedingungen der Produktion.

Pflanzen
Nahrungsmittel, Rohstoffe für Kleidung, Biotreibstoffe, industriell wichtige Rohstoffe
Tiere
Nahrungsmittel, Rohstoffe für Bekleidung
Randbedingungen
Wachstum der Weltbevölkerung, begrenzte Ressourcen, Umweltschutz

BPE 7.2

Die Schülerinnen und Schüler geben die Elemente an, aus denen Pflanzen bestehen, beschreiben deren Herkunft und führen geeignete Nachweisexperimente durch.

Aufbau des Grundgerüsts
Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff
Hauptnährstoffe
Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium
Spurenelemente
Eisen, Kupfer, Mangan, Zink, Bor, Molybdän, Chlor, Selen, Schwefel
Luft, Wasser, Boden
z. B. Fotosynthese, Minimumgesetz

BPE 7.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau des Bodens und erläutern die Bedeutung von Nährstoffkreisläufen für das Pflanzenwachstum; sie führen Bodenanalysen durch.

Hauptkomponenten des Bodens
Experimente zur Bodenanalyse
Stickstoffkreislauf
biologische Stickstofffixierung
Nitrifikation, Denitrifikation
Düngung
biologische Landwirtschaft, konventionelle Landwirtschaft
Nachweisreaktionen im Dünger
Umweltproblematik
Experimente
z. B. zur Bestimmung der Nitratwerte im Grund- und Trinkwasser

BPE 8*

Radioaktivität

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler lernen die der Stabilität von Atomen zugrundeliegenden Prinzipien kennen und beschreiben die aus der Instabilität von Atomen resultierenden Mechanismen von Radioaktivität. Sie führen Experimente zur Messung von Radioaktivität durch.

BPE 8.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von Atomkernen und den radioaktiven Zerfall auf Ebene der Nukleonen. Sie vergleichen die charakteristischen Eigenschaften der Strahlungsarten auf atomarer Ebene und beschreiben die Aktivität quantitativ.

Atombau

  • Nukleonen
  • Isotope, Nuklide

α-Zerfall

β-Umwandlung

γ-Strahlung

Zerfallsreihen

Aktivität
Experimente
z. B. Aktivitätsmessungen an Kaliumdünger, Radonbelastung
Halbwertszeiten
Berechnungen
Altersbestimmung
z. B. Radiocarbonmethode

BPE 8.2

Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die charakteristischen Eigenschaften der Strahlungsarten und beschreiben die Auswirkungen von ionisierender Strahlung auf den menschlichen Körper und Expositionsmechanismen.

Ionisierende Strahlung

Strahlungseigenschaften
Experimente z. B. zur Energie (Nebelkammer), Reichweite in Luft, Reichweite in kondensierter Materie
Exposition

  • Dosis, Äquivalentdosis
Gray, Sievert
  • natürliche und zivilisatorische Strahlenbelastung
Berechnungen, z. B. von Flugreisen
Auswirkungen auf organische Materie

Strahlenschäden
deterministisch, stochastisch

BPE 9*

Vertiefung Radioaktivität

10 (5)

Die Schülerinnen und Schüler informieren sich über die aktuelle Verwendung von Radioaktivität und Kernspaltung und beziehen Stellung hinsichtlich Nutzen und Gefahrenpotenzial der Technologien.

BPE 9.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Nutzung von Radioaktivität in Medizin und Technik. Sie schätzen Nutzen und Risiken der Verfahren ab.

Nuklearmedizin
z. B. Besuch einer nuklearmedizinischen Einrichtung
  • Radioiod-Therapie

  • Szintigrafie-Verfahren
Technetium-Szintigrafie von Knochen, Schilddrüsen-Szintigrafie, Positronen-Emissions-Tomografie
Vergleich von Gesundheitsfolgen durch Strahlenschäden und die zu therapierenden Erkrankungen

BPE 9.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die der Kernspaltung zugrundeliegenden Mechanismen mithilfe von Modellexperimenten. Sie beschreiben die Kritikalität von spaltbarem Material und die Nutzung der Kernspaltung. Sie beschreiben Nutzen und Gefahrenpotenzial der technischen Nutzung der Kernspaltung und bewerten sie.

Kernspaltung
Experimente z. B. Modellversuche zur Kernspaltung, Kettenreaktionen, Simulationen
  • spaltbare Nuklide

  • Kettenreaktion der Kernspaltung, Kritikalität, Moderatoren
z. B. Simulationen von Kernreaktoren
  • Energiebilanz
Berechnungen z. B. mit \( E = m \cdot c^2 \), Vergleich der Energiedichte von fossilen Brennstoffen und Kernbrennstoffen
Aufbau von Kernreaktoren
Siedewasserreaktor, Druckwasserreaktor
Störfälle, historische Reaktorunfälle und ihre Folgen
INES-Skala, Tschernobyl, Fukushima, Cs-137, I-131
Entsorgung von Kernabfällen
Experimente
z. B. Versuche zur Stabilität von Lagergesteinen
Kernwaffeneinsatz und seine Folgen

Jahrgangsstufen 1 und 2

Vertiefung – Individualisiertes Lernen – Projektunterricht (VIP)

36

Vertiefung

Individualisiertes Lernen

Projektunterricht

z. B.
Übungen
Anwenden
Wiederholen
z. B.
Selbstorganisiertes Lernen
Lernvereinbarungen
Binnendifferenzierung
z. B.
Pharmazie: Galenisches Praktikum, Synthese eines Wirkstoffs, Nachweis von Trägerstoffen
Gewässeruntersuchung
Galvanisieren: Betriebsbesichtigung
Die Themenauswahl des Projektunterrichts hat aus den nachfolgenden Bildungsplaneinheiten unter Beachtung Fächer verbindender Aspekte zu erfolgen.

BPE 10*

Chemie des Wassers

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler lernen Wasser als wichtigen Bestandteil des Lebens kennen und beschreiben dessen Besonderheiten. Sie untersuchen eine Wasserprobe und führen geeignete Nachweisreaktionen durch.

BPE 10.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären die Darstellung des Wassers aus seinen Elementen sowie einige chemische und physikalische Besonderheiten.

Wassersynthese und ‑analyse
Nachweis von Wasserstoff und Sauerstoff
Experimente
z. B. Nachweis von Wasser, Elektrolyse von Wasser
Dichteanomalie des Wassers
z. B. Eisberge, Sprudelflasche in Gefriertruhe

BPE 10.2

Die Schülerinnen und Schüler führen eine Wasseranalyse durch.

pH-Wert
Elektrische Leitfähigkeit
Temperatur

Nachweis im Wasser enthaltener Ionen und gelöster Gase
z. B. Chloridionen, Sulfationen, Hydrogencarbonationen
Sauerstoffgehalt
Bestimmung der Wasserhärte
Experimente
z. B. Titration
Verringerung der Wasserhärte
z. B. durch Ionentausch, Zusatz von Soda
z. B. Funktionsweise Geschirrspülmaschine

BPE 11*

Instrumentelle Analytik

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler lernen instrumentelle Methoden der analytischen Chemie, deren Leistungsfähigkeit und ihre Einsatzgebiete kennen. Sie können damit die Komponenten von Stoffgemischen bestimmen.

BPE 11.1

Die Schülerinnen und Schüler erklären das Prinzip unterschiedlicher Analysemethoden und führen geeignete Experimente durch.

Chromatografie

  • Dünnschichtchromatografie
Experimente
z. B. Trennung und Identifizierung von Aminosäure-Gemischen, Blattfarbstoffen, Lebensmittelfarbstoffen
  • Gas-Chromatografie
  • HPLC
z. B. Gaschromatogramm von Feuerzeuggas, Gaschromatogramm von Normalbenzin
Analyse mittels Fotometer
z. B. Phosphatgehalt von Cola-Getränken, Eisengehalt von Lebensmitteln, Kupfergehalt in Messing
Massenspektrometrie
z. B. Modellversuche

BPE 12*

Nanomaterialien

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler lernen anhand von Beispielen kennen, dass die Nanotechnologie als Zukunftstechnologie des 21. Jahrhunderts schon heute in vielen Lebensbereichen fest etabliert ist. Sie beschreiben die Besonderheiten von Nanostrukturen, führen geeignete Experimente durch und diskutieren Chancen und Risiken der Verwendung verschiedener Nanomaterialien.

BPE 12.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Nanoteilchen und die verschiedenen Anwendungsgebiete der Nanotechnologie an Beispielen. Sie begründen Vor- und Nachteile von Nanoteilchen für den Einsatz in Produkten.

Nanotechnologie – Größeneinordnung
Mikrostrukturen; atomare Strukturen: Röhren, Cluster, Kristalle; Grenzflächen, kolloidale Systeme
  • Anwendungsgebiete
z. B. Medizintechnik, Textil- und Kosmetikindustrie, Haushalt, Lack- und Farbenindustrie, Kraftfahrzeugtechnologie
  • Vor- und Nachteile der Nanotechnologie
z. B. „Nano-Silber“ gegen Bakterien

BPE 12.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben an verschiedenen Beispielen den Zusammenhang zwischen den Stoffeigenschaften und der Partikelgröße, vergleichen diese und führen geeignete Experimente durch.

Besondere Eigenschaften und Wirkung von Nanoteilchen
Experimente
z. B. Tyndall-Effekt, Lotus-Effekt
Synthese verschiedener Nanopartikel
z. B. Herstellung von Zinkoxid- oder Gold-Nanopartikeln
„Nano-Silber“
z. B. Beschichtung von Textilien

BPE 13*

Vertiefung Zucker

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kenntnisse über Zucker und Zuckerarten bezüglich des Aufbaus, des Vorkommens, der physiologischen Wirkung und deren Nachweisbarkeit in Lebensmitteln.

BPE 13.1

Die Schülerinnen und Schüler benennen die unterschiedlichen Zuckerstoffe der Mono-, Di- und Polysaccharide und beschreiben deren Vorkommen, physiologische Wirkung und Anwendung im Alltag. Sie diskutieren deren Nachweismöglichkeiten und führen einzelne Nachweise im Experiment durch.

Monosaccharide
Nachweisexperimente
z. B. Fehling-Probe, Tollens-Probe, GOD-Test
  • Glucose
  • Mannose
  • Galactose
  • Fructose

Disaccharide
Experimente
z. B. Hydrolyse, Fehling-Probe
  • Saccharose
  • Maltose
  • Lactose
  • Cellobiose

Polysaccharide
z. B. Hydrolyse und Nachweisreaktionen, Verkleisterung
  • Glykogen
  • Stärke: Amylose, Amylopektin
  • Pektine
  • Cellulose
Stärkenachweis
Amylase im Speichel, Stärkefolie

BPE 14*

Chemie und Medizin

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass viele physiologische und pathophysiologische Prozesse im menschlichen Organismus auf der Fähigkeit beruhen, eine innere Homöostase herzustellen bzw. deren Entgleisung zu verhindern.

BPE 14.1

Am Beispiel der Atmung erläutern die Schülerinnen und Schüler die Folgen einer pathologischen Störung und die Auswirkung auf das Verhältnis der Atemgase. Sie beschreiben die Pathophysiologie der Kohlenstoffmonooxidvergiftung und konkrete Interventionsmaßnahmen sowie das Zustandekommen einer respiratorischen Alkalose bei einer Hyperventilation und führen geeignete Versuche durch.

Innere Atmung

Transport von O2 und CO2
Experimente
z. B. Atemluft-CO2-Messung, Modellversuche zur Einstellung von chemischen Gleichgewichten
Hypoxie

  • Symptome
  • Ursachen
  • Maßnahmen

Kohlenstoffmonooxidvergiftung
z. B. Kohlenmonooxid-Atemtest, Projekt zur Rauchprävention
  • Symptome
  • Pathophysiologie
  • Maßnahmen

Pulsoxymetrie
z. B. fotometrische Bestimmung der Eisen-Konzentration
z. B. Durchführung einer Pulsoxymetrie in verschiedenen Belastungssituationen

BPE 14.2

Die Schülerinnen und Schüler stellen die Bedeutung des Blut-pH-Werts im menschlichen Organismus dar und beschreiben die Vorgänge, die diesen Wert konstant halten. Sie erklären die Entstehung einer Azidose und einer Alkalose, erläutern verschiedene Ursachen und die jeweils passenden Maßnahmen.

Blut-pH-Wert

Hyperventilation

Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffer als Beispiel eines Blutpuffersystems
Experimente
z. B. Herstellung eines Carbonatpuffers, Titration
Azidose

  • metabolisch
z. B. Niereninsuffizienz, Ketoazidose, Vergiftung
  • respiratorisch
z. B. medikamentös verursachte Atemdepression
Alkalose

  • metabolisch
z. B. bei lang anhaltendem Erbrechen
  • kongenital
z. B. Stoffwechselerkrankung mit gestörter aktiver Chloridabsorption
  • respiratorisch

Symptome

Maßnahmen

BPE 15*

Chemie und Pharmazie

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler nehmen Medikamente als chemische Substanzen wahr, deren Eigenschaften und Wirkungen auf den menschlichen Körper sowie miteinander auf ihrer chemischen Struktur beruhen. Anhand von konkreten Arzneimittelbeispielen erarbeiten sie sich ein Verständnis für die Wirkbeziehung zwischen Wirkstoff und Körper und leiten davon konkrete Maßnahmen im Umgang mit alltäglichen Medikamenten ab.

BPE 15.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Wirkung von Arzneistoffen auf den Organismus. Sie stellen Strukturähnlichkeiten von Molekülen unterschiedlichen Stoffwechselwirkungen gegenüber. Sie erklären, wie die Applikationsform die Wirkung eines Medikaments beeinflussen kann.

Arzneimittel nach dem Arzneimittelgesetz (AMG)
Pharmakodynamik

Pharmakon-Rezeptor-Wechselwirkung
Antagonisten
Dosis-Wirkungsbeziehung

Wirkweise von Medikamenten
z. B. Blockade von Synthesen, Blockade der Zellversorgung, Funktionsveränderung von Botenstoffen, Placebo-Wirkung
Arzneimittelwirkungen
Wirkstoffklassen, z. B. Analgetika, Antihistaminika
Nebenwirkungen
z. B. toxisch, allergisch, fruchtschädigend
Applikationsform
z. B. oral, topisch, intravenös
Strukturähnlichkeiten und Wirkungsunterschiede
z. B Adenin-Mercaptopurin, Morphin-Codein, Östradiol-Testosteron

BPE 15.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, wie Wirkstoffe im Organismus verteilt und verstoffwechselt werden. Sie stellen verschiedene Interaktionsmöglichkeiten dar und erklären, wie die Darreichungsform die Wirkung eines Medikaments beeinflussen kann. An einem konkreten Arzneimittelbeispiel begründen sie, welche Applikations- und Darreichungsformen sich besonders anbieten bzw. notwendig sind und führen geeignete Experimente durch.

Pharmakokinetik

LADME
Liberation – Absorption – Distribution – Metabolism – Excretion
Interaktionen

  • mit anderem Arzneimittel
z. B. Antidota wie Vitamin K für Cumarinderivate, orale Kontrazeptiva und Antibiotika
  • mit Lebensmitteln
z. B. Tetracycline und Milch
Darreichungsformen
z. B. magensaftresistente Tabletten, Salben
Experimente
z. B. Herstellung unterschiedlicher Tabletten und Kapseln
Wirkgeschwindigkeit
Experimente
z. B. Löslichkeit bei verschiedenen Darreichungsformen
Haltbarkeit von Arzneimitteln
z. B. kühlpflichtige Wirkstoffe wie Insulin
Arzneimittel bei konkreter Indikation: Darreichung, Applikation, Pharmakokinetik und Pharmakodynamik
z. B. Insulin bei Diabetes mellitus Typ I

BPE 15.3

Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Desinfektion und Sterilisation voneinander und erläutern verschiedene chemische und physikalische Methoden mit deren jeweiligen Grenzen. Sie begründen die Notwendigkeit des sterilen Arbeitens in der Medizin und führen geeignete Experimente durch.

Desinfektion
Sterilisation
Experimente
z. B. Abstriche
Methoden
z. B. Wasserdampf, Strahlung, verschiedene chemische Desinfektionsmittel
Experimente
z. B. Herstellung eines chemischen, natürlichen, beispielsweise pflanzlichen Desinfektionsmittels
Wirkungsweise

Steriles Arbeiten
Experimente
z. B. Herstellung eines sterilen Nährmediums

BPE 16*

Seifen, Tenside und Waschmittel

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler begründen die Eigenschaften und die Waschwirkung von Seifen und Tensiden mithilfe ihres Aufbaus. Sie erwerben Kenntnisse über die Zusammensetzung von Waschmitteln und führen geeignete Experimente durch.

BPE 16.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die allgemeine Struktur von Seifenanionen und eine Methode zur Seifenherstellung. Sie erklären die Waschwirkung und die Nachteile von Seifen.

Struktur der Seifenanionen

Herstellung von Seife
Experimente
z. B. Seifenherstellung
Waschwirkung
Micelle, Tyndalleffekt
Nachteile von Seifen
Experimente
z. B. alkalische Reaktion, pH-Wert der Haut, Wasserhärteempfindlichkeit, Säureempfindlichkeit

BPE 16.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären die allgemeine Struktur synthetischer Tenside sowie ihre Wirkung und Eigenschaften anhand geeigneter Experimente. Sie ordnen die Tenside einer Tensidklasse zu.

Struktur synthetischer Tenside
biologische Abbaubarkeit
Wirkung
Experimente
z. B. Herabsetzung der Oberflächenspannung, Dispersionsvermögen, Netzwirkung, Herstellung einer stabilen Emulsion
Tensidklasse
anionisch, nichtionisch

BPE 16.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Zusammensetzung von Vollwaschmitteln und erklären die Wirkungsweise ausgewählter Inhaltsstoffe anhand geeigneter Experimente.

Tenside
Bleichmittel
Optische Aufheller
Enzyme
Gerüststoffe
Experimente
z. B. Funktionsweise von Wasserenthärtern (z. B. Zeolith mit Eisen-Ionen und mit hartem Wasser), qualitative Enzymprüfung (Gelatine mit Protease), Nachweis optischer Aufheller (UV-Lampe)

BPE 17*

Chemie im Mund

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Mund als Chemielabor en miniature. Sie erklären den Zusammenhang zwischen Zahnpflege, Zahnerhaltungsmaßnahmen und einem gesunden Gebiss. Dabei übertragen sie ihre Kenntnisse aus den Bereichen der Kohlenhydrate, der Kunststoffchemie sowie dem Donator-Akzeptor-Prinzip auf die Chemie im Mund.

BPE 17.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Zusammensetzung und Eigenschaften des Speichels und die im Mund ablaufenden chemischen Prozesse. Sie führen einen Speicheltest durch.

Speichel und seine Zusammensetzung
Experimente
z. B. Enzyme, Ionen, pH-Wert, Puffersysteme
z. B. Nachweis von Amylase im Speichel mit der Iod-Stärke-Reaktion, Bestimmung des pH-Wertes des Speichels vor und nach der Nahrungsaufnahme, Nachweis der puffernden Wirkung

BPE 17.2

Die Schülerinnen und Schüler stellen den Zusammenhang zwischen Zahnpflege und einer Veränderung der Mundflora sowie der Zähne dar. Sie führen geeignete Versuche durch. Die Schülerinnen und Schüler nennen die verschiedenen Arten von Zahnfüllungen und bewerten die Verwendung der jeweiligen Materialien aufgrund der Materialeigenschaften und Anforderungen.

Bakterien der Mundhöhle
Plaquebildung
Experimente
z. B. Ausstreichen der Bakterien auf einem Nährboden
Karies
Zahnpflege
z. B. pH-Messungen bei Verwendung von Zahnpflege-Kaugummis
Zahnfüllungen
Vergleich verschiedener Zahnfüllungen

BPE 18*

Chemie und Licht

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Farbigkeit anhand des elektromagnetischen Spektrums und wenden das Prinzip Lichtabsorption und ‑emission sowohl bei Lumineszenz als auch bei Farbstoffen an. Sie lernen dabei verschiedene Alltagsstoffe kennen.

BPE 18.1

Die Schülerinnen und Schüler nennen den Aufbau des elektromagnetischen Spektrums. Sie beschreiben Lumineszenz als Lichtemissionen elektronisch angeregter Zustände von Stoffen und erklären verschiedene Möglichkeiten, die Lumineszenz hervorzurufen. Sie führen geeignete Experimente durch.

Elektromagnetisches Spektrum, Wellenlängen
Anregung von Elektronen
z. B. Glühwürmchen, Knicklichter
Lumineszenz: Fluoreszenz, Phosphoreszenz
Absorption von Photonen
Experimente
z. B. Extraktion und Fluoreszenz von Chlorophyll, Fluorescein, Phosphoreszenz einer Leuchtfolie
Chemolumineszenz
Anregung durch chemische Reaktionen, z. B. Oxidationen
z. B. Luminolreaktion

BPE 18.2

Die Schülerinnen und Schüler erklären den Zusammenhang zwischen Absorptionsverhalten und Farbigkeit eines Stoffes. Sie nennen Textilfärbung als Alltagsbedeutung und vergleichen unterschiedliche Färbeverfahren und führen Experimente durch.

Lichtabsorption und Farbigkeit: delokalisierte Elektronensysteme, Einfluss von Substituenten

Naturfarbstoffe

Experimente
z. B. Chromatografie von Blattfarbstoff, Extraktion von Lycopin und/oder Anthocyanen
Synthetische Farbstoffe
z. B. Herstellung von Berliner Blau, Malachitgrün, Indigo
Färbeverfahren
z. B. Küpenfärbung

BPE 18.3

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die physikalischen Eigenschaften von UV-Strahlung und deren Wirkung auf lebende Zellen. Sie erläutern die Funktionsweise von Sonnencremes mithilfe ihrer Inhaltsstoffe.

Chemische und mineralische Filter
z. B. Titandioxid aus Sonnencreme
Absorption und Umwandlung von UV-Strahlung

BPE 19*

Technische Elektrochemie

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler vertiefen ihre Kenntnisse zur galvanischen Zelle und Elektrolyse und lernen weitere technische Anwendungen kennen. Sie erfahren, dass elektrochemische Vorgänge nicht nur bei der Erzeugung elektrischer Energie, sondern auch beim Korrosionsschutz eine Rolle spielen.

BPE 19.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau von Konzentrationselementen als besondere galvanische Zellen und bestimmen – auch experimentell – deren Spannung. Sie ermitteln die Redoxpotenziale rechnerisch mithilfe der Nernst-Gleichung.

Konzentrationselemente
Nernst-Gleichung
Experimente
z. B. potentiometrische Konzentrationsmessungen (pH-Meter)

BPE 19.2

Die Schülerinnen und Schüler ermitteln die Zersetzungsspannung einer Elektrolyse aus einer Stromstärke-Spannungskurve und erklären das Phänomen der Überspannung. Sie beschreiben die Elektrolyse quantitativ durch Berechnungen mit den Faraday-Gesetzen; sie führen Elektrolysen wässriger Lösungen durch.

Zersetzungsspannung
Experimente
z. B. Aufnahme einer Stromstärke-Spannungskurve bei Elektrolyse verdünnter Schwefelsäure
Überspannung

1. Faraday-Gesetz
2. Faraday-Gesetz
z. B. Ermittlung der Faraday-Konstanten, Elektrolyse einer Kupfersulfatlösung mit Kupferelektroden (gravimetrisch), Elektrolyse von verdünnter Schwefelsäure (volumetrisch)
Technische Anwendungen
z. B. Galvanisieren von Metallen, elektrolytische Kupferraffination

BPE 19.3

Die Schülerinnen und Schüler erklären Korrosionsvorgänge und erläutern vorbeugende Maßnahmen zum Korrosionsschutz.

Korrosion
Experimente
z. B. Säurekorrosion, Lokalelemente, Sauerstoffkorrosion
Korrosionsschutz

  • nichtmetallische Überzüge
  • metallische Überzüge

  • kathodischer Korrosionsschutz
Opferanode
  • Eloxieren
Experimente
z. B. Eloxieren eines Aluminiumstückes

BPE 20*

Kraftfahrzeuge

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die Materialien, die für den Bau von Kraftfahrzeugen verwendet werden. Sie lernen die verschiedenen Verbrennungsmotoren und die dafür benötigten Treibstoffe sowie deren Herkunft kennen. Sie erfahren, welche Abgase mit den jeweiligen Treibstoffen verbunden sind und welche Verfahren die daraus resultierenden Probleme verringern oder beseitigen. Sie lernen alternative Treibstoffe und Antriebssysteme sowie deren Vor- und Nachteile kennen.

BPE 20.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, aus welchen Materialien ein Kraftfahrzeug besteht und erklären beispielhaft die Herstellung eines dieser Materialien.

Stahl
z. B. Stahlherstellung
Leichtmetalle
Aluminium, Magnesium
Buntmetalle
Kupfer, Messing
Kunststoffe
Keramiken und Glas
Nachwachsende Rohstoffe

BPE 20.2

Die Schülerinnen und Schüler begründen die Eigenschaften von Treibstoffen mit den Erfordernissen ihrer Verwendung. Sie beschreiben die Gewinnung dieser Treibstoffe aus Erdöl, vergleichen sie mithilfe geeigneter Parameter und führen Experimente durch.

Benzin
Ottomotor
Diesel
Dieselmotor
Erdölverarbeitung
Fraktionierte Destillation, Cracken, Reforming
Energiedichte
Experimente, z. B. kalorimetrische Bestimmung der Verbrennungsenthalpie von Treibstoffen
Heizwert, Brennwert
Flammpunkt, Zünd- und Explosionsgrenzen

Octanzahl
Cetanzahl

BPE 20.3

Die Schülerinnen und Schüler erläutern die Entstehung der Abgasbestandteile und beschreiben Maßnahmen zu ihrer Verringerung.

Hauptbestandteile der Abgase:
Kohlenstoffdioxid und Wasser
vgl. BPE 5
Nebenbestandteile der Abgase
z. B. Kohlenstoffmonooxid, Stickstoffoxide, Schwefeloxide, Kohlenwasserstoffe, Rußpartikel
Abgaskatalysator
Additive
z. B. Lambda-Sonde

BPE 20.4

Die Schülerinnen und Schüler nennen alternative Treibstoffe und erklären deren Vor- und Nachteile.

Autogas, Erdgas
Experimente
Biotreibstoffe
z. B. Umesterung zu Biodiesel, Herstellung von Bioalkohol durch Gärung, Aufbau eines Biogasreaktors

BPE 20.5

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben alternative Antriebssysteme und diskutieren diese unter Umweltaspekten und ökonomischen Gesichtspunkten in Abgrenzung zueinander und zum Verbrennungsmotor.

Elektroautos
Experimente z. B. Herstellung eines Lithiumakkumulators
Brennstoffzellenfahrzeuge
z. B. PEM-Wasserstoffbrennstoffzelle

BPE 21*

Aromaten

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler lernen delokalisierte Elektronen als Merkmal aromatischer Systeme kennen. Sie beschreiben die Struktur und Reaktivität aromatischer Moleküle und kennen deren Vorkommen, Einsatz und Gefahrenpotenzial.

BPE 21.1

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Bindungssituation aromatischer Moleküle als delokalisiertes Elektronensystem. Sie beschreiben die Reaktivität von Benzol und sie formulieren die Reaktionsgleichungen elektrophiler aromatischer Substitutionen.

Aromatizität
Delokalisierte Elektronen
Mesomerie

Elektrophile Substitution von Benzol
kein Mechanismus, keine Mehrfachsubstitution

BPE 21.2

Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Aufbau, Entstehung und Vorkommen einfacher aromatischer Moleküle und ordnen ihnen Stoffeigenschaften zu. Sie beschreiben die von ausgewählten aromatischen Verbindungen ausgehenden Gesundheitsgefahren. Die Schülerinnen und Schüler führen einfache Experimente mit aromatischen Verbindungen durch.

Farbstoffe
Experimente, z. B. Indigo-Synthese, Färben mit Indigo, Phenol-Nachweis mit Fe 3+
Phenole
Experimente mit Gerbstoffen, z. B. Eiweißfällung
Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe
z. B. Anbraten von Lebensmitteln, Fluoreszenz von PAK
Gesundheitsgefahren

BPE 22*

Lokales und Aktuelles

15 (8)

Die Schülerinnen und Schüler beschäftigen sich mit aktuellen und/oder lokalen Themen unter Berücksichtigung chemischer Fragestellungen. Dabei nutzen sie ihr fachliches Wissen, um Sachverhalte multiperspektivisch zu betrachten und Chancen und Risiken für ihr tägliches Leben und für die Gesellschaft zu reflektieren und zu bewerten.

BPE 22.1

Die Schülerinnen und Schüler werten die zur Verfügung stehenden Informationen aus und ermitteln die zugrundeliegenden fachlichen und fächerübergreifenden Zusammenhänge. Sie diskutieren, beurteilen und bewerten ihre Ergebnisse.

Aktuelle chemiebezogene Themen
z. B. PFC Problematik in Böden, Asbestthematik bei Schulhaussanierungen, Dieselthematik aufgrund Luftverschmutzung, Radonansammlung in Kellern
Teilnahme an einem Forschungswettbewerb

Besuch lokaler Firmen und/oder Labore


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