Grundwissen Chemie für die 10. Jgst. des NTG

Grundwissen und Grundfertigkeiten im Fach Chemie 10 Jgst. NTG
Fachbegriff
Bedeutung und Gewinnung
der Kohlenwasserstoffe
Erklärung
KW. sind die wichtigsten
Energieträger und Rohstoffe
für Industrie und Haushalt.
Kohlenstoffkreislauf und
Energieversorgung
Das energiearme
Kohlenstoffdioxid wird mit
Hilfe von Sonnenlicht durch
die pflanzliche Fotosynthese
fixiert und steht in Form von
energiereichen Zuckern
höheren Lebewesen zur
Verfügung.
Durch den Abbau
energiereicher Zucker
(Zellatmung) gewinnen
höhere Lebewesen Energie
und setzen wieder
Kohlenstoffdioxid (und
Wasser) frei.
Klimarelevante Gase aus
natürlichen und
anthropogenen Quellen
reduzieren die
Wärmeabstrahlung der Erde
und erhöhen so deren
Durchschnittstemperatur.
- Nomenklatur
- C-Atome mit 4
Bindungspartnern (gesättigte
Kohlenwasserstoffe)
-unpolarer Molekülbau
- Van-der-Waals-Kräfte
(Wechselwirkung zwischen
spontanen und induzierten
Dipolen)
- Isomerieformen bei Alkanen
(Konstitution und
Konformation)
Beispiel
Erdöl, Erdgas und Kohle sind
Hauptenergielieferanten.
Trennung von Erdöl durch
fraktionierte Destillation in
verschieden lange
Kohlenwasserstoffmoleküle
Reaktionsgleichungen für die
Fotosynthese
6 CO2 + 6 H2O →
6 O2 +C6H12O6
und Zellatmung
6 O2 +C6H12O6→
6 CO2 + 6 H2O
Reaktionen der Alkane
Halogenierung
Brennbarkeit
- allgemein reaktionsträge
- radikalische Substitution
von Halogenenatomen an
Alkane
Wasserdampf, Methan und
Kohlenstoffdioxid sind die
wichtigsten Klimagase.
V.a. die Verbrennung fossiler
Energieträger durch den
Menschen lässt den CO2Gehalt deutlich ansteigen.
Kenntnis der homologen
Reihe der Alkane
CH4, Methan
C2H6, Ethan
C3H8, Propan
usw. bis
C10H22 Decan
Zunahme der Siede- und
Schmelzpunkte mit der
Kettenlänge (Zusammenhang
zwischen Struktur und
Eigenschaften)
Kenntnis der Lewisformeln
Homolytische Spaltung
erzeugt Radikale,
Startreaktion, Kettenreaktion,
Abbruchreaktion
Alkene und Alkine
- Doppelbindung bzw.
Dreifachbindung
Ethen und Ethin
Stellung der
Treibhauseffekt
Alkane
Molekülstrukturen
Bindungsverhältnisse
Isomeriephänomen
Nichtwasserstoffatome oder
Atomgruppen an der
Doppelbindung
(cis = Z = zusammen, trans =
E = entgegengesetzt)
Elektrophiler Angriff an die
- reaktive Verbindungen
- Nachweis durch
π-Elektronen der DoppelBromwasserprobe
bzw. Dreifachbindung
Unterscheidung von Hin- und Carbonsäure und Alkohol
Rückreaktion
bilden unter Wasseraustritt
einen Ester (Kondensation).
Durch Wasser kann ein Ester
wieder in Carbonsäure und
Alkohol gespalten werden
(Hydrolyse).
sog. fossile Energieträger als Durch Inkohlungsprozesse
bildeten sich Erdöl-, ErdgasMotorentreibstoffe neben
regenerativen Energieträgern, und Kohlelagerstätten. Es
handelt sich jeweils um nur
wie Holz, Pflanzenölen,
(begrenzt verfügbare)
Bioethanol u. a.
Stoffgemische aus
verschiedenen
Kohlenwasserstoffen
Ethenmoleküle reagieren
aus kurzkettigen Alkenen
unter geeigneten
könne langkettige Moleküle
Bedingungen miteinander zu
entstehen
langkettigem Polyethen(Kunststoffherstellung)
Molekülen (PE)
Zerstörung der Ozonschicht
Halogenierte
(Ozonloch) in der
Kohlenwasserstoffe sind
Stratosphäre durch
ökologisch sehr
problematisch und z. T. auch Halogenierte KW, die in
Halogenradikale zerfallen
giftig
Alkohole: Hydroxylgruppe
Kenntnis der jeweiligen
Aldehyde und Ketone:
funktionellen Gruppen und
Carbonylgruppe
der daraus resultierenden
physikalischen Eigenschaften Säuren: Carboxylgruppe
(Siede- und Schmelzpunkte,
Löslichkeit)
Stufenweise Oxidierbarkeit zu Redoxgleichungen mit
Kaliumpermanganat oder
Aldehyden /bzw. Ketonen
Dichromat formulieren
und weiter zu Carbonsäuren
können
Aldehyde werden zur
Silberspiegelprobe und
Fehlingreaktion beschreiben Carbonsäuren oxidiert, dabei
wird Ag+ zu Ag reduziert
und als Reaktionsgleichung
formulieren können.
(Silberspiegel) bzw. kann
auch Cu2+ zu Cu+ reduziert
werden (Fehling).
Der Kohlenstoff der
Aldehyde reagieren mit
Carbonylgruppe wird leicht
Alkoholen unter Bildung von
- ungesättigter Charakter
- Z/E-Isomerie
(Konfiguration)
Reaktionen der Alkene und
Alkine
elektrophile Addition
chemische Reaktionen sind
umkehrbar
(chemisches Gleichgewicht,
kein MWG)
Erdöl, Erdgas und Kohle
Polymer
Halogenalkane
Sauerstoffhaltige organische
Verbindungen:
Alkohole,
Aldehyde und Ketone,
Carbonsäuren
Reaktionen der Alkohole
Nachweis der Aldehyde
Reaktionen der
Carbonylgruppe
Carbonylverbindungen
Acidität der Carboxylgruppe
Veresterung und Ester
Gärung
chemisches Gleichgewicht
Fette
Bedeutung der Fette
Das Kohlenhydrat Glucose
von nukleophilen Teilchen
angegriffen (nukleophile
Addition).
Wichtige Bedeutung als
Lösemittel und
Zwischenprodukt der
chemischen Industrie
Halbacetalen.
Kenntnis wichtiger Vertreter:
Formaldehyd (Methanal),
Acetaldehyd (Ethanal),
Aceton (Dimethylketon =
Propanon)
Essigsäure (Ethansäure) ist
Das H-Atom ist polar
eine schwache Säure, die in
gebunden und kann
wässeriger Lösung Protonen
abgespalten werden
abspaltet und mit
(Protolyse). Es entstehen
Wassermolekülen H3O+ Ionen
Salze.
bildet. Acetate heißen die
Salze der Essigsäure.
Propansäureethylester entsteht
Ester entstehen in einer
aus Ethanol und Propansäuer
reversiblen Reaktion aus
unter Wasser austritt.
Carbonsäure- und
Alkoholmolekülen. Kenntnis (Kondensation).
Ester sind z. B. als
der Nomenklatur und der
Lösungsmittel,
technischen Bedeutung der
Konservierungsmittel und
Ester
Aromastoffe von Bedeutung
Unter Sauerstoffausschluss
C6H12O6 →2C2H5OH + 2CO2
können verschieden
physiologische Wirkung des
Organismen Traubenzucker
Alkohols: Organschäden,
zu Ethanol und
Beeinträchtigung der
Kohlenstoffdioxid abbauen
Sinneswahrnehmung und
und gewinnen so Energie.
Reaktionsfähigkeit
Hinreaktion:
Die Esterbildung ist
Ester bildet sich unter
reversibel, d.h. umkehrbar.
Wasserabspaltung
Viele chemische Reaktion
(Kondensation)
sind umkehrbar.
Rückreaktion:
Spaltung des Esters durch
Hydrolyse
Ester aus Glycerin und drei
Bildung durch Kondensation,
langkettigen Carbonsäuren
Verseifung mit Lauge liefert
neben Glycerin die Na+/K+Salze der Fettsäuren
(„Seifen“)
Energieträger, hoher
Ernährung des Menschen
Brennwert, essentielle
Fettsäuren besitzen
Vitamincharakter
Pflanzenöle als Rohstoffe für
nachwachsende Rohstoffe
Kraftstoffherstellung und
Industrie
Glucose in offenkettiger Form mehrfunktionelle Verbindung,
mit Aldehydgruppe und
die unter Wasseraustritt
Alkoholgruppen in Fischer(Kondensation) eine
Projektion zeichnen können
Stärke
Aminocarbonsäuren
Proteine (Eiweiße)
biologische Bedeutung der
Proteine
Glucosebausteine
(Monomere) treten unter
Wasseraustritt zum
Polysaccharid Stärke
zusammen
Amino- und Carboxylgruppe
am α-C-Atom
Durch Kondensation bilden
Aminosäuren langkettige
Proteine (Makromoleküle)
Proteine sind als Bau- und
Gerüststoffe sowie als
Biokatalysatoren (Enzyme)
von Bedeutung
Ringform bildet (nukleophile
Addition)
Nähr- und Speicherstoff bei
Pflanzen
Basizität der Aminogruppe,
Bildung der
Zwitterionenstruktur
Struktur der Peptidbindung
Kollagen und Keratin als
Baustoffe
Katalase als „Protein“-Enzym
Grundfertigkeiten
Kenntnis wichtiger Alkane, Alkene und Alkine und ihrer Benennung
Beschreibung der Bindungsverhältnisse und der Isomerieformen
Formulieren von radikalischer Substitution sowie von elektrophiler und nukleophiler
Addition
Kenntnis von der Umkehrbarkeit vieler Reaktionen
Kenntnis des Kohlenstoffkreislaufs und Vorstellungen von der Rohstoff- und
Energieversorgung der Menschheit
Kenntnis wichtiger sauerstoffhaltiger Verbindungen und ihres Reaktionsverhaltens
Kenntnis der Grundstruktur von Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen und ihrer
Bedeutung als Biomoleküle