3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 4 INHALTSVERZEICHNIS 10 Kenntnisse aus der Sekundarstufe I 1 Energetik 16 18 19 20 21 22 23 24 25 26 28 29 2 Energetik Wärme, Licht, elektrische Energie… Systeme und Energieformen bei chemischen Reaktionen Neutralisationswärme – Von der Idee zum Experiment Kalorimetrische Messungen und Reaktionsenthalpie Berechnen – einfacher als messen Satz von Hess1 Was geht ab? Metastabile und stabile Systeme EVA Energieumwandlungen bei Fotosynthese und Atmung Kompetenzbezogene Aufgaben mit Lösungen Kompetenztraining Elektrochemie in Alltag und Technik 30 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 62 64 Elektrochemie in Alltag und Technik Sprunghaft und mit zwei Gesichtern Das Elektron, die Orbitale und die Quantenzahlen Die Energieleiter in Atomen Elektronenkonfigurationen und Periodensystem Elektronen im Austausch Das Donator-Akzeptor-Prinzip bei Redoxreaktionen Metalle – unterschiedlich gut oxidierbar Korrespondierende Redoxpaare Strom aus Redoxreaktionen Galvanische Zellen Mehr oder weniger Spannung Potenzialdifferenzen bei galvanischen Zellen Edle und unedle Metalle Standardpotenziale E° und Spannungsreihe der Metalle Salzlösungen unter Strom Elektrolysen – erzwungene Redoxreaktionen Chlor-Alkali-Elektrolyse im Labor und in der Technik Überspannung und Zersetzungsspannung 150 Jahre jung Die Taschenlampenbatterie Akku leer? Laden! Der Bleiakkumulator Zur Nutzung gezähmt – die Knallgasreaktion Brennstoffzellen Wenn der Rost alles frisst Korrosion von Metallen Damit der Rost nicht alles frisst Schutz vor Korrosionsschäden EVA Redoxpotenziale – das Know-how für moderne Batterien EVA Weiterentwicklung der Akkumulatorentechnik Kompetenztraining 3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 5 3 Reaktionsgeschwindigkeit und Enzymkatalyse 66 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 4 Reaktionsgeschwindigkeit und Enzymkatalyse Zeitpläne von Reaktionen Reaktionsgeschwindigkeit Stoppuhr und was noch? Messbare Größen bei Reaktionen Die Konzentration als Variable Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit Die Temperatur als Variable Die Aktivierungsenergie „Bloße Gegenwart“ oder aktive Teilnahme? Katalysator und Katalyse Enzyme – Katalysatoren in Organismen Das Schlüssel-Schloss-Prinzip Grüne Ampel für Enzyme Reaktionsbedingungen und Enzymaktivität EVA Reaktionsentropie und freie Reaktionsenthalpie Kompetenztraining Chemische Gleichgewichtsreaktionen in Natur und Technik 84 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 Chemische Gleichgewichtsreaktionen in Natur und Technik Hin oder Rück – worauf kommt es an? Reversible Reaktionen Hin und Rück im Gleichgewicht Chemisches Gleichgewicht - Stoffebene Ungleiche Gleichgewichte Chemisches Gleichgewicht - Teilchenebene Nach Maß und Gesetz Massenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante Kc Mal vorgerechnet Berechnungen mit dem Massenwirkungsgesetz MWG Die Konzentration als Störfaktor Prinzip von Le Chatelier1 und Massenwirkungsgesetz Die Temperatur und der Druck als Störfaktoren Prinzip von Le Chatelier und Gleichgewichtskonstante Kc „Herr Geheimrat, es tropft“ Das Haber-Bosch-Verfahren und seine Geschichte Champions League in der industriellen Industrie Technische Ammoniaksynthese heute Kompetenztraining 3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 6 5 Protolysegleichgewichte 106 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 122 123 6 Protolysegleichgewichte Vom acidum aceticum1 zum Protonendonator2 Säure-Base-Definitionen nach Brönsted Können Salze sauer sein? Korrespondierende Säure-Base-Paare Spurensuche in reinem Wasser Ionenprodukt des Wassers und pH-Wert Wie viel Säure ist da drin? Konzentrationsbestimmung durch Titration Neutralisation schrittweise Ermittlung und Interpretation von Titrationskurven EVA Säuregehalt in Alltagprodukten und Umweltbereichen EVA Leitfähigkeitstitrationen EVA Protolysen in hartem Wasser EVA Puffersysteme Kompetenztraining Kohlenhydrate und Stereoisomerie 124 126 127 128 128 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 Kohlenhydrate und Stereoisomerie Traubenzucker, Stärke und Verwandte Kohlenhydrate Cm(H2O)n Haute Couture für Kohlenhydrate Stereoisomerie bei chiralen Molekülen Optische Aktivität und Polarimetrie a-D(+)-Glucose – ein Stereoisomer unter vielen Verknüpfungsprinzipien in und zwischen Kohlenhydrat-Molekülen Intramolekulare Halbacetale und intermolekulare Glycoside Das süße Geheimnis von Rohr und Rübe Saccharose und andere Disaccharide Das feste Nahrungsmittel Nr. 1 Stärke – ein Polysaccharid aus a-D-Glucose Die häufigste organische Verbindung Cellulose – ein Polysaccharid aus b-D-Glucose EVA Modifizierte Cellulose für Textilien und andere Produkte EVA Die Oxidation von Glucose Kompetenztraining 3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 7 7 Aminosäuren und Proteine Aminosäuren und Proteine Unentbehrlich – auch für Vegetarier Aminosäuren – Bausteine der Eiweiße Geschmacksverstärker – frei und gebunden Peptide – Kondensationsprodukte von Aminosäuren Chemie der Dauerwelle Sekundär- und Tertiärstruktur von Proteinen Wilde Knäule – hochgeordnet Quartärstruktur von Proteinen und Proteide EVA Insulin – ein Peptidhormon EVA Proteine und Farbstoffe in biologischen Funktionseinheiten EVA Desoxyribonucleinsäure DNA – molekulare Träger der Erbinformation 157 Kompetenztraining 144 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 8 Fette, Tenside und Waschmittel 158 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 172 173 9 Fette, Tenside und Waschmittel Vorsicht – heiß und fettig! Fette und Öle – Ester aus der Natur Gesättigt oder ungesättigt? Molekülstruktur und Eigenschaften von Triglyceriden Vom Fett zur Seife Seifen – Herstellung und Eigenschaften Schaumschläger Anionische, kationische und nichtionische Tenside Moderne Waschmittel – nicht nur Tenside Inhaltsstoffe eines Vollwaschmittels EVA Tenside in Emulsionen und Kosmetika EVA Seifenblasen, Schauminhibitoren und Zellmembranen Kompetenztraining Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen 174 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 Struktur und Eigenschaften von Kunststoffen Polyethen PE, Polypropen PP, Polyvinylchlorid PVC & Co Struktur und Eigenschaften von Polymeren Hart oder weich, plastisch oder elastisch? Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere Spinnbares aus der Retorte Polykondensation und Polymerisation Fäden und Schäume Polyester durch Polykondensation und Polyurethane durch Polyaddition Aus alt mach neu Recycling von Kunststoffen EVA Innovative Textilien – Outfit für Livestyle und Sport Kompetenztraining 3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 8 10 Struktur und Eigenschaften von Farbstoffen 188 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 202 203 204 205 11 Struktur und Eigenschaften von Farbstoffen Warum sehen wir Blattgrün grün? Farben durch Lichtabsorption Farbe an – Farbe aus! Molekülstruktur und Farbigkeit Farbstoffe nach Maß Synthese von Azofarbstoffen Heute machen wir blau Färben von Textilien mit Küpenfarbstoffen Chlorophylle und Carotinoide aus Blättern Naturfarbstoffe EVA Lumineszenz – Farben durch Lichtemission EVA Weitere Farbstoffklassen EVA Lebensmittelfarbstoffe EVA Benzol-Formel und Mesomerie Kompetenztraining Komplexverbindungen 206 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 220 221 Komplexverbindungen Wenn Metall-Ionen Farbe zeigen Lichtabsorption in Komplexen Werners „geniale Frechheit“ Historie und Nomenklatur zu Komplexen Komplexe Strukturen Isomerie bei Komplexverbindungen Komplexbildungsreaktionen Donator-Akzeptor-Reaktionen bei Komplexen Eigenschaften von Komplexverbindungen Gleichgewichte bei Komplexreaktionen EVA Komplexverbindungen in der Medizin EVA Wichtige Komplexverbindungen in Organismen Kompetenztraining 3416_001_009_3415_001_016.qxd 07.05.12 09:51 Seite 9 12 Ausgewählte Probleme des Umweltschutzes 222 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 238 239 240 241 242 253 264 265 267 271 Ausgewählte Probleme des Umweltschutzes Erdöl – ein Gemisch aus brennbaren Stoffen Erdöl und die anthropogenen Emissionen Schadstoffe in Verbrennungsprodukten Rauchgasreinigung und Autokatalysator Verbrennungsprodukte schlucken Wärme Der Treibhauseffekt Stickstoff – elementar und gebunden Der Stickstoff-Kreislauf in der Natur Boden und Stickstoffdünger Nährstoffbilanz des Bodens und Düngung EVA Unsere Atmosphäre – Ein Ozean aus Luft EVA Photosmog –Stoffkreisläufe in der Troposphäre EVA 3 mm Ozon – der Filter für das Leben EVA Düngung und Grundwasser EVA Reduzierung des Gehalts an Nitrat-Ionen im Wasser EVA Stickstoffverbindungen im Stoffwechsel Kompetenztraining Anhang: Grundwissen der Kapitel I bis XI Glossar Internationale Bezeichnung von Gefahrstoffen H-Sätze, P-Sätze Chemikalienliste nach dem neuen GHS-System Tabellen (Isomerie; Formeltypen und Molekülmodelle; Größen, Gleichungen, Konstanten) Stichwortverzeichnis Bildquellen Sicherheit im Chemieunterricht PSE