Genehmigter Lehrplan – gültig für das auslaufende achtjährige Gymnasium

C_NTG 10.1 Kohlenwasserstoffe (ca. 23 Std.)

Am Beispiel der Kohlenwasserstoffe gewinnen die Schüler einen ersten Eindruck davon, wie aus den einfach zu durchschauenden Bindungsverhältnissen bei Kohlenstoffverbindungen die strukturelle Vielfalt der organischen Moleküle – und daraus folgend die Mannigfaltigkeit organischer Verbindungen – entstehen kann. Der Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und Stoffeigenschaften wird vor allem am Beispiel funktioneller Gruppen und homologer Reihen erarbeitet. Neben den Stoffeigenschaften stehen die chemischen Reaktionen der Kohlenwasserstoffe im Mittelpunkt und verdeutlichen, wie aus wenigen Grundstoffen zielgerichtet neue Substanzen hergestellt werden können, die unseren Alltag entscheidend prägen. Die Reaktion zwischen nukleophilen und elektrophilen Teilchen fügt dem Donator-Akzeptor-Konzept eine neue Facette hinzu und verhilft den Schülern zu einem tiefer gehenden Verständnis einer Vielzahl organischer Reaktionen. Ausgehend vom Kohlenstoffkreislauf erkennen die Schüler die Abhängigkeit unserer Zivilisation von einigen wenigen, nur begrenzt zur Verfügung stehenden, organischen Rohstoffen und erfahren die Notwendigkeit der Erschließung alternativer Rohstoff- und Energiequellen.

Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften der Kohlenwasserstoffe

• ­Bindungsverhältnisse in gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen: Elektronendichteverteilung, Anwendung des Elektronenpaarabstoßungsmodells, Strukturformeln (Valenzstrichschreibweise)
• ­homologe Reihen der Alkane, Alkene und Alkine, Nomenklatur
• ­Isomerie: Konstitutionsisomerie und E/Z-Isomerie
• ­physikalische Eigenschaften der Alkane: Struktur-Eigenschafts-Konzept
• ­Molekülbau und chemisches Verhalten der Kohlenwasserstoffe: Brennbarkeit, Halogenierung durch radikalische Substitution bzw. durch elektrophile Addition

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Bedeutung in Natur, Alltag und Technik

• Erdöl, Erdgas und Kohle: Grundstoff- und Energielieferanten; Motorentreibstoffe; Kohlenstoffkreislauf und Treibhauseffekt; alternative Stoff- und Energiequellen
• Halogenalkane: ökonomische und ökologische Betrachtung, Ozonthematik
• Alkene: vom Monomer zum Polymer

C_NTG 10.2 Sauerstoffhaltige organische Verbindungen (ca. 26 Std.)

Die Schüler begreifen die Auswirkungen wichtiger funktioneller Gruppen auf die physikalischen Eigenschaften und das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen. Dabei greifen sie Basiskonzepte wie das Struktur-Eigenschafts-Konzept und das Donator-Akzeptor-Konzept wieder auf. Die Systematik für die Vielzahl der organischen Stoffe wird gefestigt und erweitert. Mit der Kondensationsreaktion lernen sie einen weiteren Reaktionstyp kennen, der prinzipiell umkehrbar ist und zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts führen kann.

Eigenschaften und Reaktionen sauerstoffhaltiger organischer Verbindungen

• Vorstellen der Verbindungsklassen und ihrer funktionellen Gruppen: Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren
• Vergleich physikalischer Eigenschaften ausgewählter Alkohole, Carbonylverbindungen und Carbonsäuren
• chemische Eigenschaften: stufenweise Oxidation von Alkoholen, Fehling-Probe, Silberspiegel-Probe
• Reaktion zwischen nukleophilen und elektrophilen Teilchen: nukleophile Addition als charakteristische Reaktion der Carbonylgruppe
• Acidität der Carboxy-Gruppe; Salzbildung
• Veresterung als reversible Reaktion (Kondensation und Hydrolyse), chemisches Gleichgewicht (kein MWG)

Alkohole, Aldehyde, Ketone und Carbonsäuren in Natur, Alltag und Technik

• ­Alkohole: Gärung, physiologische Wirkung des Ethanols [→ B 10.1 Stoffwechsel], Bedeutung z. B. als alternativer Energieträger
• Carbonylverbindungen als wichtige Zwischenprodukte und Lösungsmittel
• Carbonsäuren und Ester: z. B. Konservierungsmittel, Aromastoffe, Medikamente

C_NTG 10.3 Biomoleküle (ca. 7 Std.)

Die Schüler erkennen an einigen wichtigen Beispielen die Bedeutung funktioneller Gruppen für Struktur und Eigenschaften von Biomolekülen verschiedener Klassen. Bei der Beschäftigung mit deren biologischer Bedeutung erhalten sie Einblicke in die grundlegenden Reaktionen der Biomoleküle in lebenden Systemen [→ B 10.1 Stoffwechsel]. Zur Veranschaulichung der Molekülstrukturen nutzen sie moderne Visualisierungstechniken z. B. am Computer.

Fette

• Fette: Ester aus Glycerin und langkettigen Carbonsäuren, Verseifung
• Bedeutung in der Ernährung und als nachwachsende Rohstoffe

Kohlenhydrate

• ­Glucose als mehrfunktionelle Verbindung: offenkettige Form und Ringschluss als nucleophile Addition
• ­Stärke: Aufbau aus Glucosemonomeren durch Kondensation; Bedeutung als Nähr- und Speicherstoff

Aminocarbonsäuren und Proteine

• funktionelle Gruppen: Basizität der Aminogruppe, Zwitterionenstruktur
• Kondensationsreaktion, Peptidbindung
• Proteine: Makromoleküle aus Aminosäuren, biologische Bedeutung

C_NTG 10.4 Profilbereich am NTG

Im Profilbereich erfahren die Schüler durch eigenes Handeln die überragende Bedeutung des Experiments für den Erkenntnisgewinn. Sie können die in C_NTG 10.1 bis 10.3 beschriebenen Inhalte durch selbständiges Experimentieren erweitern und vertiefen. Die Auswahl der Themen orientiert sich dabei in besonderem Maß an den Interessen der Schüler und bietet somit Anknüpfungspunkte an ihre persönlichen Erfahrungen. Die Erkundung von Betrieben unter geeigneten Aspekten kann den Schülern einen Einblick in die technische Umsetzung chemischer Vorgänge geben.

In Schülerexperimenten, im arbeitsteiligen Gruppenunterricht oder im Projektunterricht arbeiten die Schüler in hohem Maß selbständig und erfahren die für die Technik charakteristische problemorientierte Vorgehensweise. Das fördert nicht nur ihre Kreativität, sondern auch die Weiterentwicklung naturwissenschaftlicher Kompetenzen und allgemeiner Arbeitstechniken wie den Umgang mit Information, die Zusammenarbeit im Team und das Präsentieren der gewonnenen Ergebnisse. Bei der Arbeit im Schülerlabor lernen die Jugendlichen den sachgerechten Umgang mit Chemikalien und Geräten. Dabei sind die Richtlinien zur Sicherheit im Unterricht zu beachten.

Themenvorschläge

Die aufgeführten Inhalte sind als Anregungen zu verstehen.

Dieser Lehrplanpunkt besitzt Wahlpflichtcharakter. Es handelt sich um einen Vorschlagskanon, aus dem die Lehrkraft auswählen kann. Die Auswahl orientiert sich an den Interessen der Schüler und dient der Vertiefung von Inhalten aus C_NTG 10.1 - C_NTG 10.3.

• Primärrohstoffe - nachwachsende Rohstoffe:

  Treibstoffe aus Erdöl und Raps (Herstellung und Bilanzierung);

  Herstellung von Stärkefolien und Vergleich mit herkömmlichen Kunststoffen

• Luftschadstoffe – Entstehung, Nachweis und Vermeidung:

  Analyse von Autoabgasen, Experimente zur Wirkungsweise des Autokatalysators, Modellversuche zum Kohlenstoffkreislauf und zum Treibhauseffekt, Diskussion über Klimaschutzabkommen

• Moleküldarstellung am Computer:

  Isomeriephänomene, Aussagekraft unterschiedlicher Modelle

• Ethanol:

  Brennwertbestimmung und Kalorimetrie, Gärungsalkohol, Destillation, Ethanol und Methanol als Industriechemikalien, Brennstoffzelle, Ethanol als Gefahrstoff, Ermittlung von Flammpunkten, Ökobilanz von Bioalkohol

• Lebensmittelchemie:

  Duftestersynthese und Aromakomposition, natürliche, naturidentische und künstliche Lebensmittelinhaltsstoffe - qualitativer Nachweis z. B. von Vitamin C, quantitative Untersuchung von Getränken durch Titration

• Chemie in der Pharmazie:

  einfache Arzneimittel und deren Wirkstoffe, Analytik und Synthese

• Seifenherstellung:

  Untersuchung der Tensideigenschaften, historische Aspekte

• Die anorganische Seite des Kohlenstoffs:

  Kalk und Kalkkreislauf in Natur und Technik; Kohlenstoffmodifikationen

• Molekularbiologie:

  Isolierung von Proteinen und DNA, z. B. Elektrophorese, Dünnschichtchromatographie von Hydrolysaten

• Klebstoffe:

  Übersicht über Klebstoffe, ihre Eigenschaften und Anwendungen; Herstellung und technische Prüfung von Stärkekleister und Fischleim

• Silizium:

  Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Chemie von Kohlenstoff und Silizium; technische Bedeutung

• Chemie vor Ort:

  Raffinerie, Blockheizkraftwerk, Kohlekraftwerk, Brauerei, Forschungseinrichtungen