Einführungsphase

Nachdem in der Mittelstufe schwerpunktmäßig Stoffe der unbelebten Umwelt untersucht werden (anorganische Stoffe) werden in der Einführungsphase das erste Mal intensiv die Stoffklassen der organischen Verbindun­gen betrachtet. Zunächst erfahren die Schüler*innen „Wissenswertes rund um Alkohol“, die qualitative und quantitative Elementar­analyse eines Alkohols werden durchgeführt und die Struktur dieser Stoffklasse sowie ihrer Oxidations­produkte (Aldehyden und Ketone) erarbeitet. Die Stoffklasse der Alkane (und Alkene) bilden einen zweiten inhaltlichen Schwerpunkt. Ihr Vorkommen im Erdöl sowie dessen Aufarbeitung bilden den Ausgangspunkt der Einheit. Die Stoffeigenschaften der Alkane und seiner Isomere sowie ihre Relevanz zum Einsatz als Treibstoff in Automotoren werden im Folgenden thematisiert.

Als analytisches Verfahren zur Identi­fizierung von Bestandteilen in Gas­gemischen lernen die Schüler*innen die Gaschromatografie kennen. Diese wird vertiefend behandelt in einem eintägigen Experimentalkurs im XLAB (Göttinger Experimentallabor für junge Leute). Hier führen die Lernen­den zum einen das Cracken langer Kohlenwasserstoffketten, zum ande­ren eine fraktionierte Destillation von Erdöl in Modellversuchen durch und analysieren die Fraktionen anschließend mithilfe einer gaschromatografischen Unter­suchung. Die Herstellung von Biodiesel ist ein weiterer Inhalt des Praktikums. Durch diese Exkursion wird den Schüler*innen ein realistischer Einblick in das Arbeiten im Labor gegeben und ein mögliches Berufsfeld vorgestellt.

Qualifikationsphase

Seit vielen Jahren wird im Fach Chemie jeweils mindestens ein Kurs auf grund­legendem und erhöhten Anforderungsniveau an der Goetheschule angeboten. Daher besteht sowohl die Möglichkeit einer schriftlichen Abitrurprüfung auf beiden Anforderungsniveaus (P1-P4) als auch die einer mündlichen Prüfung (P5).

Was kommt Neues in der Qualifikationsphase? In den folgenden zwei Jahren wird ein größerer Schwerpunkt auf quantitative Untersuchungen chemischer Reaktionen und die Betrachtung von Mechanismen, nach denen solche Reaktionen ablaufen, gelegt. Diese Erkenntnisse ermöglichen, den Ablauf chemischer Reaktionen vorauszusagen, zu beein­flussen und zu steuern, indem man sie z. B. in Richtung eines gewünschten Produktes lenkt. Wie auch im bisherigen Chemieunterricht steht das Experiment sowie die Arbeit mit Modellen im Mittelpunkt des Unterrichts, mathematische Berechnungen nehmen einen größeren Raum ein.

Welche Vorteile bringt die Belegung dieses Faches? Die Behandlung der Themen im Chemieunterricht der Oberstufe und die methodische Aus­einander­setzung mit naturwissen­schaftlichen Fragestellungen bilden die Grundlage für das Verständnis chemischer Vorgänge in Natur, Alltag und Technik. Dies befähigt die Schüler*innen, sich bei chemischen Fragestellungen von öffentlichem Interesse eine fundierte und kritsche Meinung zu bilden. Die Durchführung vieler Schülerexperimente und das Arbeiten mit komplexerer Versuchs­apparaturen bieten die Gelegenheit eine gute Experimentierpraxis zu erlangen. Dies und die fachspezifischen Kompetenzen legen eine fundierte Basis und ermöglichen einen leichteren Start in viele naturwissen­schaft­liche Studiengänge wie Chemie, Pharmazie, Chemietechnik, Medizin oder Biologie. In all diesen Studiengängen müssen zur Erlangung des Bachelors bzw. Masters Praktika und Prüfungen in anorganischer oder/und organischer Chemie abgelegt werden

Folgende Themen werden im Laufe der vier Halbjahre in der Oberstufe behandelt:

12.1: Reaktionsenergie und Reaktionsgeschwindigkeit

Zu Beginn werden zunächst die Inhalte der Mittelstufe und der Einführungs­­phase, die als Grundlage für die Inhalte der Qualifikationsphase relevant sind, wiederholt, um die Lerngruppe auf dem gleichen Stand zu bringen.

Im Folgenden wird die experimentelle Bestim­mung und Berechnung von Reaktionsenergien einen Schwer­­punkt des 1. Halbjahres ein­nehmen. Hier­durch können Kraft- und Brennstoffe hinsichtlich ihrer Effizienz, aber auch hinsichtlich der Umweltverträglichkeit und Nach­haltig­keit beurteilt werden.

Das zweite Thema im 1. Halbjahr bildet die Ermittlung, Berechnung und Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit. Da bei chemischen Reaktionen keine Strecken zurückgelegt wer­den, müssen hier messbare Größen gefunden werden, deren Veränderung man im Verlauf der Reaktion in bestimmten Zeitintervallen bestimmen kann.

12.2: Gleichgewichtsreaktionen: Säure-Base und Redoxreaktionen

In der 12.2 werden umkehrbare (reversiblen) Reaktionen betrachtet. Bei solchen Reaktionen stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, in dem die Hin- und die Rückreaktion in gleichem Maße ablaufen. Doch wo begegnen uns solche Gleichgewichtsreaktionen?

Alle Säure-Base-Reaktionen sind Gleichgewichts­reaktionen. Bei diesem Themengebiet wird die Be­deu­tung des pH-Wertes genauer beleuchtet und dieser für saure und alkalische Lösungen berechnet, wobei auch die unterschiedliche Stärke von Säuren und Basen eine Rolle spielt. Titrationen werden als maßanalytisches Verfahren zur Bestimmung des Säure­gehaltes in Lebens‑, Reinigungsmitteln oder Gewässer­proben durch­ge­führt und die Eignung verschiedener Indika­toren abgewogen und deren Funktionsweise untersucht.

Auch Redox-Reaktionen, also Reaktionen, bei denen Elektronen übertragen werden, sind Gleich­gewichts­reaktionen. Findet diese Elektro­nen­über­tragung nicht direkt statt, sondern über einen elektrischen Leiter, dann kann er als elektrischer Strom nutzbar gemacht werden. Die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie findet in Batterien, Akkumulatoren und Brennstoffzellen Anwendung. Ihre Funktionsweise sowie die Berechnung der Spannungen, die sie liefern können, sind Inhalte in der 12.2.

13.1: Reaktionsmechanismen in der Organischen Chemie

Im 13. Jahrgang stehen Reaktionen organischer Stoffe und ihre Stoffeigenschaften im Mittelpunkt.

Fragestellungen sind: Wie kann man eine Stoffklasse in eine andere überführen? Wie genau läuft die jeweilige Reaktion ab, an welcher Stelle greift ein Teilchen ein anderes an, welche Zwischenstufen gibt es auf dem Weg zum Reaktionsprodukt? All das gibt der Reaktions­mechanismus an. Hierdurch können orga­nische Reaktionen (in Grenzen) gesteuert werden. Einige Stoffklassen, die hier behandelt werden, sind bereits aus der 11. Klasse bekannt (Alkane, Alkene, Alkanole), andere werden neu eingeführt (Aldehyde, Ketone, Ether, Ester). Ester finden z. B. Anwendung als Duftstoffe.

13.2: Kunststoffe und Naturstoffe

Im letzten Halbjahr können die erlernten Inhalte gut an zwei Themenbereichen angewendet werden. Ein Thema sind die Kunststoffe, die Untersuchung ihrer Eigenschaften und daraus resultierend die verschiedenen Einsatzgebiete. Die Kunststoffklassen und verschiedene Synthese­wege werden erarbeitet. Edukte der Kunststoffherstellung können Erdölbestandteile, aber auch nachwach­sende Rohstoffe sein. Die Beurteilung ihrer Umwelt­verträg­lichkeit ist daher ein interessanter und aktueller Aspekt des Themas.

Das abschließende Thema bilden die drei Nähr­stoffklassen (Fette, Eiweiße und Kohlen­hydrate). Hier werden der molekularer Aufbau, Eigenschaften, Nach­weise und Reaktionen der verschiedenen Stoffklassen behandelt. Was passiert z. B. bei der Denaturierung von Eiweißen auf molekularer Ebene? Wie wird Seife aus Fetten hergestellt? Oder was unterscheidet eigentlich flüssige Öle von festen Fetten und wie kann man (bei der Margarineherstellung) das eine in das andere umwandeln?