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Klasse 12 Chemie der Oberstufe: Von der Thermodynamik zur modernen Synthese
Dieser Kurs vertieft das Verständnis chemischer Systeme durch die Verknüpfung von Struktur, Eigenschaften und energetischen Prozessen. Die Lernenden analysieren komplexe Gleichgewichte und entwickeln Kompetenzen in der Planung sowie Auswertung quantitativer Experimente.
01Thermodynamik und Energetik
Analyse von Energieflüssen, Enthalpieänderungen und der Vorhersagbarkeit chemischer Reaktionen.
Die Schülerinnen und Schüler definieren offene, geschlossene und isolierte Systeme und unterscheiden zwischen Zustands- und Prozessgrößen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Konzepte von Arbeit und Wärme als Energieübertragungsformen und deren Einfluss auf die innere Energie eines Systems.
Experimentelle Bestimmung von Reaktionswärmen und Anwendung des Satzes von Hess.
Die Schülerinnen und Schüler wenden den Satz von Hess zur Berechnung von Reaktionsenthalpien an und nutzen Standardbildungsenthalpien.
Die Schülerinnen und Schüler berechnen Reaktionsenthalpien aus Bindungsenergien und bewerten die Grenzen dieser Methode.
Statistische und thermodynamische Betrachtung der Unordnung in stofflichen Systemen.
Verknüpfung von Enthalpie und Entropie zur Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie.
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden exergone und endergone Reaktionen und deren Bedeutung für biologische Prozesse.
Bewertung fossiler und regenerativer Energieträger unter thermodynamischen Aspekten.
Zusammenhang zwischen Stoßtheorie, Temperatur und Reaktionsgeschwindigkeit.
Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Reaktionsordnung experimentell und formulieren Geschwindigkeitsgesetze.
02Chemische Gleichgewichte und Steuerung
Dynamik reversibler Reaktionen und deren Beeinflussung durch äußere Parameter.
Herleitung und Anwendung der Gleichgewichtskonstante K.
Vorhersage der Gleichgewichtsverschiebung bei Störungen des Systems.
Industrielle Anwendung der Gleichgewichtsprinzipien und historische Bedeutung.
Gleichgewichte in gesättigten Lösungen schwerlöslicher Salze.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Bildung und Stabilität von Komplexen und deren Bedeutung in der Analytik.
03Protonenübertragungsreaktionen
Säure-Base-Theorie nach Brönsted, pH-Metrie und Puffersysteme.
Definition von Säuren und Basen als Protonendonatoren und -akzeptoren.
Quantitative Erfassung der Protonierungsneigung durch Gleichgewichtskonstanten.
Mathematische Bestimmung des pH-Werts für starke, schwache und sehr schwache Elektrolyte.
Funktionsweise organischer Farbstoffe als schwache Säuren/Basen.
Acidimetrie und Alkalimetrie zur Konzentrationsbestimmung.
04Elektrochemie und Energiewandlung
Elektronenübertragung, elektrochemische Zellen und moderne Speichertechnologien.
Systematische Bestimmung von Oxidationsstufen und Ausgleichen komplexer Redoxgleichungen.
Die Schülerinnen und Schüler nutzen Standardpotenziale zur Vorhersage von Redoxreaktionen und erstellen eine elektrochemische Spannungsreihe.
Aufbau und Funktion von Batterien und Akkumulatoren.
Abhängigkeit des Elektrodenpotenzials von Konzentration und Temperatur.
Erzwungene chemische Reaktionen durch elektrische Arbeit.
Elektrochemische Prozesse bei der Zerstörung von Metallen.
05Organische Reaktionsmechanismen
Vertiefung der organischen Chemie durch mechanistische Betrachtung.
Bindungsverhältnisse im Benzol und das Hückel-Kriterium.
Mechanismus der Halogenierung und Nitrierung von Aromaten.
Kinetik und Stereochemie beim Austausch von funktionellen Gruppen.
Konkurrenz zwischen Substitution und Eliminierung sowie die Regel von Saytzeff.
Reaktion von Alkenen mit Halogenen und Halogenwasserstoffen.
Reaktionen von Aldehyden und Ketonen (Halbacetalbildung).
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Mechanismus der radikalischen Substitution bei Alkanen und deren Bedeutung für die Polymerisation.
06Angewandte Makromolekulare Chemie
Synthese, Eigenschaften und Recycling von Kunststoffen.
Mechanismus vom Startradikal bis zum Kettenabbruch.
Herstellung von Polyestern, Polyamiden und Polyurethanen.
Thermoplaste, Duroplaste und Elastomere im Vergleich.
Leitfähige Kunststoffe, Superabsorber und biologisch abbaubare Polymere.
07Farbstoffe und Analytik
Licht-Materie-Wechselwirkung und moderne Strukturaufklärung.
Quantenmechanische Grundlagen der Elektronenanregung.
Einfluss von funktionellen Gruppen auf das Absorptionsmaximum (Bathochromie).
Synthese durch Diazotierung und Azokupplung.
Quantitative Analyse mittels Lambert-Beer-Gesetz.
Prinzipien von DC, GC und HPLC.
Einführung in die Infrarot-Spektroskopie zur Identifizierung funktioneller Gruppen.
Einführung in die Kernspinresonanzspektroskopie zur Bestimmung der Molekülstruktur.
08Chemie, Umwelt und Gesellschaft
Nachhaltigkeit, grüne Chemie und ethische Verantwortung.
Konzepte zur Vermeidung von Abfall und Nutzung nachwachsender Rohstoffe.
Treibhausgase, Strahlungsantrieb und Kohlenstoffkreislauf.
Chemie der Reinigungsmittel und Schutz der Wasserressourcen.
Wirkstoffdesign und die Bedeutung der Stereochemie (Contergan-Fall).
Besondere Eigenschaften von Stoffen auf der Nanoskala.
Wirtschaftliche Bedeutung und historische Entwicklung (IG Farben bis heute).
Funktion von Konservierungsstoffen, Emulgatoren und Farbstoffen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Struktur und Funktion von Proteinen und die Wirkungsweise von Enzymen als Biokatalysatoren.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Struktur und Funktion von Kohlenhydraten und Lipiden als wichtige Biomoleküle.