Deutschland · KMK Bildungsstandards
Klasse 13 Chemie der Oberstufe: Von der Thermodynamik zur Synthese
Dieser Kurs vertieft das Verständnis chemischer Systeme durch die Verknüpfung von energetischen Prinzipien, Reaktionskinetik und komplexen organischen Synthesewegen. Die Lernenden analysieren Stoffkreisläufe und industrielle Prozesse unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeit und moderner Forschung.
01Energetik und Chemische Thermodynamik
Untersuchung der Energieänderungen bei chemischen Reaktionen und die Vorhersagbarkeit von Prozessen durch Entropie und Gibbs-Energie.
Die Schülerinnen und Schüler differenzieren zwischen verschiedenen Energieformen und wenden den Energieerhaltungssatz auf chemische Systeme an.
Berechnung von Reaktionsenthalpien über Bindungsenergien und Bildungsenthalpien unter Anwendung energetischer Kreisprozesse.
Die Schülerinnen und Schüler planen und führen Experimente zur Bestimmung von Reaktionsenthalpien durch und werten die Ergebnisse aus.
Einführung des Unordnungsbegriffs und die statistische Deutung der Entropie in chemischen Systemen.
Verknüpfung von Enthalpie und Entropie zur Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie und der Richtung chemischer Reaktionen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Zusammenhang zwischen der freien Reaktionsenthalpie und der Gleichgewichtskonstante.
Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden exotherme und endotherme Reaktionen und deren Energieprofile.
02Kinetik und Katalyse
Analyse der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen und der Wirkungsweise von Katalysatoren auf Teilchenebene.
Untersuchung der Faktoren, die die Kollisionshäufigkeit und Energie der Teilchen beeinflussen.
Die Schülerinnen und Schüler planen und führen Experimente zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit durch und interpretieren die Ergebnisse.
Mathematische Beschreibung der Konzentrations-Zeit-Abhängigkeit bei Reaktionen nullter, erster und zweiter Ordnung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit und die Bedeutung der Aktivierungsenergie.
Wirkungsweise von homogenen und heterogenen Katalysatoren sowie Enzymen in biologischen Systemen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Funktionsweise von Enzymen als Biokatalysatoren und ihre Rolle in Stoffwechselprozessen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren einfache Reaktionsmechanismen und identifizieren Zwischenprodukte.
03Elektrochemie und Energiespeicherung
Untersuchung von Redoxreaktionen zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und deren technische Anwendung.
Die Schülerinnen und Schüler wiederholen und vertiefen die Konzepte von Oxidation und Reduktion sowie das Aufstellen von Redoxgleichungen.
Aufbau von Halbzellen, Messung der Standardpotenziale und Nutzung der Spannungsreihe.
Die Schülerinnen und Schüler berechnen Zellpotenziale unter Standard- und Nicht-Standardbedingungen mithilfe der Nernst-Gleichung.
Erzwungene Redoxreaktionen durch äußere Spannung und quantitative Aspekte der Stoffabscheidung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die elektrochemischen Grundlagen der Korrosion und verschiedene Schutzmaßnahmen.
Funktionsweise von Lithium-Ionen-Akkumulatoren und Wasserstoff-Brennstoffzellen im Kontext der Energiewende.
Die Schülerinnen und Schüler recherchieren und diskutieren innovative Konzepte zur Energiespeicherung und -umwandlung.
04Aromatische Kohlenwasserstoffe
Struktur, Bindungsverhältnisse und Reaktivität von Benzol und seinen Derivaten im Vergleich zu Aliphaten.
Entwicklung der Strukturmodelle vom Kekulé-Modell zum Orbitalmodell (delokalisierte Elektronen).
Die Schülerinnen und Schüler wenden die Hückel-Regel an, um die Aromatizität von cyclischen Verbindungen zu beurteilen.
Mechanismus der Halogenierung, Nitrierung und Sulfonierung von Benzol.
Einfluss von Erstsubstituenten auf die Reaktivität und den Ort des Zweitangriffs (Induktive und Mesomere Effekte).
Die Schülerinnen und Schüler benennen aromatische Verbindungen systematisch und leiten ihre physikalischen Eigenschaften ab.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Bedeutung ausgewählter Aromaten in Industrie und Alltag.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die besondere Reaktivität von Phenolen und deren Anwendungen.
05Kunststoffe und Makromoleküle
Synthesewege, Struktur und Eigenschaften von Polymeren sowie deren Bedeutung für Technik und Umwelt.
Die Schülerinnen und Schüler definieren Makromoleküle und klassifizieren Polymere nach ihrer Herkunft und Struktur.
Radikalische Polymerisation von Ethen und Derivaten zu Thermoplasten.
Synthese von Polyestern, Polyamiden und Polyurethanen durch funktionelle Gruppen.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren den Zusammenhang zwischen der molekularen Struktur von Polymeren und ihren makroskopischen Eigenschaften.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Rolle von Additiven bei der Anpassung der Eigenschaften von Kunststoffen.
Recyclingverfahren, biologisch abbaubare Kunststoffe und Mikroplastikproblematik.
Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Struktur und Funktion wichtiger Biopolymere.
06Farbstoffe und Analytik
Zusammenhang zwischen Lichtabsorption und Molekülstruktur sowie moderne Methoden der Strukturaufklärung.
Das Delokalisierte Elektronensystem, Chromophore und Auxochrome Gruppen.
Synthese durch Diazotierung und Azokupplung sowie die pH-Abhängigkeit der Farbe.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Struktur und Farbigkeit von Naturfarbstoffen wie Anthocyanen und Carotinoiden.
Grundlagen der UV/Vis-Spektroskopie und Chromatographie zur Stoffidentifikation.
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren IR-Spektren zur Identifizierung funktioneller Gruppen in organischen Molekülen.
Die Schülerinnen und Schüler interpretieren Massenspektren zur Bestimmung der Molmasse und Fragmentierungsmuster von Molekülen.
Die Schülerinnen und Schüler wenden eine Kombination von spektroskopischen Methoden zur vollständigen Strukturaufklärung an.
07Naturstoffe und Biochemie
Struktur, Funktion und Bedeutung wichtiger Naturstoffe wie Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Nukleinsäuren.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Struktur von Mono-, Di- und Polysacchariden und ihre biologische Bedeutung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Struktur von Fetten, Ölen, Phospholipiden und Steroiden und ihre Funktionen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Bausteine der Proteine und die Bildung der Peptidbindung kennen.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die verschiedenen Strukturebenen von Proteinen und deren Einfluss auf die biologische Funktion.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Struktur von DNA und RNA und ihre Rolle bei der Speicherung und Übertragung genetischer Information.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die grundlegenden Stoffwechselwege zur Energiegewinnung in Zellen.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren Anwendungen der Biotechnologie und ethische Aspekte der Gentechnik.
08Umweltchemie und Nachhaltigkeit
Analyse chemischer Prozesse in der Umwelt und Entwicklung nachhaltiger Lösungsansätze.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die Zusammensetzung der Atmosphäre und die Chemie des Ozonlochs und des Treibhauseffekts.
Die Schülerinnen und Schüler analysieren die Qualität von Wasser und die chemischen Prinzipien der Wasseraufbereitung.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die chemische Zusammensetzung des Bodens und die Bedeutung von Nährstoffkreisläufen.
Die Schülerinnen und Schüler lernen die Prinzipien der Grünen Chemie kennen und wenden sie auf chemische Prozesse an.
Die Schülerinnen und Schüler untersuchen die chemischen Grundlagen alternativer Energiequellen und Speichermedien.
Die Schülerinnen und Schüler diskutieren die Bedeutung der Kreislaufwirtschaft und Strategien zur Ressourceneffizienz.
Die Schülerinnen und Schüler lernen Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Umweltkontaminanten kennen.