ChemieErhöhtes Anforderungsniveau

Energetische und kinetische Aspekte chemischer Reaktionen

Wie chemische Reaktionen Energie umsetzen und wie schnell sie ablaufen: Thermodynamik, Kalorimetrie, Katalyse und Reaktionsgeschwindigkeit.

• ·Innere Energie als Summe aus Kern-, chemischer und thermischer Energie, 1. Hauptsatz der Thermodynamik, Enthalpieänderung bei konstantem Druck, Standard-Bildungsenthalpie
• ·Kalorimetrische Bestimmung von Reaktionsenthalpien, Lösungsenthalpie als Summe aus Gitter- und Hydratationsenthalpie, Satz von Hess
• ·Einfluss eines Katalysators auf die Aktivierungsenergie, Modellvorstellung des Übergangszustands
• ·Reaktionsgeschwindigkeit als Änderung der Stoffmengenkonzentration pro Zeiteinheit, Einfluss von Temperatur, Druck, Konzentration und Katalysatoren mithilfe der Stoßtheorie
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Entropie, freie Enthalpie und Gibbs-Helmholtz-Gleichung als Kriterium für den freiwilligen Ablauf chemischer Prozesse

Chemisches Gleichgewicht

Wie sich chemische Gleichgewichte einstellen, wie ihre Lage mit dem Massenwirkungsgesetz beschrieben wird und wovon sie beeinflusst werden kann.

• ·Chemisches Gleichgewicht auf Stoff- und Teilchenebene, Notwendigkeit eines geschlossenen Systems, Ausgangs- und Gleichgewichtskonzentration
• ·Massenwirkungsgesetz: Aufstellen des Terms für die Gleichgewichtskonstante Kc, Aussagen zur Lage des Gleichgewichts
• ·Einfluss von Stoffmengenkonzentration, Druck und Temperatur auf den Gleichgewichtszustand (Prinzip von Le Chatelier), Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstante, homogene und heterogene Katalyse in technischen Prozessen
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Berechnung von Gleichgewichtskonstanten und Gleichgewichtskonzentrationen, Löslichkeitsgleichgewichte als heterogene Gleichgewichte, Löslichkeitsprodukt, Fällungsreaktionen zum Nachweis von Halogenid-Ionen

Protonenübertragungsreaktionen

Säure-Base-Reaktionen nach Brönsted, der pH-Wert und seine Berechnung sowie Titrationen als quantitatives Verfahren.

• ·Säure-Base-Theorie nach Brönsted, Protolysegleichungen und korrespondierende Säure-Base-Paare, Neutralisationsreaktion, Säure-Base-Indikatoren bei Titrationen
• ·Berechnung der Stoffmengenkonzentration saurer und alkalischer Probelösungen aus Neutralisationsreaktionen, Massengehalt von Säuren in Alltagsprodukten
• ·Autoprotolyse des Wassers als Gleichgewichtsreaktion, Definition des pH-Werts
• ·Säurekonstante und Basenkonstante als spezielle Gleichgewichtskonstanten, Berechnung von pH-Werten starker und schwacher einprotoniger Säuren und Basen, pKS- und pKB-Werte
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Berechnung der Stoffmengenkonzentration mehrprotoniger Säuren, pH-Werte von Salzlösungen, Titrationskurven starker und schwacher Säuren und Basen (Anfangs-pH-Wert, Halbäquivalenzpunkt, Äquivalenzpunkt), Puffersysteme und Henderson-Hasselbalch-Gleichung

Elektronenübertragungsreaktionen

Redoxreaktionen als Elektronenübertragung, galvanische Zellen als Spannungsquellen, Korrosion und die Elektrolyse als Umkehrprozess.

• ·Redoxreaktionen als Elektronenübertragungsreaktionen, Oxidationszahlen und korrespondierende Redoxpaare, Redoxgleichungen als Teil- und Gesamtgleichungen, Donator-Akzeptor-Konzept, Redoxreihe der Metalle
• ·Bau und Funktionsweise galvanischer Zellen, elektrochemische Doppelschicht, Standard-Wasserstoffelektrode, Standard-Elektrodenpotenzial, Berechnung der Zellspannung unter Standardbedingungen
• ·Lokalelemente, Sauerstoff- und Säure-Korrosion, Korrosionsschutz durch eine Opferanode
• ·Bau und Funktionsweise von Elektrolysezellen, Elektrolyse als Umkehrung der Vorgänge in der galvanischen Zelle
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Redoxtitration, Abhängigkeit der Potenziale von der Stoffmengenkonzentration mit der Nernst-Gleichung, koordinative Bindung, 1. und 2. Faradaysches Gesetz, Zersetzungsspannung und Überspannung

Organische Verbindungen und ihre Reaktionswege

Reaktionsmechanismen und funktionelle Gruppen organischer Stoffklassen, von Alkanen über Alkene bis zu Estern.

• ·Reaktionsmechanismus der radikalischen Substitution an Alkanen und Halogenalkanen, IUPAC-Nomenklatur organischer Verbindungen
• ·Molekülstruktur von Alkenen und Alkinen, Struktur- und cis-trans-Isomerie, Reaktionsmechanismus der elektrophilen Addition, induktive Effekte
• ·Molekülstruktur und Nachweisreaktionen von Alkanolen (Benedict-Reagenz), Alkanalen, Alkanonen und Alkansäuren, deren funktionelle Gruppen
• ·Ester-Synthese und Molekülstruktur der Ester, inter- und intramolekulare Wechselwirkungen (London-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Wasserstoffbrücken) zur Erklärung von Siedetemperaturen und Löslichkeiten
• ·Reaktionstypen Substitution, Addition, Kondensation und Eliminierung anhand funktioneller Gruppen
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Reaktionsmechanismus der nucleophilen Substitution, Funktionsprinzip der Gaschromatografie, Mechanismus der Ester-Synthese, Mesomerie des Benzol-Moleküls und elektrophile Substitution (Erstsubstitution am Benzol), Planung von Synthesewegen zur Überführung einer Stoffklasse in eine andere

Makromoleküle und Nanostrukturen

Aufbau und Eigenschaften von Kunststoffen sowie deren Recycling.

• ·Einteilung der Kunststoffe in Duroplaste, Thermoplaste und Elastomere, Zusammenhang zwischen Eigenschaften und Molekülstruktur, Wertstoffkreislauf beim Kunststoffrecycling
• ·Zusätzlich im erhöhten Anforderungsniveau: Beurteilung ökonomischer und ökologischer Aspekte des Kunststoffrecyclings im Sinne der Nachhaltigkeit