ChemieErhöhtes Anforderungsniveau

Chemie und Leben

Biochemischer Schwerpunkt zu Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten im Kontext von Ernährung und Gesundheit, mit Wahlmöglichkeit zwischen den drei Stoffklassen.

• ·Das Sachgebiet wird mindestens innerhalb eines gewählten Themenbereichs unterrichtet: Proteine, Kohlenhydrate oder Fette
• ·Biochemische Aspekte von Gesundheit und Ernährung: biochemische Grundlagen von Ernährung und Gesundheit (Nährstoffe, Stoffwechselprozesse, exemplarische Betrachtung von Wirkstoffen in Nahrung und Medizin), essentielle Nahrungsbestandteile, physikalischer und biologischer Brennwert
• ·Themenbereich Proteine: Bedeutung der Proteine für Lebewesen, Nachweisreaktion für Proteine, Aminosäuren als Bausteine der Proteine, essentielle Aminosäuren und ihre Bedeutung für die Ernährung, Zwitterionen, Peptidbindung, Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur, Denaturierung
• ·Themenbereich Kohlenhydrate: Vorkommen, Eigenschaften und Nachweis der Glucose und Fructose, Darstellung der Moleküle mithilfe verschiedener Modelle (Fischer- und Haworth-Projektion), Aussagen und Grenzen von Modelldarstellungen, glykosidische Bindung, Beispiele für Di- und Polysaccharide, Nachweis zur Unterscheidung von reduzierenden und nichtreduzierenden Disacchariden, hydrolytische Spaltung von Di- und Polysacchariden
• ·Themenbereich Fette: grundsätzlicher Aufbau eines Fett-Moleküls aus Glycerin und Fettsäuren, gesättigte und ungesättigte Fettsäuren, Bewertung von Fetten anhand von Kennzahlen (qualitativ)
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: einer der beiden Themenbereiche Proteine oder Kohlenhydrate ist verpflichtend zu behandeln; ein weiterer Themenbereich ist verpflichtend, wenn nicht der Themenbereich Farbstoffe (siehe Chemie der funktionalen Stoffe und Materialien) gewählt wird
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Proteine: koordinative Bindung (zwischen Metallkationen und freien Elektronenpaaren), isoelektrischer Punkt, Puffersysteme (Bedeutung, Zusammensetzung, Funktionsweise), Analyseverfahren für Aminosäuregemische (Prinzip der Chromatographie, Ermittlung und Interpretation von Rf-Werten), optische Aktivität, Chiralität, asymmetrisch substituierte Kohlenstoff-Atome
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Kohlenhydrate: koordinative Bindung (zwischen Metallkationen und freien Elektronenpaaren), optische Aktivität, Konfigurationsisomerie, Chiralität, asymmetrisch substituierte Kohlenstoff-Atome, Mutarotation
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Fette: Konfigurationsisomerie, experimentelle Ermittlung und Bewertung ausgewählter Kennzahlen (z. B. Iodzahl, Säurezahl, Verseifungszahl)

Chemie und Umwelt

Analytischer Schwerpunkt zu Wasser- und Bodenqualität, mit Pflicht zur Behandlung eines der beiden Umweltbereiche und optional ergänzend Luft.

• ·Die Behandlung eines der beiden Umweltbereiche Wasser oder Boden ist verpflichtend, die Analytik mindestens innerhalb des gewählten Umweltbereichs
• ·Analytik: Stoffmengen und Konzentrationen, Analysegenauigkeit, Fehlerbetrachtung und Nachweisgrenzen, qualitative und halbquantitative Analyse (Ionennachweise), quantitative Analysemethoden (Säure-Base-Titration und Konzentrationsberechnung), Chromatographie, ein Verfahren der instrumentellen Analyse (z. B. Konduktometrie, potenziometrische pH-Wert-Bestimmung, Fotometrie, Polarimetrie)
• ·Umweltbereich Wasser (im Kontext eines gewählten Schwerpunkts, z. B. Trinkwasserschutz, Gewässerschutz, Düngung und Grundwasser, Versauerung der Meere): Wasseranalytik, Prinzipien der Nachweisreaktionen (Fällungsreaktionen, Farbreaktionen, Gasentwicklungsreaktionen), Nachweis relevanter Ionen, pH-Wert, Wasserhärte und Kalkkreislauf, Entnahme und Aufbereitung von Wasserproben, Bewertung der Wasserqualität
• ·Umweltbereich Boden (im Kontext eines gewählten Schwerpunkts, z. B. Bodenbelastung und Bodensanierung, Einsatz von Düngemitteln): Bodenanalytik, Bodenstruktur, Prinzipien der Nachweisreaktionen, Nachweis relevanter Ionen, Boden-pH, Entnahme und Aufbereitung von Bodenproben, Bewertung der Bodenqualität
• ·Ergänzend möglich, Umweltbereich Luft: Treibhauseffekt (natürlich, anthropogen), anthropogene Einflüsse, Luftschadstoffe und deren Nachweise, Ozon (stratosphärisch und bodennah), Kohlenstoffkreislauf und Messverfahren für den Kohlenstoffdioxidgehalt
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Analytik: qualitative, halbquantitative und quantitative Analysemethoden erhöhter Komplexität, Löslichkeitsgleichgewicht und Löslichkeitsprodukt (qualitativ und quantitativ), quantitative Analysemethoden (Säure-Base-Titration, Redox-Titration), quantitative Betrachtung von Säure- und Basenkonstante sowie pKS- und pKB-Werten, Titrationskurven, Berechnung von Anfangspunkt, Halbäquivalenzpunkt und Äquivalenzpunkt

Chemie und Energie

Schwerpunkt zu energetischen Prozessen und elektrochemischer Stromgewinnung, von Verbrennungsreaktionen bis zu Batterien und Korrosion.

• ·Chemische Grundlagen von Energiekonzepten: energetische Betrachtung von Umwandlungsprozessen, Energiespeicherung, Kalorimetrie, 1. Hauptsatz der Thermodynamik, Reaktionsenthalpie
• ·Redoxreaktionen und chemische Stromgewinnung: elektrochemische Gewinnung von Stoffen durch Elektrolyse als erzwungene Redox-Reaktion, Elektrolyse als großtechnisches Verfahren, galvanische Zellen, Gegenüberstellung galvanisches Element und Elektrolyse, elektrochemische Spannungsreihe, Halbzellen und deren Potenziale, Berechnung der Zellspannung aus den Standardpotenzialen, Akkumulatoren
• ·Energieträger jenseits fossiler Brennstoffe: Brennstoffzelle, Energie aus nachwachsenden Rohstoffen, Gesichtspunkte der Nachhaltigkeit bei der Nutzung von Energiespeichern
• ·Elektrochemische Korrosion: Korrosion von Metallen, aktiver und passiver Korrosionsschutz
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Satz von Hess, innere Energie, Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie, Gibbs-Helmholtz-Gleichung, Berechnung der Änderung der molaren Standardenthalpie, 2. Hauptsatz der Thermodynamik (Prinzip des Enthalpie-Minimums), Reaktionsentropie, freie Reaktionsenthalpie
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau: Faraday-Gesetze, Überspannung (Zersetzungsspannung als Differenz der Elektrodenpotenziale von Anode und Kathode), Konzentrationszelle, Nernst-Gleichung, Berechnung von Potenzialen in Abhängigkeit von den Konzentrationen bei Standardtemperatur

Chemie der funktionalen Stoffe und Materialien

Werkstoffchemischer Schwerpunkt zu Kunststoffen sowie, auf erhöhtem Anforderungsniveau verpflichtend, aromatischen Verbindungen, Farbstoffen und Nanochemie.

• ·Innerhalb dieses Sachgebiets wird mindestens der Themenbereich Kunststoffe unterrichtet
• ·Kunststoffe: zentrale Begriffe Monomer, Polymer, Makromolekül, Einteilung nach thermischem Verhalten (Thermoplaste, Duroplaste, Elastomere), zwischenmolekulare Wechselwirkungen, Herstellung und Eigenschaften mindestens eines Kunststoffs, Rohstoffgewinnung und -verarbeitung, Recyclingverfahren, Wertstoffkreisläufe
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau ist die Behandlung der aromatischen Verbindungen verpflichtend, unabhängig von einer Anbindung an Farbstoffe; der Themenbereich Farbstoffe ist verpflichtend, wenn nicht ein weiterer Themenbereich aus Chemie und Leben behandelt wird; der Themenbereich Nanochemie ist verpflichtend, kann aber auch in Chemie und Energie integriert werden
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Kunststoffe: Mechanismus der Estersynthese, Mechanismus der radikalischen Polymerisation
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Aromatische Verbindungen: Struktur aromatischer Systeme, Mesomerie und deren Darstellung, Benzol und ausgewählte Substitutionsprodukte, wellenmechanisches Atommodell, Mechanismus der elektrophilen Substitution, mesomerer Effekt
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Farbstoffe: additive und subtraktive Farbmischung, Farbstoffklassen, Zusammenhang zwischen Textilstruktur, Farbstoffstruktur und passendem Färbeverfahren, ein beispielhaftes Textilfärbeverfahren, Anwendung der elektrophilen Substitution, Substituenteneffekte (auxochrome und antiauxochrome Gruppen, Chromophor)
• ·Nur auf erhöhtem Anforderungsniveau, Nanochemie: Systemebenen Makro, Mikro, Nano, Besonderheiten von Nanopartikeln (Verhältnis Oberfläche zu Masse und Volumen), Betrachtung der Eigenschaften einer nanostrukturierten Oberfläche