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Phy­si­ka­lisch-tech­ni­sche Son­der­ge­bie­te

Vor­be­mer­kun­gen

Schul­jahr 1

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

30

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
Schad­stof­fe in der Um­welt und de­ren Re­du­zie­rung
Treib­haus­ga­se
Salz­ge­win­nung aus Meer­was­ser
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 1

Stof­f-Teil­chen-Prin­zip

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler nutzen Ex­pe­ri­men­te und Mo­del­le zum Er­kennt­nis­ge­winn in der Che­mie. Da­bei un­ter­schei­den sie kon­se­quent zwi­schen der Stoff- und der Teil­chen­ebe­ne und be­grün­den das Ord­nungs­prin­zip der Ele­men­te im Pe­ri­oden­sys­tem.

BPE 1.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len die Stoff- und Teil­chen­ebe­ne in der Che­mie an aus­ge­wähl­ten Bei­spie­len mit­hil­fe von Ex­pe­ri­men­ten und Mo­del­len dar. Sie er­klä­ren Stof­f­ei­gen­schaf­ten und Phä­no­me­ne mit dem Teil­chen­mo­dell.

Na­tur­wis­sen­schaft­li­cher Er­kennt­nis­weg
von der Be­ob­ach­tung zur Er­kennt­nis
  • Ex­pe­ri­ment auf der Stof­fe­be­ne
  • Deu­tung auf der Teil­chen­ebe­ne: Sym­bol­schreib­wei­se
z. B. Ei­sen­sul­fidsyn­the­se
Auf­bau von Ma­te­rie

  • Stof­fe

  • Stof­f­ei­gen­schaf­ten
z. B. Dich­te, Schmelz- und Sie­de­tem­pe­ra­tu­ren
  • Rein­stoff, Stoff­ge­misch
z. B. Meer­was­ser, Luft
  • Ele­ment, Ver­bin­dung

Be­schrei­bung der Phä­no­me­ne mit dem Teil­chen­mo­dell
z. B. Kris­tall­bil­dung, Ag­gre­gat­zu­stands­än­de­run­gen, Wär­me­aus­deh­nung, Dif­fu­si­on

BPE 1.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben den Auf­bau der Ato­me mit­hil­fe von Atom­mo­del­len und dis­ku­tie­ren de­ren Nut­zen und Gren­zen.

Ge­eig­ne­te Atom­mo­del­le
his­to­ri­sche Ent­wick­lung von Mo­del­len
Atom­kern und ‑hül­le
Ele­men­tar­teil­chen
Scha­len­mo­dell nach Bohr

BPE 1.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Auf­bau des Pe­ri­oden­sys­tems der Ele­men­te. Sie nen­nen Grup­pen von Ele­men­ten mit ähn­li­chen Ei­gen­schaf­ten und be­grün­den die Ele­men­tei­gen­schaf­ten auf­grund der Stel­lung im Pe­ri­oden­sys­tem.

Pe­ri­oden
Me­tal­le, Halb­me­tal­le, Nicht­me­tal­le
Über­blick über die Haupt­grup­pen­ele­men­te
Re­ak­ti­vi­tät
Be­deu­tung der Ne­ben­grup­pen­me­tal­le
Me­tal­le als Werk­stof­fe, sel­te­ne Er­den: All­tags­elek­tro­nik
Ord­nungs­zahl, Mas­sen­zahl und Iso­to­pe
Aus­blick auf Kern­phy­sik

BPE 2

Struk­tur-Ei­gen­schafts-Prin­zip

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen ver­schie­de­ne Bin­dungs­ty­pen ken­nen und un­ter­schei­den die­se auf­grund der Elek­tro­ne­ga­ti­vi­täts­dif­fe­renz der be­tei­lig­ten Teil­chen. Sie lei­ten dar­aus Ei­gen­schaf­ten un­ter­schied­li­cher Stoff­klas­sen be­grün­det ab.

BPE 2.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Io­nen­bil­dung und Io­nen­bin­dung und er­läu­tern die ver­schie­de­nen Ei­gen­schaf­ten der Sal­ze auf der Grund­la­ge ih­res Auf­baus.

Edel­gas­kon­fi­gu­ra­ti­on

Io­nen­bil­dung
Io­ni­sie­rungs­en­er­gie
Kat­io­nen, Anio­nen

  • Io­nen­la­dung
  • Sum­men­for­mel bi­nä­rer Ver­bin­dun­gen
  • No­men­kla­tur von Me­tall­ha­lo­gen­iden so­wie von Me­talloxi­den und ‑sul­fi­den

Io­nen­git­ter

Struk­tur-Ei­gen­schafts­be­zie­hung von Sal­zen

  • Schmelz­tem­pe­ra­tu­ren
  • Lö­se­ver­hal­ten
  • elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit
  • Sprö­dig­keit

BPE 2.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Me­tall­bin­dung und er­läu­tern die ver­schie­de­nen Ei­gen­schaf­ten der Me­tal­le.

Me­tall­git­ter
Elek­tro­nen­gas­mo­dell

Struk­tur-Ei­gen­schafts­be­zie­hung von Me­tal­len

  • elek­tri­sche Leit­fä­hig­keit
  • Wär­me­leit­fä­hig­keit
  • Ver­form­bar­keit
  • me­tal­li­scher Glanz
  • Schmelz- und Sie­de­tem­pe­ra­tur

BPE 2.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Bil­dung der un­po­la­ren Elek­tro­nen­paar­bin­dung, be­grün­den die Struk­tur der so auf­ge­bau­ten Mo­le­kü­le und die dar­aus re­sul­tie­ren­den Stof­f­ei­gen­schaf­ten.

Un­po­la­re Elek­tro­nen­paar­bin­dung
z. B. Ha­lo­ge­ne, Was­ser­stoff, Sau­er­stoff, Stick­stoff
  • bin­den­de und nicht bin­den­de Elek­tro­nen­paa­re
  • Struk­tur­for­mel

Ei­gen­schaf­ten von Stof­fen be­stehend aus Mo­le­kü­len mit un­po­la­ren Bin­dun­gen
z. B. Ag­gre­gat­zu­stän­de, Lös­lich­kei­ten

BPE 2.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Bil­dung der po­la­ren Elek­tro­nen­paar­bin­dung und be­grün­den die Struk­tur der so auf­ge­bau­ten Mo­le­kü­le so­wie die dar­aus re­sul­tie­ren­den Stof­f­ei­gen­schaf­ten.

Po­la­re Elek­tro­nen­paar­bin­dung
z. B. Was­ser, Am­mo­ni­ak, Ha­lo­gen­was­ser­stof­fe
Elek­tro­ne­ga­ti­vi­tät
Elek­tro­ne­ga­ti­vi­täts­dif­fe­renz


Par­ti­al­la­dun­gen
z. B. Koh­len­stoff­di­oxid
Di­pol-Di­pol-Kräf­te
Was­ser­stoff­brü­cken

Ei­gen­schaf­ten von Stof­fen be­stehend aus Mo­le­kü­len mit po­la­ren Bin­dun­gen
z. B. Dich­te, Ag­gre­gat­zu­stand, Ober­flä­chen­span­nung
Dis­so­zia­ti­on
z. B. Lös­lich­keit von Sal­zen in Was­ser

BPE 3

Che­mi­sche Re­ak­ti­on: stoff­li­che und en­er­ge­ti­sche Zu­sam­men­hän­ge

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­ken­nen, dass mit ei­ner che­mi­schen Re­ak­ti­on stoff­li­che und en­er­ge­ti­sche Um­sät­ze ver­bun­den sind. Sie er­fas­sen die Stoff­um­sät­ze quan­ti­ta­tiv, den En­er­gie­um­satz qua­li­ta­tiv.

BPE 3.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler stel­len ein­fa­che Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen auf. Sie er­mit­teln die Stoff­um­sät­ze ei­ner Re­ak­ti­on auf der Ba­sis von Stoff­men­gen­ver­hält­nis­sen und Kon­zen­tra­tio­nen.

Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen

Stoff­men­ge
Mo­la­re Mas­se
Misch­pha­sen
Mas­sen­kon­zen­tra­ti­on
Stoff­men­gen­kon­zen­tra­ti­on
quan­ti­ta­ti­ve Grö­ßen an­wen­den
Stö­chio­me­tri­sche Um­satz­be­rech­nun­gen

BPE 3.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den en­er­ge­ti­schen Ver­lauf che­mi­scher Re­ak­tio­nen.

Exo­ther­me und en­do­ther­me Re­ak­tio­nen
Was­ser­stoff­tech­no­lo­gie
Re­ak­ti­ons­ener­gie

Ka­ta­ly­se
Ak­ti­vie­rungs­en­er­gie
Au­to­ab­gas­ka­ta­ly­sa­tor, En­zy­me

BPE 4

Che­mi­sche Re­ak­ti­on: Do­na­tor-Ak­zep­tor-Prin­zip

20

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den das Do­na­tor-Ak­zep­tor-Prin­zip auf che­mi­sche Re­ak­tio­nen mit Pro­to­nen- oder Elek­tro­nen­über­gän­gen an.

BPE 4.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Elek­tro­nen­über­gän­ge an­hand des Do­na­tor-Ak­zep­tor-Prin­zips und er­läu­tern da­mit Re­dox­re­ak­tio­nen. Sie stel­len ein­fa­che Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen auf.

Re­dox­re­ak­tio­nen
z. B. Koks, Was­ser­stoff, Sau­er­stoff
Re­duk­ti­ons- und Oxi­da­ti­ons­mit­tel
z. B. Schad­stof­fe bei Ver­bren­nungs­pro­zes­se

BPE 4.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Pro­to­nen­über­gän­ge mit­hil­fe des Do­na­tor-Ak­zep­tor-Prin­zips. An Bei­spie­len er­läu­tern sie Säu­re-Ba­se-Re­ak­tio­nen nach Brøn­sted.

Wich­ti­ge Säu­ren und Lau­gen aus La­bor und All­tag
Fluss­säu­re, Chlor­was­ser­stoff, schwef­li­ge Säu­re, Schwe­fel­säu­re, Sal­pe­ter­säu­re, Koh­len­säu­re
Am­mo­ni­ak, Na­tri­um­hy­droxid, Ka­li­um­hy­droxid, Cal­ci­um­hy­droxid
Oxo­ni­um-Ion (Hy­dro­ni­um-Ion)
Hy­droxi­d-Ion
Pro­to­ly­se
Säu­re-Ba­se-Theo­rie nach Brøn­sted
Pro­to­ly­se­glei­chun­gen
Pro­to­ly­se­gleich­ge­wich­te

BPE 4.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren den Zu­sam­men­hang zwi­schen dem pH-Wert und der Au­to­pro­to­ly­se des Was­sers.

Au­to­pro­to­ly­se des Was­sers

pH-Wert
z. B. Uni­ver­sa­lin­di­ka­tor

BPE 4.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler for­mu­lie­ren die Neu­tra­li­sa­ti­on als Re­ak­ti­on zwi­schen Säu­ren und Ba­sen und be­nen­nen die ent­ste­hen­den Sal­ze.

Neu­tra­li­sa­ti­ons­re­ak­tio­nen
z. B. Ab­was­ser­neu­tra­li­sa­ti­on
No­men­kla­tur von Sal­zen

BPE 5

Grund­la­gen der Elek­tro­che­mie

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den die Re­dox­re­ak­tio­nen auf die Elek­tro­che­mie an.

BPE 5.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Funk­ti­on von gal­va­ni­schen Ele­men­ten und stel­len zu­ge­hö­ri­ge Re­dox­re­ak­tio­nen auf.

Span­nungs­rei­he
Me­tal­le, Nicht­me­tal­le
Stan­dard­po­ten­zia­le
Stan­dard­was­ser­stof­f-Elek­tro­de
vgl. BPE 6
Gal­va­ni­sche Ele­men­te
Funk­ti­on ei­ner Bat­te­rie ex­em­pla­risch, Funk­ti­on ei­nes Ak­ku­mu­la­tors ex­em­pla­risch, Brenn­stoff­zel­le
Nerns­t'sche Glei­chung

BPE 5.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Ab­läu­fe ei­ner Elek­tro­ly­se und stel­len zu­ge­hö­ri­ge Re­dox­re­ak­tio­nen auf. Für quan­ti­ta­ti­ve Be­rech­nun­gen wen­den sie das Fa­ra­day-Ge­setz an.

Elek­tro­ly­se
z. B. Gal­va­ni­sie­ren, La­den ei­nes Ak­ku­mu­la­tors, Was­ser­stoff­tech­no­lo­gie
Fa­ra­day-Ge­setz

Schul­jahr 2

Ver­tie­fung – In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen – Pro­jekt­un­ter­richt (VIP)

30

Ver­tie­fung

In­di­vi­dua­li­sier­tes Ler­nen

Pro­jekt­un­ter­richt

z. B.
Übun­gen
An­wen­dun­gen
Wie­der­ho­lun­gen
z. B.
Selbst­or­ga­ni­sier­tes Ler­nen
Lern­ver­ein­ba­run­gen
Bin­nen­dif­fe­ren­zie­rung
z. B.
In­ter­pre­ta­tio­nen des Heiz­wer­tes ver­schie­de­ner (or­ga­ni­scher) Ver­bin­dun­gen als Um­welt­be­zug und in Sicht des en­er­ge­ti­schen „Ern­te­fak­tors“ (EROI)
Ato­mi­sie­rungs­tech­ni­ken (z. B. Gra­phi­t­rohro­fen-Tech­nik, Hy­dri­d-Tech­nik)
Auf­bau und Funk­ti­ons­wei­se der Brenn­stoff­zel­le, der Li­thi­um-Io­nen-Bat­te­rie und an­de­rer neu­er tech­ni­scher Gal­va­ni­scher Ele­men­te
Ab­lei­tung elek­tro­che­mi­scher Ti­tra­ti­ons­kur­ven
Die The­men­aus­wahl des Pro­jekt­un­ter­richts hat aus den nach­fol­gen­den Bil­dungs­plan­ein­hei­ten un­ter Be­ach­tung fä­cher­ver­bin­den­der As­pek­te zu er­fol­gen.

BPE 6

Elek­tro­che­mie

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben und er­klä­ren die Grund­la­gen der An­ge­wand­ten Elek­tro­che­mie so­wie die elek­tro­che­mi­schen Ana­ly­se-Me­tho­den der Kon­duk­to­me­trie und der Potentiome­trie.

BPE 6.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler le­gen die elek­tro­ly­ti­sche Leit­fä­hig­keit von Lei­tern zwei­ter Ord­nung dar. Sie be­schrei­ben die Ab­hän­gig­keit der elek­tro­ly­ti­schen Leit­fä­hig­keit von Zu­sam­men­set­zun­gen der Lö­sun­gen.

Grö­ßen zur Be­schrei­bung des Leit­ver­hal­tens von Elek­tro­ly­ten

  • elek­tro­ly­ti­sche Leit­fä­hig­keit
  • spe­zi­fi­sche Leit­fä­hig­keit und Äqui­va­lent­leit­fä­hig­keit

  • Io­nen­äqui­va­lent­leit­fä­hig­keit
Io­nen­be­weg­lich­keit
  • kon­duk­to­me­tri­sche Ti­tra­tio­nen
Fäl­lungs­ti­tra­tio­nen z. B. von Chlo­ri­d-Io­nen mit Sil­ber­ni­trat
  • Bei­spiel Neu­tra­li­sa­ti­ons­ti­tra­tio­nen

BPE 6.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ge­ben die An­wen­dung Gal­va­ni­scher Zel­len an. Sie er­schlie­ßen Ti­tra­ti­ons­kur­ven po­ten­tio­me­tri­scher Ti­tra­ti­ons­ver­fah­ren. Dar­über hin­aus er­mit­teln die Schü­le­rin­nen und Schü­ler die Äqui­va­lenz­punk­te in Son­der­heit über das Dif­fe­ren­z-Ver­fah­ren.

Auf­bau elek­tro­che­mi­scher Mess­ket­ten

  • po­ten­tio­me­tri­sche Ti­tra­tio­nen: Neu­tra­li­sa­ti­ons‑, Fäl­lungs‑, Re­do­x-Ti­tra­tio­nen
Be­rech­nung des pH-Wer­tes zu Be­ginn und am Schluss ei­ner Neu­tra­li­sa­ti­ons-Ti­tra­ti­on
  • Er­mitt­lung des Äqui­va­lenz­punk­tes mit­hil­fe des Dif­fe­ren­z-Quo­ti­en­ten

  • Mess- und Be­zug­s­elek­tro­den
Ein­stab­mess­ket­te, Ka­lo­mel-Elek­tro­de, bio­che­mi­sche Elek­tro­den

BPE 7

Atom­bau und Spek­tro­me­trie

40

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­rech­nen mithil­fe des Strah­lungs­ge­set­zes die Ener­gie von Strah­lung ver­schie­de­ner Wel­len­län­ge. Sie lei­ten aus ver­schie­de­nen Li­ni­en-Spek­tren die Re­so­nanz­be­din­gung bei spek­tro­sko­pi­schen Ver­fah­ren ab. Aus­ge­hend von der Lam­bert-Beer'sche Glei­chung be­rech­nen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ver­schie­de­ne quan­ti­ta­ti­ve Pa­ra­me­ter. Sie skiz­zie­ren Me­tho­den zur Struk­tur­be­stim­mung von (Fes­t‑)S­tof­fen und wer­ten Mess­da­ten zur Struk­tur­ana­ly­se aus.

BPE 7.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler for­mu­lie­ren die Ge­setz­mä­ßig­kei­ten für die Ur­sa­che von Spek­tren. Sie be­nen­nen ver­schie­de­ne An­re­gungs­me­cha­nis­men.

Atom­bau, Strah­lungs­ge­setz und Spek­tren

  • Ver­tie­fung des Bohr'schen Atom-Mo­del­les
Elek­tro­ma­gne­ti­sches Spek­trum, Kon­ti­nua und Li­ni­en-Spek­tren, Was­ser­stoffspek­trum
vgl. BPE 1
  • Wel­len, Pho­to­nen, Ener­gie
  • Wien'sches Ver­schie­bungs­ge­setz
  • Wir­kungs­quan­tum, Planck'sches Strah­lungs­ge­setz

  • Kom­ple­men­tär­far­ben
ad­di­ti­ve/sub­trak­ti­ve Farb­mi­schun­gen
  • An­re­gungs­me­cha­nis­men

BPE 7.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler zei­gen die Pro­zes­se der Ab­sorp­ti­on bzw. Emis­si­on von Strah­lung in Teil­chen auf. Sie in­ter­pre­tie­ren auf­grund der Re­so­nanz­be­din­gung Un­ter­schie­de von Stof­f­ei­gen­schaf­ten be­züg­lich der Ab­sorp­ti­on von Strah­lung.

Wech­sel­wir­kung von Licht mit Ma­te­rie

  • Ab­sorp­ti­on und Emis­si­on

  • Lam­ber­t-Beer'sches Ge­setz
Gren­zen des Lam­ber­t-Beer'schen Ge­set­zes
  • Re­so­nanz­be­din­gung

  • spek­tro­me­tri­sche und spek­tro­sko­pi­sche Ver­fah­ren
Bei­spie­le von Spek­tren

  • Fo­to­me­trie
quan­ti­ta­ti­ve Be­stim­mun­gen, z. B.: Er­mitt­lung des mo­la­ren und spe­zi­fi­schen Extink­ti­ons­ko­ef­fi­zi­en­ten
  • Atom­ab­sorp­ti­ons-Spek­tro­me­trie (AAS)
Emis­si­ons-Spek­tro­sko­pie (AES), ICP-O­ES
  • In­fra­ro­t-Spek­tro­sko­pie (IR)
Be­rech­nung der Trans­mis­si­on von IR-Strah­lung in koh­len­stoff­di­oxi­d-hal­ti­ger Luft in 5 bzw. 10 m Hö­he, NIR

BPE 7.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben Ver­fah­ren und Mög­lich­kei­ten zur Struk­tur­ana­ly­se von Fest­stof­fen. An ei­nem oder meh­re­ren Bei­spie­len wer­ten die Schü­le­rin­nen und Schü­ler Mess­da­ten von Kris­tall­struk­tur­ana­ly­se-Ver­fah­ren aus und be­rech­nen dar­aus Git­ter­kon­stan­ten.

Grund­la­gen und Ver­fah­ren zur Struk­tur­un­ter­su­chun­gen

  • kris­tal­li­ner Zu­stand

  • Ein­kris­tal­le, Mo­sa­ik­kris­tall (po­ly­kris­tal­li­ne Stof­fe), amor­phes Ma­te­ri­al (Pul­ver)
z. B. Si­li­ci­um, Me­tal­le, Glä­ser
  • Rönt­gen­beu­gung an Kris­tal­len
  • kon­ti­nu­ier­li­ches und cha­rak­te­ris­ti­sches Rönt­gen­spek­trum
  • Rydber­g-For­mel

  • Brag­g'sches Re­fle­xi­ons­ge­setz

  • Netz­ebe­nen und Git­ter­kon­stan­ten
  • Mil­ler'sche und Wei­ß'sche In­di­ces
Bei­spie­le für Netz­ebe­nen in ver­schie­de­nen Git­tern
  • Ver­fah­ren zur Kris­tall­struk­tur­ana­ly­se am Bei­spiel des pri­mi­ti­v-ku­bi­schen Git­ters
Laue‑, De­by­e-Scher­rer-Ver­fah­ren, wei­te­re Kris­tall­struk­tur­ana­ly­se-Ver­fah­ren
  • Rönt­gen­fluo­res­zenz­ana­ly­se RFA
Be­rech­nung der Ord­nungs­zahl

BPE 8

Flüs­sig­kei­ten und Misch­pha­sen

10

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Ober­flä­chen­span­nung und Vis­ko­si­tät von Flüs­sig­kei­ten. Sie lei­ten die Druck­ab­hän­gig­keit des Sie­de­punk­tes ei­ner Flüs­sig­keit ab.
Über die Ge­setz­mä­ßig­kei­ten der Os­mo­se in­ter­pre­tie­ren die Schü­le­rin­nen und Schü­ler An­wen­dun­gen in Tech­nik und Or­ga­nis­men.

BPE 8.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler er­klä­ren die Ur­sa­che und Fol­gen der Ober­flä­chen­span­nung und Vis­ko­si­tät von Flüs­sig­kei­ten.
Sie ver­glei­chen New­ton'sches und Nich­t-New­ton'sches Ver­hal­ten von Stof­fen.

Ober­flä­chen­span­nung
Er­nied­ri­gung der Ober­flä­chen­span­nung bei La­cken
Vis­ko­si­tät

  • Vis­ko­si­me­ter
  • New­ton'sches Ver­hal­ten

  • Nich­t-New­ton'sches Ver­hal­ten: Struk­tur­vis­ko­si­tät
Thi­xo­tro­pie, di­la­tan­tes Ver­hal­ten

BPE 8.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Tem­pe­ra­tur­ab­hän­gig­keit des Dampf­dru­ckes und füh­ren mit­hil­fe der Clau­si­us-Cla­pey­ron-Glei­chung Be­rech­nun­gen hier­zu durch.
Über Zu­stands­dia­gram­me in­ter­pre­tie­ren sie Be­din­gun­gen für Ag­gre­gat­zu­stands­än­de­run­gen von rei­nen Stof­fen.

Dampf­druck und Zu­stands­dia­gram­me

  • Dampf­druck von Flüs­sig­kei­ten
  • Tem­pe­ra­tur­ab­hän­gig­keit, An­wen­dun­gen der Clau­si­us-Cla­pey­ron-Glei­chung
  • De­fi­ni­ti­on des Sie­de­punk­tes und des­sen Ab­hän­gig­keit vom äu­ße­ren Druck
Dampf­dru­cke von Lö­sun­gen
  • Raoul­t'sches Ge­setz, Dampf­druck von Mi­schun­gen
Rek­ti­fi­ka­ti­on
  • Zu­stands­dia­gram­me

BPE 8.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben kol­li­ga­ti­ve Ei­gen­schaf­ten und de­ren Ge­setz­mä­ßig­kei­ten. Sie wen­den die­se be­züg­lich der Sie­de­punkt­er­hö­hung und der Ge­frier­punk­te­er­nied­ri­gung an. Sie lei­ten von dem Phä­no­men Os­mo­se die Um­keh­ro­s­mo­se wie die Meer­was­ser­ent­sal­zung und die Reinst­was­ser-Ge­win­nung ab.

Kol­li­ga­ti­ve Ei­gen­schaf­ten
Raoul­t'sches Ge­setz
  • Dampf­dru­cker­nied­ri­gung bei Lö­sung fes­ter Stof­fe
Kryo­sko­pie
  • Sie­de­punkt­er­hö­hung
  • Ge­frier­punkt­ser­nied­ri­gung
Be­stim­mung der Mo­la­ren Mas­se von lös­li­chen Sal­zen und or­ga­ni­schen Ver­bin­dun­gen
  • Os­mo­se, Um­keh­ro­s­mo­se
Meer­was­ser­ent­sal­zung, Reinst­was­ser-Ge­win­nung, Dia­ly­se

BPE 9

En­er­ge­tik und Zu­stands­än­de­run­gen

15

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler ler­nen ther­mo­dy­na­mi­sche Grö­ßen bei phy­si­ka­li­schen und che­mi­schen Pro­zes­sen ken­nen. Sie er­klä­ren den Un­ter­schied zwi­schen In­ne­rer Ener­gie und Ent­hal­pie. Sie be­rech­nen Re­ak­ti­ons­ener­gi­en und -ent­hal­pi­en in che­mi­schen Um­set­zun­gen und in­ter­pre­tie­ren die ther­mo­dy­na­mi­schen Ge­setz­mä­ßig­kei­ten in An­wen­dun­gen wie der Ka­lo­ri­me­trie und dem Hess'schen Satz.

BPE 9.1

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den ther­mo­dy­na­mi­sche Grund­be­grif­fe an.

En­er­ge­ti­sche Um­sät­ze

Exo­ther­me und en­do­ther­me Vor­gän­ge in Phy­sik und Che­mie
Ex­pe­ri­men­te Was­ser zu was­ser­frei­em Kup­fer­sul­fat, Ba­ri­um­hy­droxid zu Am­mo­ni­um­thio­cya­nat
Ers­ter Haupt­satz der Ther­mo­dy­na­mik
En­er­gie­um­wand­lung Brenn­stoff­zel­le
Zu­stands­grö­ßen und Zu­stands­glei­chun­gen
Zu­stands­än­de­run­gen bei iso­ther­men und is­o­ba­ren Be­din­gun­gen
In­ne­re Ener­gie
Um­wand­lun­gen von En­er­gie­for­men
Zu­stands­än­de­run­gen bei iso­cho­ren Be­din­gun­gen

BPE 9.2

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die Grö­ße „Ent­hal­pie“ und be­ur­tei­len den Un­ter­schied zur „In­ne­ren En­er­gie“.

Ent­hal­pie, Zu­stands­än­de­run­gen bei is­o­ba­ren Ver­hält­nis­sen, Zu­stands­grö­ßen Ent­hal­pie
Zu­sam­men­hang zwi­schen „In­ne­rer En­er­gie“ und „Ent­hal­pie“

BPE 9.3

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler wen­den die Ge­setz­mä­ßig­keit für die Ent­hal­pie an.

Ent­hal­pie­än­de­run­gen bei phy­si­ka­li­schen Vor­gän­gen
Funk­ti­ons­wei­se ei­nes Kom­pres­sor­kühl­schran­kes, Be­stim­mung der Ver­damp­fungs­ent­hal­pie von Ace­ton
Bil­dungs­ent­hal­pie
Ent­hal­pie­än­de­run­gen bei che­mi­schen Re­ak­tio­nen
Heiz­wer­te
Be­rech­nung der Re­ak­ti­ons­ent­hal­pi­en über die Bil­dungs­ent­hal­pie

BPE 9.4

Die Schü­le­rin­nen und Schü­ler be­schrei­ben die An­wen­dun­gen ther­mo­dy­na­mi­scher Ver­fah­ren. Sie wen­den die­se an ver­schie­de­nen Bei­spie­len an.

Ka­lo­ri­me­trie
ex­pe­ri­men­tel­ler Auf­bau
  • Ver­bren­nungs­wär­me
  • Ex­pe­ri­men­tel­le Be­stim­mung der Ver­bren­nungs­wär­me
  • Ver­bren­nungs­ent­hal­pie
  • Um­rech­nung Ver­bren­nungs­wär­me in Ver­bren­nungs­ent­hal­pie (und um­ge­kehrt)
Be­stim­mungen der Ver­bren­nungs­wär­me von Sac­cha­ro­se
  • Hes­s'scher Satz
  • An­wen­dung bei der un­voll­stän­di­gen Ver­bren­nung von Koh­le und Koh­len­was­ser­stof­fen
Be­stim­mungen und An­wen­dun­gen kom­ple­xer Bei­spie­le (z. B. Gä­rung, Gly­k­o­ly­se)

Ope­ra­to­ren­lis­te

In den Ziel­for­mu­lie­run­gen der Bil­dungs­plan­ein­hei­ten wer­den Ope­ra­to­ren (= hand­lungs­lei­ten­de Ver­ben) ver­wen­det. Die­se Ziel­for­mu­lie­run­gen le­gen fest, wel­che An­for­de­run­gen die Schü­le­rin­nen und Schü­ler in der Re­gel er­fül­len. Zu­sam­men mit der Zu­ord­nung zu ei­nem der drei An­for­de­rungs­be­rei­che (AFB; I: Re­pro­duk­ti­on, II: Re­or­ga­ni­sa­ti­on, III: Trans­fer/Be­wer­tung) die­nen Ope­ra­to­ren ei­ner Prä­zi­sie­rung der Ziel­for­mu­lie­run­gen. Dies si­chert das Er­rei­chen des vor­ge­se­he­nen Ni­veaus und die an­ge­mes­se­ne In­ter­pre­ta­ti­on der Stan­dards.

An­for­de­rungs­be­rei­che:
An­for­de­rungs­be­reich I um­fasst die Re­pro­duk­ti­on und die An­wen­dung ein­fa­cher Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, das Dar­stel­len von Sach­ver­hal­ten in vor­ge­ge­be­ner Form so­wie die Dar­stel­lung ein­fa­cher Be­zü­ge.
An­for­de­rungs­be­reich II um­fasst die Re­or­ga­ni­sa­ti­on und das Über­tra­gen kom­ple­xe­rer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te An­wen­dung von tech­ni­schen Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, die Wie­der­ga­be von Be­wer­tungs­an­sät­zen so­wie das Her­stel­len von Be­zü­gen, um tech­ni­sche Pro­blem­stel­lun­gen ent­spre­chend den all­ge­mei­nen Re­geln der Tech­nik zu lö­sen.
An­for­de­rungs­be­reich III um­fasst das pro­blem­be­zo­ge­ne An­wen­den und Über­tra­gen kom­ple­xer Sach­ver­hal­te und Fach­me­tho­den, die si­tua­ti­ons­ge­rech­te Aus­wahl von Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­men, das Her­stel­len von Be­zü­gen und das Be­wer­ten von Sach­ver­hal­ten.
Ope­ra­tor Er­läu­te­rung Zu­ord­nung
An­for­de­rungs­be­rei­che
ab­lei­ten
auf der Grund­la­ge re­le­van­ter Merk­ma­le sach­ge­rech­te Schlüs­se zie­hen
II
ab­schät­zen
auf der Grund­la­ge von be­grün­de­ten Über­le­gun­gen Grö­ßen­ord­nun­gen an­ge­ben
II
ana­ly­sie­ren, un­ter­su­chen
für ei­ne ge­ge­be­ne Pro­blem- oder Fra­ge­stel­lung sys­te­ma­tisch bzw. kri­te­ri­en­ge­lei­tet wich­ti­ge Be­stand­tei­le, Merk­ma­le oder Ei­gen­schaf­ten ei­nes Sach­ver­hal­tes oder ei­nes Ob­jek­tes er­schlie­ßen und de­ren Be­zie­hun­gen zu­ein­an­der dar­stel­len
II
an­wen­den, über­tra­gen
ei­nen be­kann­ten Zu­sam­men­hang oder ei­ne be­kann­te Me­tho­de zur Lö­sungs­fin­dung bzw. Ziel­er­rei­chung auf ei­nen an­de­ren, ggf. un­be­kann­ten Sach­ver­halt be­zie­hen
II, III
auf­bau­en
Ob­jek­te und Ge­rä­te ziel­ge­rich­tet an­ord­nen und kom­bi­nie­ren
II
auf­stel­len
fach­spe­zi­fi­sche For­meln, Glei­chun­gen, Glei­chungs­sys­te­me, Re­ak­ti­ons­glei­chun­gen oder Re­ak­ti­ons­me­cha­nis­men ent­wi­ckeln
II
aus­wer­ten
In­for­ma­tio­nen (Da­ten, Ein­zel­er­geb­nis­se o. a.) er­fas­sen, in ei­nen Zu­sam­men­hang stel­len und dar­aus ziel­ge­rich­te­te Schluss­fol­ge­run­gen zie­hen
II, III
be­grün­den
Sach­ver­hal­te oder Aus­sa­gen auf Re­geln, Ge­setz­mä­ßig­kei­ten bzw. kau­sa­le Zu­sam­men­hän­ge oder wei­te­re nach­voll­zieh­ba­re Ar­gu­men­te zu­rück­füh­ren
II
be­nen­nen, nen­nen, an­ge­ben
Ele­men­te, Sach­ver­hal­te, Be­grif­fe, Da­ten oder Fak­ten oh­ne Er­läu­te­rung und Wer­tung auf­zäh­len
I
be­ra­ten
ei­ne Ent­schei­dungs­fin­dung fach­kom­pe­tent und ziel­grup­pen­ge­recht un­ter­stüt­zen
III
be­rech­nen
Er­geb­nis­se aus ge­ge­be­nen Wer­ten/Da­ten durch Re­chen­ope­ra­tio­nen oder gra­fi­sche Lö­sungs­me­tho­den ge­win­nen
II
be­schrei­ben
Struk­tu­ren, Si­tua­tio­nen, Zu­sam­men­hän­ge, Pro­zes­se und Ei­gen­schaf­ten ge­nau, sach­lich, struk­tu­riert und fach­sprach­lich rich­tig mit ei­ge­nen Wor­ten dar­stel­len, da­bei wird auf Er­klä­run­gen oder Wer­tun­gen ver­zich­tet
I, II
be­stim­men
Sach­ver­hal­te und In­hal­te prä­gnant und kri­te­ri­en­ge­lei­tet dar­stel­len
I
be­stä­ti­gen, be­wei­sen, nach­wei­sen, über­prü­fen, prü­fen
die Gül­tig­keit, Schlüs­sig­keit und Be­rech­ti­gung ei­ner Aus­sa­ge (z. B. Hy­po­the­se, Mo­dell oder Na­tur­ge­setz) durch ein Ex­pe­ri­ment, ei­ne lo­gi­sche Her­lei­tung oder sach­li­che Ar­gu­men­ta­ti­on be­le­gen bzw. wi­der­le­gen
III
be­ur­tei­len, Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf Fach­wis­sen so­wie fach­li­chen Me­tho­den und Maß­stä­ben be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren Sinn­haf­tig­keit ver­tre­ten
III
be­wer­ten, kri­tisch Stel­lung neh­men
zu ei­nem Sach­ver­halt oder ei­ner Aus­sa­ge ei­ne ei­ge­ne, auf ge­sell­schaft­lich oder per­sön­li­che Wert­vor­stel­lun­gen be­grün­de­te Po­si­ti­on über de­ren An­nehm­bar­keit ver­tre­ten
III
cha­rak­te­ri­sie­ren
spe­zi­fi­schen Ei­gen­hei­ten von Sach­ver­hal­ten, Ob­jek­ten, Vor­gän­gen, Per­so­nen o. a. un­ter lei­ten­den Ge­sichts­punk­ten her­aus­ar­bei­ten und dar­stel­len
II
dar­stel­len, dar­le­gen
Sach­ver­hal­te, Struk­tu­ren, Zu­sam­men­hän­ge, Me­tho­den oder Er­geb­nis­se etc. un­ter ei­ner be­stimm­ten Fra­ge­stel­lung in ge­eig­ne­ten Kom­mu­ni­ka­ti­ons­for­ma­ten struk­tu­riert und ggf. fach­sprach­lich wie­der­ge­ben
I, II
dis­ku­tie­ren, er­ör­tern
Pro- und Kon­tra-Ar­gu­men­te zu ei­ner Aus­sa­ge bzw. Be­haup­tung ein­an­der ge­gen­über­stel­len und ab­wä­gen
III
do­ku­men­tie­ren
Ent­schei­den­de Er­klä­run­gen, Her­lei­tun­gen und Skiz­zen zu ei­nem Sach­ver­halt bzw. Vor­gang an­ge­ben und sys­te­ma­tisch ord­nen
I, II
durch­füh­ren
ei­ne vor­ge­ge­be­ne oder ei­ge­ne An­lei­tung bzw. An­wei­sung um­set­zen
I, II
ein­ord­nen, ord­nen, zu­ord­nen, ka­te­go­ri­sie­ren, struk­tu­rie­ren
Be­grif­fe, Ge­gen­stän­de usw. auf der Grund­la­ge be­stimm­ter Merk­ma­le sys­te­ma­tisch ein­tei­len; so wird deut­lich, dass Zu­sam­men­hän­ge un­ter vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten be­grün­det her­ge­stellt wer­den
II
emp­feh­len
Pro­duk­te und Ver­hal­tens­wei­sen kun­den- und si­tua­ti­ons­ge­recht vor­schla­gen
II
ent­wi­ckeln, ent­wer­fen, ge­stal­ten
Wis­sen und Me­tho­den ziel­ge­rich­tet und ggf. krea­tiv mit­ein­an­der ver­knüp­fen, um ei­ne ei­gen­stän­di­ge Ant­wort auf ei­ne An­nah­me oder ei­ne Lö­sung für ei­ne Pro­blem­stel­lung zu er­ar­bei­ten oder wei­ter­zu­ent­wi­ckeln
III
er­klä­ren
Struk­tu­ren, Pro­zes­se oder Zu­sam­men­hän­ge ei­nes Sach­ver­halts nach­voll­zieh­bar, ver­ständ­lich und fach­lich be­grün­det zum Aus­druck brin­gen
I, II
er­läu­tern
We­sent­li­ches ei­nes Sach­ver­halts, Ge­gen­stands, Vor­gangs etc. mit­hil­fe von an­schau­li­chen Bei­spie­len oder durch zu­sätz­li­che In­for­ma­tio­nen ver­deut­li­chen
II
er­mit­teln
ei­nen Zu­sam­men­hang oder ei­ne Lö­sung fin­den und das Er­geb­nis for­mu­lie­ren
I, II
er­schlie­ßen
ge­for­der­te In­for­ma­tio­nen her­aus­ar­bei­ten oder Sach­ver­hal­te her­lei­ten, die nicht ex­pli­zit in dem zu­grun­de lie­gen­den Ma­te­ri­al ge­nannt wer­den
II
for­mu­lie­ren
Ge­for­der­tes knapp und prä­zi­se zum Aus­druck brin­gen
I
her­stel­len
nach an­er­kann­ten Re­geln Zu­be­rei­tun­gen aus Stof­fen ge­win­nen, an­fer­ti­gen, zu­be­rei­ten, be- oder ver­ar­bei­ten, um­fül­len, ab­fül­len, ab­pa­cken und kenn­zeich­nen
II, III
im­ple­men­tie­ren
Struk­tu­ren un­d/o­der Pro­zes­se mit Blick auf ge­ge­be­ne Rah­men­be­din­gun­gen, Ziel­an­for­de­run­gen so­wie et­wai­ge Re­geln in ei­nem Sys­tem um­set­zen
II, III
in­for­mie­ren
fach­li­che In­for­ma­tio­nen ziel­grup­pen­ge­recht auf­be­rei­ten und struk­tu­rie­ren
II
in­ter­pre­tie­ren, deu­ten
auf der Grund­la­ge ei­ner be­schrei­ben­den Ana­ly­se Er­klä­rungs­mög­lich­kei­ten für Zu­sam­men­hän­ge und Wir­kungs­wei­sen mit Blick auf ein schlüs­si­ges Ge­samt­ver­ständ­nis auf­zei­gen
III
kenn­zeich­nen
Mar­kie­run­gen, Sym­bo­le, Zei­chen oder Eti­ket­ten an­brin­gen, die gel­ten­den Kon­ven­tio­nen un­d/o­der ge­setz­li­chen Vor­schrif­ten ent­spre­chen
II
op­ti­mie­ren
ei­nen ge­ge­be­nen tech­ni­schen Sach­ver­halt, ei­nen Quell­code oder ei­ne ge­ge­be­ne tech­ni­sche Ein­rich­tung so ver­än­dern, dass die ge­for­der­ten Kri­te­ri­en un­ter ei­nem be­stimm­ten As­pekt er­füllt wer­den
II, III
pla­nen
die Schrit­te ei­nes Ar­beits­pro­zes­ses an­ti­zi­pie­ren und ei­ne nach­voll­zieh­ba­re er­geb­nis­ori­en­tier­te An­ord­nung der Schrit­te vor­neh­men
III
prä­sen­tie­ren
Sach­ver­hal­te struk­tu­riert, me­di­en­ge­stützt und adres­sa­ten­ge­recht vor­tra­gen
II
skiz­zie­ren
Sach­ver­hal­te, Ob­jek­te, Struk­tu­ren oder Er­geb­nis­se auf das We­sent­li­che re­du­zie­ren und über­sicht­lich dar­stel­len
I
über­set­zen
ei­nen Sach­ver­halt oder ein­zel­ne Wör­ter und Phra­sen wort­ge­treu in ei­ner an­de­ren Spra­che wie­der­ge­ben
II
va­li­die­ren, tes­ten
Er­brin­gung ei­nes do­ku­men­tier­ten Nach­wei­ses, dass ein be­stimm­ter Pro­zess oder ein Sys­tem kon­ti­nu­ier­lich ei­ne Funk­tio­na­li­tät/Pro­dukt er­zeugt, das die zu­vor de­fi­nier­ten Spe­zi­fi­ka­tio­nen und Qua­li­täts­merk­ma­le er­füllt
I
ver­all­ge­mei­nern
aus ei­ner Ein­sicht ei­ne Aus­sa­ge for­mu­lie­ren, die für ver­schie­de­ne An­wen­dungs­be­rei­che Gül­tig­keit be­sitzt
II
ver­drah­ten
Be­triebs­mit­tel nach ei­nem vor­ge­ge­be­nen An­schluss‑/ Strom­lauf­plan sys­te­ma­tisch elek­trisch mit­ein­an­der ver­bin­den
I, II
ver­glei­chen, ge­gen­über­stel­len, un­ter­schei­den
nach vor­ge­ge­be­nen oder selbst ge­wähl­ten Ge­sichts­punk­ten pro­blem­be­zo­gen Ge­mein­sam­kei­ten, Ähn­lich­kei­ten und Un­ter­schie­de er­mit­teln und ge­gen­über­stel­len so­wie auf die­ser Grund­la­ge ggf. ein ge­wich­te­tes Er­geb­nis for­mu­lie­ren
II
wie­der­ge­ben
we­sent­li­che In­for­ma­ti­on un­d/o­der de­ren Zu­sam­men­hän­ge struk­tu­riert zu­sam­men­fas­sen
I
zeich­nen
ei­nen be­ob­acht­ba­ren oder ge­ge­be­nen Sach­ver­halt mit gra­fi­schen Mit­teln und ggf. un­ter Ein­hal­tung von fach­li­chen Kon­ven­tio­nen (z. B. Sym­bo­le, Per­spek­ti­ven etc.) dar­stel­len
I, II
zei­gen, auf­zei­gen
Sach­ver­hal­te, Pro­zes­se o. a. sach­lich be­schrei­ben und er­läu­tern
I, II
zu­sam­men­fas­sen
das We­sent­li­che sach­be­zo­gen, kon­zen­triert so­wie in­halt­lich und sprach­lich struk­tu­riert mit ei­ge­nen Wor­ten wie­der­ge­ben
I, II

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