Mittelstufe

TF1 „Chemikers Vorstellung von den Stoffen“

In der Chemie geht es immer um Stoffe, ihre Eigenschaften, ihren Aufbau und um die Veränderungen, denen sie unterliegen. Stoff wird dabei im Sinne des Materials verstanden, aus dem Gegenstände/Körper bestehen. Einfache Untersuchungen (z. B. Verbrennungen) führen zu den Kennzeichen einer chemischen Reaktion und initiieren weiterführende Fragen. Dazu ist auch Wissen über die Zusammensetzung der Stoffe notwendig, was in den folgenden Themenfeldern nach und nach Gegenstand sein wird. Eine chemische Reaktion wird exemplarisch auf der Stoffebene bearbeitet. Ihre Deutung auf der Teilchenebene knüpft an die Teilchenvorstellungen aus dem Fach Naturwissenschaften an und führt zu einer einfachen Atomvorstellung, welche die Masse der Atome, ihre unterschiedliche Größe und ihre Kugelform beinhaltet

TF2 „Von der Saline zum Kochsalz“

Über Jahrtausende konnten Menschen nur auf die Stoffe zugreifen, die ihnen aus der Natur zugänglich waren. Sie wurden entweder so genutzt, wie man sie vorfand oder man hat sie aus ihren natürlichen Vorkommen gewonnen. Der Lehrplan unterscheidet die Isolierung durch Trennverfahren und die Stoffgewinnung durch chemische Reaktion. In diesem Themenfeld werden Stoffe betrachtet, die durch Trennverfahren isoliert werden. Grundlegende Merkmale dieser Stoffgewinnung werden am Beispiel der Isolierung von Kochsalz erarbeitet. Weitere Trennverfahren können im Sinne der Verallgemeinerung (Dekontextualisierung) anhand anderer Stoffe bearbeitet werden. Am Beispiel Kochsalz wird der Aufbau von Salzen auf der Teilchenebene betrachtet. Dazu wird ein differenziertes Atommodell eingeführt und in allen nachfolgenden Themenfeldern weiter ausgeschärft (Bindungsmodelle) sowie in steigender Komplexität zu Erklärungen und Beschreibungen auf der Teilchenebene genutzt. Auf der Stoffebene steht Kochsalz, auf der Teilchenebene stehen Ionen im Zentrum.

TF3 „Heizen und Antreiben“

Alle Abläufe in Natur und Technik sind mit einem Energieumsatz verbunden. Seit der Entdeckung des Feuers sucht der Mensch nach energiereichen Stoffen. Für Bewegungsvorgänge und zum Erwärmen nutzt er seit jeher eine Vielzahl unterschiedlicher Energieträger. Neben Strahlung und Wind spielen Stoffe mit ihrem jeweils spezifischen Energiegehalt eine bedeutende Rolle. In der Regel sind es Verbrennungsreaktionen, die die chemische Energie der Stoffe nutzbar machen. Bei der Auswahl der Stoffe orientieren sich Menschen gezielt neben dem Energiegehalt auch an der Verfügbarkeit, der sicheren Handhabung und zunehmend der ökologischen Verträglichkeit. In diesem Themenfeld beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit der Nutzung der Stoffe zur Energiebereitstellung. Dabei werden erwünschte Reaktionen, unerwünschte Folgen und auch Brandschutzmaßnahmen unter fachwissenschaftlichen Gesichtspunkten betrachtet. Auf der Stoffebene stehen Wasserstoff und Methan, auf der Teilchenebene die Elektronenpaarbindung im Zentrum.

TF4 „Vom Erz zum Metall“

Metalle sind im Alltag der Schülerinnen und Schüler unverzichtbar und ganze Epochen wurden nach ihnen benannt. Bereits vor mehreren Jahrtausenden begannen Menschen mit der Metallgewinnung. Metalle sind meist, wie viele der heute genutzten Stoffe, nicht durch einfache Isolierung über physikalische Trennverfahren zugänglich. Sie müssen durch chemische Reaktionen aus ihrem natürlichen Vorkommen in Erzen gewonnen werden. Die Deckung des gesellschaftlichen Bedarfs an Metallen erfordert es, Fragen der Nachhaltigkeit im Rahmen einer ganzheitlichen Stoffbetrachtung (z. B. Rohstoffrückgewinnung bei elektronischen Geräten) zu berücksichtigen. Auf der Stoffebene stehen Metalle und ihre Gewinnung aus Erzen im Zentrum. Auf der Teilchenebene wird die Metallbindung eingeführt.

TF5 „Sauber und schön“

Menschen nutzen Stoffe in allen Bereichen des Lebens, vom Alltag zuhause bis zu den vielfältigen Anwendungen in Technik und Industrie. Sie wählen dabei zum Reinigen, Pflegen, Kleiden usw. ganz gezielt geeignete Stoffe nach ihren Eigenschaften aus. Dabei achten sie auf Vor- und Nachteile, Entsorgungsvorschriften und Umweltgefährdungen. Alltagsstoffe ermöglichen für den Chemieunterricht einen besonders einfachen experimentellen Zugang und die zwanglose Verknüpfung von organischer und anorganischer Chemie. Insbesondere Reinigungs- und Pflegemittel erlauben eine vergleichende Betrachtung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen. Auf der Stoffebene stehen Wasser, Kohlenwasserstoffe und Alkanole in ihrer Funktion als Lösungsmittel, auf der Teilchenebene die Elektronenpaarbindung im Zentrum.

TF6 „Säuren und Laugen“

Zu den Alltagsstoffen, die den Schülerinnen und Schülern einen besonders einfachen experimentellen Zugang ermöglichen, zählen auch die Säuren und Laugen. Von der pH-neutralen Seife, den Antacida, über saure Reinigungsmittel bis zum Entkalker und zum Abflussreiniger reicht das Spektrum im Alltag verwendeter Stoffe, die unter dem übergreifenden Gesichtspunkt des Säure-Base-Konzepts betrachtet werden. Neben der Nutzung dieser Stoffe in allen Lebensbereichen gehören auch Regeln zum sicheren und gefahrlosen Umgang mit Säuren und Laugen zur Thematik. Aktuelle Fragen, die den verantwortungsvollen Umgang mit diesen Stoffen betreffen (z. B. Entsorgung), tragen zur Entwicklung eines Bewusstseins für Nachhaltigkeit bei. Im Zentrum stehen saure Lösungen (Säuren) und alkalische Lösungen (Laugen), deren strukturgebende Teilchen betrachtet werden.

TF7 „Schöne neue Kunststoffwelt“

Über Jahrtausende hat der Mensch die Stoffe genutzt, die er in der Natur vorfand oder relativ einfach aus natürlichen Stoffen gewinnen konnte. Erst in den letzten 100 Jahren ist es ihm gelungen, völlig neue, „unnatürliche“ Stoffe synthetisch herzustellen: die Kunststoffe. Dabei gelingt es immer besser, Stoffe maßgeschneidert und mit exakt den gewünschten, definierten Eigenschaften zu produzieren. Fragen der Nachhaltigkeit gewinnen immer mehr an Bedeutung. Das Bewusstsein für die Ökobilanz (nicht nur) eines Kunststoffes ist Teil der modernen Auseinandersetzung des Menschen mit der Vielfalt der seinen Alltag bestimmenden Produkte. Auf der Stoffebene stehen Kunststoffe im Zentrum. Auf der Teilchenebene werden Makromoleküle betrachtet. Vergleichend können auch natürliche Makromoleküle (z. B. Stärke, Cellulose) thematisiert werden.

TF8 „Vom Reagenzglas zum Reaktor“

Stoffe zu gewinnen bzw. neu herzustellen ist heute kaum mehr ein Problem. Eine ganze Reihe von Stoffen wird jedoch in so großen Mengen benötigt, dass ihre Herstellung die Möglichkeiten eines Labors weit überschreitet. Allerdings kann man nicht einfach dieselben Prozesse und Verfahren vom Labormaßstab auf die industriellen Verfahren übertragen. Energiekosten, Rohstoffressourcen und Umweltverträglichkeit etwa spielen bei Großverfahren eine deutlich wichtigere Rolle. Vor diesem Hintergrund werden in diesem Themenfeld die Produktionsabläufe, die Berufsbilder und die wirtschaftlichen Aspekte eines der bedeutendsten Wirtschaftszweige Deutschlands, insbesondere auch in Rheinland-Pfalz, betrachtet. Die Schwerpunkte auf der Stoff- und Teilchenebene ergeben sich aus dem gewählten Unterrichtsbeispiel.

TF9 „Den Stoffen auf der Spur“

Aus Alltag und Medien wissen Jugendliche, dass in vielen Zusammenhängen Stoffe untersucht werden. In den Bereichen Umwelt, Lebensmittel und Getränke, Medizin oder Kriminalistik ist dies besonders gut verständlich. Es geht um die Identifizierung von Stoffen, die Bestimmung des Gehaltes, die Reinheit oder die Zusammensetzung eines Gemisches. Dabei reichen die Verfahren von einfachen Untersuchungen mit Teststäbchen bis zu komplexen Analysen mit hohem technischem Aufwand. Moderne Geräte können oft kleinste Konzentrationen von Stoffen nachweisen. Unter Schulbedingungen eignen sich besonders Untersuchungen von Wasser, z. B. Aquarium, Gartenteich, Leitungswasser, Mineralwasser. Auf der Teilchenebene stehen Konzentrationsbestimmungen von Ionen im Mittelpunkt.

TF10 „Gefährliche Stoffe“

Jede Beschäftigung mit Stoffen, jede Verwendung und jede neue Entwicklung von Stoffen widmet sich auch Fragen nach ihrer Gefährlichkeit. Selbst bei einfachsten Reaktionen und Untersuchungen muss der sichere Umgang mit Stoffen gewährleistet sein. Die Gewinnung und Verwendung sowie die Synthese völlig neuer Stoffe müssen in ihrer Ambivalenz zwischen Vorteil und Fortschritt auf der einen und Risiken und Gefahren auf der anderen Seite für die Person, die Gesellschaft oder zukünftige Generationen thematisiert werden. Auf der Stoffebene werden Giftstoffe oder Explosivstoffe betrachtet. Zur Wirkungsweise werden Betrachtungen auf der Teilchenebene herangezogen.

TF11 „Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima“

Stoffe sind in Kreisläufe eingebunden und ihre Nutzung kann nicht losgelöst von Prozessen in Natur und Umwelt betrachtet werden. Die Verantwortung des Menschen erstreckt sich auch auf Umwelt und Klima. Er greift durch die Verwendung natürlicher Ressourcen in die natürlichen Stoffkreisläufe ein und die Nutzung fossiler Energieträger trägt zur aktuellen Klimadebatte bei. Um die komplexen Zusammenhänge verstehen zu können, ist Forschung zum Klimageschehen und zur Klimageschichte unabdingbar. Darauf basierende Modellierungen führen zu Klimaprognosen, die wiederum in politische Entscheidungen einfließen. Die Betrachtungen aus der Sicht der Chemie konzentrieren sich in diesem Themenfeld auf die Treibhauseffekt-Problematik und den diesbezüglichen Beitrag der Kohlenstoffverbindungen. Auf der Stoffebene steht der Kohlenstoffkreislauf im Zentrum. Er ermöglicht, auf der Teilchenebene die Erhaltung der Atome bei chemischen Reaktionen in ihrer globalen Bedeutung zu erfassen.

TF12 „Mobile Energieträger“

Gesellschaftliche Entwicklungen, insbesondere das Wachstum der Bevölkerung, gehen einher mit einem stetig steigenden Energiebedarf. Dies stellt Wissenschaft und Technik vor große Herausforderungen. In der Chemie werden innovative Produkte und Verfahren entwickelt, die u. a. die effiziente und ortsunabhängige Nutzung von Energie ermöglichen. Dazu gibt es zahlreiche Lösungsansätze. Die Schülerinnen und Schüler lernen das Prinzip der Nutzung von Redoxreaktionen für mobile Energiequellen kennen und erhalten einen Überblick über die Vielfalt der technischen Umsetzungen ohne vertiefte Betrachtungen von Elektrodenprozessen. Auf der Stoffebene stehen Materialkombinationen im Mittelpunkt, die Speicherung und „Mobilität“ von Energie ermöglichen. Auf der Teilchenebene führt dies zur Auseinandersetzung mit Elektronenübertragungsvorgängen.