Basisplan Chemie

Besonders stolz sind wir auf unsere Basislehrpläne. Sie beinhalten ALLE Themen aus allen Schularten und Klassenstufen in allen Bundesländern. Wir verbinden damit unsere Lernressourcen und die landes- und klassenspezifischen Lehrpläne sowie unsere Lernressourcen. Dadurch können wir für jeden Schultyp und jede Klasse die passenden Angebote liefern.

Basisplan Chemie

Stoffe und Stoffeigenschaften

Überblick über die Klassifikation von Stoffen und Gemischen, deren physikalische Eigenschaften sowie die wichtigsten Trennverfahren zur Aufreinigung und Analyse von Stoffgemischen.

Einteilung der Stoffe

Systematische Einteilung von Stoffen in Reinstoffe (Elemente, Verbindungen) und Gemische (homogen, heterogen) anhand von Zusammensetzung und Eigenschaften.

Reinstoffe: Elemente und Verbindungen

Die Lernenden unterscheiden Reinstoffe in Elemente (aus einer Atomsorte, z. B. Au, O₂, Fe) und chemische Verbindungen (aus mindestens zwei Atomsorten in festem Verhältnis, z. B. H₂O, NaCl, CO₂) und nutzen das Periodensystem zur Identifikation von Elementen; zentrale Begriffe: Reinstoff, Element, Verbindung, Atomsorte.

Homogene Gemische: Lösungen und Legierungen

Die Lernenden beschreiben homogene Gemische als auf atomarer/molekularer Ebene gleichmäßig verteilte Mischungen ohne erkennbare Phasengrenzen und nennen Beispiele wie Lösungen (Salzwasser), Legierungen (Messing, Bronze, Edelstahl) sowie Gasgemische (Luft); zentrale Begriffe: homogenes Gemisch, Lösung, Legierung, Mischkristall.

Heterogene Gemische: Suspension, Emulsion, Schaum

Die Lernenden beschreiben heterogene Gemische als Mischungen mit erkennbaren Phasengrenzen und unterscheiden Suspension (Feststoff in Flüssigkeit), Emulsion (Flüssigkeit in Flüssigkeit, Emulgator), Schaum (Gas in Flüssigkeit) und Aerosol (Flüssigkeit/Feststoff in Gas) hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Trennbarkeit; zentrale Begriffe: heterogenes Gemisch, Suspension, Emulsion, Schaum, Aerosol, Phasengrenze.

Trennverfahren

Physikalische und chemische Trennverfahren für Gemische, basierend auf unterschiedlichen Stoffeigenschaften wie Siedepunkt, Löslichkeit, Partikelgröße und Verteilungskoeffizient.

Filtration, Destillation und Rektifikation

Die Lernenden erklären und vergleichen Filtration (Trennung von Feststoff und Flüssigkeit durch poröse Membran), einfache Destillation und Wasserdampfdestillation (Trennung durch Siedepunktunterschiede, Verdampfen und Kondensieren) sowie Rektifikation (Kolonnendestillation für eng beieinanderliegende Siedepunkte, z. B. Erdölraffinerie); zentrale Begriffe: Filtration, Destillation, Kondensation, Rektifikation, Siedepunkt.

Kristallisation und Extraktion

Die Lernenden erklären Kristallisation (Ausfallen eines gelösten Stoffs aus übersättigter Lösung durch Abkühlen oder Einengen, z. B. Speisesalzgewinnung) und Extraktion (Übertragung eines Stoffs zwischen zwei nicht mischbaren Phasen, z. B. Flüssig-Flüssig- und Fest-Flüssig-Extraktion mit dem Soxhlet-Apparat); zentrale Begriffe: Kristallisation, Übersättigung, Impfkristall, Extraktion, Verteilungskoeffizient.

Chromatographie: Papierchromatographie und Dünnschichtchromatographie

Die Lernenden beschreiben das chromatographische Trennprinzip (unterschiedliche Affinität der Komponenten zu stationärer und mobiler Phase), führen Papierchromatographie und Dünnschichtchromatographie durch und berechnen den Rf-Wert zur Identifikation von Substanzen; zentrale Begriffe: Chromatographie, stationäre Phase, mobile Phase, Rf-Wert, Retentionsverhalten.

Physikalische Eigenschaften von Stoffen

Messbare physikalische Größen wie Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dichte, Löslichkeit und Leitfähigkeit als charakteristische Eigenschaften zur Identifikation und Unterscheidung von Reinstoffen und Gemischen.

Schmelz- und Siedepunkt, Dichte und Löslichkeit

Die Lernenden messen und interpretieren Schmelzpunkt (charakteristisch für Reinstoffe, Gemische schmelzen über einen Bereich), Siedepunkt, Dichte (ρ = m/V) und Löslichkeit (g/100 ml bei definierter Temperatur) als Kenngrößen zur Identifikation von Reinstoffen; zentrale Begriffe: Schmelzpunkt, Siedepunkt, Dichte, Löslichkeit, Sättigungskonzentration, Löslichkeitskurve.

Elektrische und thermische Leitfähigkeit

Die Lernenden messen und erklären elektrische Leitfähigkeit anhand der Ladungsträgertypen: metallische Leitung durch delokalisierte Elektronen (Metalle, Graphit), elektrolytische Leitung durch Ionen in Lösungen oder Schmelzen sowie Nichtleitung bei Isolatoren (keine freien Ladungsträger); die thermische Leitfähigkeit wird analog über Elektronen und Gitterschwingungen erklärt; zentrale Begriffe: elektrische Leitfähigkeit, Metallleiter, Elektrolyt, Ionenleitung, Isolator, thermische Leitfähigkeit.

Aggregatzustände und Zustandsänderungen im Teilchenmodell

Die Lernenden beschreiben die drei Aggregatzustände im Teilchenmodell hinsichtlich Ordnung und kinetischer Energie der Teilchen und erklären alle sechs Zustandsübergänge (Schmelzen, Erstarren, Verdampfen, Kondensieren, Sublimieren, Resublimieren) als Überwindung von Teilchenwechselwirkungen unter Energieaufnahme bzw. -abgabe; zentrale Begriffe: Aggregatzustand, Teilchenmodell, Zustandsübergang, Teilchenwechselwirkung, kinetische Energie.

Teilchen und Atombau

Überblick über den atomaren Aufbau der Materie, die Systematik des Periodensystems sowie die drei grundlegenden Bindungstypen (Ionen-, kovalente und Metallbindung) einschließlich zwischenmolekularer Kräfte.

Atombau

Behandelt den inneren Aufbau von Atomen: Elementarteilchen, Schalenmodell, Elektronenkonfiguration, Periodensystem sowie Isotopie und relative Atommasse.

Elektronen, Protonen, Neutronen – Ladung und Masse

Die Lernenden benennen und charakterisieren Proton (Kernbaustein, Ladung +1e, Masse ≈ 1 u), Neutron (Kernbaustein, neutral, Masse ≈ 1 u) und Elektron (Hülle, Ladung −1e, Masse ≈ 1/1836 u) und erklären die Begriffe Ordnungszahl (= Protonenzahl), Massenzahl (= Protonen + Neutronen) sowie Kernladungszahl als fundamentale Größen des Atommodells.

Bohr-Modell: Schalen und Elektronenkonfiguration

Die Lernenden beschreiben das Bohr'sche Schalenmodell mit diskreten Energieniveaus (Schalen K, L, M, N; Maximalbesetzung 2n²), leiten die Elektronenkonfiguration der ersten 20 Elemente ab und erklären, wie die Valenzelektronenzahl die Stellung im Periodensystem und das chemische Verhalten bestimmt.

Periodensystem der Elemente: Aufbau, Gruppen und Perioden

Die Lernenden erklären den Aufbau des Periodensystems nach Perioden (gleiche Schalenzahl) und Haupt- bzw. Nebengruppen (gleiche Valenzelektronenzahl bzw. d-Orbital-Auffüllung) und lesen periodische Trends von Atomradius, Ionisierungsenergie und Elektronegativität ab.

Isotope, Nuklide und relative Atommasse

Die Lernenden erklären Isotope als Atome gleicher Protonenzahl mit unterschiedlicher Neutronenzahl, unterscheiden stabile von radioaktiven Nukliden, berechnen die relative Atommasse als isotopengewichteten Mittelwert und kennen Anwendungen wie Massenspektrometrie, Radiokarbondatierung und nuklearmedizinische Diagnostik.

Ionenbindung

Behandelt die Ionenbindung: Entstehung von Ionen durch Elektronentransfer, Aufbau und Eigenschaften von Ionengittern sowie makroskopische Eigenschaften ionischer Verbindungen.

Ionenbildung: Elektronenabgabe und -aufnahme

Die Lernenden erklären Ionenbildung als Elektronentransfer: Metalle geben Elektronen ab (→ Kationen) und Nichtmetalle nehmen Elektronen auf (→ Anionen), wobei beide Edelgaskonfiguration erreichen; sie zeichnen Lewis-Formeln für Ionen und begründen den Prozess mit Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität und der Oktettregel.

Ionengitter: NaCl und andere Ionenverbindungen

Die Lernenden beschreiben das NaCl-Ionengitter (kubisch-flächenzentriert, Koordinationszahl 6, Gitterenergie ≈ 780 kJ/mol) und vergleichen Ionengitter verschiedener Verbindungen hinsichtlich Gitterenergie und Schmelzpunkt in Abhängigkeit von Ionenladung und -radius.

Eigenschaften von Ionenverbindungen (Kristallin, Leitfähigkeit in Lösung)

Die Lernenden erklären die makroskopischen Eigenschaften von Ionenverbindungen – hohe Schmelzpunkte, Sprödigkeit, elektrische Nichtleitung im Festkörper sowie Leitfähigkeit in Lösung und Schmelze – auf der Basis der Coulomb-Kräfte und der Ionenmobilität.

Kovalente Bindung

Behandelt die kovalente (Elektronenpaar-)Bindung: Bildung gemeinsamer Elektronenpaare, Polarität, Molekülgeometrie und deren Bestimmung mit dem VSEPR-Modell.

Elektronenpaarbindung: H₂, Cl₂, HCl

Die Lernenden erklären die kovalente Bindung als Teilung gemeinsamer Elektronenpaare zwischen Nichtmetallatomen, zeichnen Lewis-Formeln mit bindenden und freien Elektronenpaaren für Moleküle wie H₂, Cl₂, HCl, H₂O, NH₃ und CO₂ und unterscheiden Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen.

Polare Bindung, Dipolmolekül und Elektronegativität

Die Lernenden erklären Elektronegativität (Pauling-Skala) und deren Periodizität, leiten aus ΔEN die Polarität von Bindungen (Partialladungen δ+/δ−) ab und bestimmen den Moleküldipol durch vektorielle Überlagerung der Bindungsdipole; sie wenden die Regel 'Gleiches löst Gleiches' auf Löslichkeitsphänomene an.

Molekülstrukturen: Wasser, Ammoniak, Methan

Die Lernenden bestimmen Molekülgeometrien mithilfe des VSEPR-Modells (Abstoßung bindender und freier Elektronenpaare) und leiten Bindungswinkel sowie Raumformen für CH₄ (Tetraeder, 109,5°), NH₃ (trigonale Pyramide, 107°), H₂O (gewinkelt, 104,5°), CO₂ (linear) und BF₃ (trigonal-planar) ab.

Metallbindung und zwischenmolekulare Kräfte

Behandelt die Metallbindung im Elektronengasmodell sowie zwischenmolekulare Wechselwirkungen (Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken) und deren Einfluss auf Stoff- und Materialeigenschaften.

Metallbindung: Elektronengasmodell und Metalleigenschaften

Die Lernenden erklären die Metallbindung im Elektronengasmodell (delokalisierte Valenzelektronen zwischen positiven Ionenrümpfen) und leiten daraus typische Metalleigenschaften ab: elektrische und thermische Leitfähigkeit, metallischen Glanz sowie Duktilität durch das Gleiten von Gitterschichten.

Van-der-Waals-Kräfte und Wasserstoffbrücken

Die Lernenden beschreiben Van-der-Waals-Kräfte (London-Dispersion, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen) und Wasserstoffbrücken (X–H···Y mit X, Y = F, O, N; ~20 kJ/mol) als zwischenmolekulare Kräfte und erklären damit Siedepunkttrends, die anomalen Eigenschaften von Wasser (Siedepunkt, Dichteanomalie, Oberflächenspannung) sowie die Rolle von Wasserstoffbrücken in Biomolekülen.

Chemische Reaktionen

Überblick über die zentralen Bereiche der Reaktionschemie: Aufstellung und Berechnung chemischer Reaktionen, Energieumsätze, Reaktionsgeschwindigkeit, chemisches Gleichgewicht sowie ausgewählte anorganische Reaktionstypen wie Fällungen und Komplexbildung.

Grundlagen chemischer Reaktionen

Grundlegende Konzepte chemischer Reaktionen: Formulierung und Ausgleich von Reaktionsgleichungen, der Mol-Begriff als quantitative Basis sowie stöchiometrische Berechnungen von Mengen- und Massenverhältnissen.

Reaktionsgleichungen: Edukte, Produkte und Ausgleichen

Die Lernenden schreiben und balancieren Reaktionsgleichungen: Edukte (links) → Produkte (rechts); Ausgleichen durch ganzzahlige stöchiometrische Koeffizienten (Atomerhaltung, Ladungserhaltung); unterscheiden Summengleichungen von Ionengleichungen (Kürzen spectatorischer Ionen → Nettogleichung); lesen stöchiometrische Mengenverhältnisse aus Gleichungen ab (Koeffizienten = molare Mengenverhältnisse).

Mol-Begriff und Avogadro-Konstante

Die Lernenden erklären den Mol-Begriff als Basiseinheit des SI: 1 mol = 6,022 × 10²³ Teilchen (Avogadro-Konstante N_A); molare Masse M in g/mol (numerisch gleich der relativen Molmasse); Beziehung n = m/M (n: Stoffmenge in mol; m: Masse in g; M: g/mol); molare Konzentration c = n/V in mol/L; sie rechnen zwischen Masse, Stoffmenge und Teilchenzahl um.

Stöchiometrische Berechnungen

Die Lernenden führen stöchiometrische Berechnungen systematisch durch (3-Schritt-Methode: Masse → Mol → stöchiometrisches Verhältnis → Mol → Masse des Produkts), berechnen theoretische Ausbeute, prozentuale Ausbeute (tatsächlich/theoretisch × 100 %) und bestimmen die Grenzmenge (limiting reagent); sie erklären, warum reale Ausbeuten < 100 % sind (Nebenreaktionen, Gleichgewichtslage, mechanische Verluste).

Energetik chemischer Reaktionen

Energetische Betrachtung chemischer Reaktionen: exotherme und endotherme Prozesse, Aktivierungsenergie, Enthalpieänderungen sowie der Einfluss von Katalysatoren auf Energiebarrieren und Reaktionspfade.

Exotherme Reaktionen: Verbrennung und Oxidation

Die Lernenden erklären exotherme Reaktionen (ΔH < 0: Enthalpie der Produkte < Edukte → Wärme wird freigesetzt) anhand von Energiediagrammen und beschreiben vollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoffen (CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O, ΔH = −890 kJ/mol) und unvollständige Verbrennung (→ CO, Ruß); Anwendungen: Kraftwerke, Verbrennungsmotoren, Zellatmung als biologische Verbrennung.

Endotherme Reaktionen und Aktivierungsenergie

Die Lernenden erklären endotherme Reaktionen (ΔH > 0: Wärme wird aus der Umgebung aufgenommen → Temperaturabfall: Kalkzerfall CaCO₃ → CaO + CO₂, Fotosynthese, Harnstofflösen) und Aktivierungsenergie E_A als Energiebarriere, die Edukte überwinden müssen (Übergangszustand); sie zeichnen vollständige Energiediagramme für exo- und endotherme Reaktionen mit und ohne Katalysator.

Katalyse: homogen und heterogen

Die Lernenden erklären Katalyse: Katalysatoren liefern alternativen Reaktionspfad mit niedrigerer E_A, werden nicht verbraucht und verändern nicht die Gleichgewichtslage (nur beschleunigen sie die Gleichgewichtseinstellung). Homogene Katalyse (gleiche Phase: Säure-katalysierte Veresterung, I⁻-katalysierter H₂O₂-Zerfall). Heterogene Katalyse (verschiedene Phasen: Pt/Pd/Rh im Autoabgaskatalysator; Eisen-Katalysator im Haber-Bosch-Prozess; Enzyme als biokatalysatoren).

Reaktionskinetik und Gleichgewicht

Quantitative und qualitative Beschreibung des zeitlichen Reaktionsverlaufs und des Gleichgewichtszustands: Einflussfaktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit, das Massenwirkungsgesetz sowie das Prinzip von Le Chatelier mit technischen Anwendungen.

Reaktionsgeschwindigkeit: Konzentration, Temperatur, Oberfläche

Die Lernenden erklären Einflussfaktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit v: Konzentration (Massengesetz: v = k · [A]^m · [B]^n; mehr Teilchen → mehr wirksame Stöße), Temperatur (RGT-Regel: +10 K → v verdoppelt bis verdreifacht sich; Arrhenius-Gleichung: k = A · e^(−E_A/RT)), Oberfläche (heterogene Reaktionen; Staubexplosionen), Druck (bei Gasen: Konzentration steigt), Katalysator (senkt E_A).

Chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz

Die Lernenden erklären das chemische Gleichgewicht: reversible Reaktionen laufen so lange in beide Richtungen, bis Hin- und Rückreaktion gleich schnell ablaufen (dynamisches Gleichgewicht: Konzentrationen konstant, Reaktion läuft weiter). Massenwirkungsgesetz: K_c = [C]^c [D]^d / ([A]^a [B]^b); K_c > 1: Gleichgewicht auf Produktseite; K_c < 1: Eduktseite; Temperaturabhängigkeit von K_c.

Prinzip von Le Chatelier und technische Anwendungen (Haber-Bosch)

Die Lernenden erklären das Prinzip von Le Chatelier: Ein Gleichgewichtssystem weicht einer aufgezwungenen Änderung aus (Konzentrationserhöhung eines Edukts → Produktseite; Temperaturerhöhung → endotherme Seite; Druckerhöhung → Seite mit weniger Gasmolen) und wenden es auf den Haber-Bosch-Prozess an: N₂ + 3 H₂ ⇌ 2 NH₃ (ΔH = −92 kJ/mol; 450 °C, 200–300 bar, Fe-Katalysator als Kompromiss zwischen Gleichgewichtslage und Reaktionsgeschwindigkeit).

Wichtige anorganische Reaktionen

Ausgewählte anorganische Reaktionstypen: Fällungsreaktionen als Metathesereaktion mit Löslichkeitsprodukt und Nachweisreaktionen sowie Grundlagen der Komplexchemie mit Zentralteilchen, Liganden und biologisch-analytischer Bedeutung.

Fällungsreaktion und Metathese

Die Lernenden beschreiben Fällungsreaktionen als Metathese mit Bildung eines schwerlöslichen Produkts: Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)↓; Löslichkeitsprodukt K_L definiert Sättigungskonzentration. Sie kennen Nachweisreaktionen (Halogenidnachweis: AgNO₃; Sulfatnachweis: BaCl₂; Carbonatnachweis: HCl + Kalkwasser → CO₂ → Kalkwasser trübt sich) und können Fällungsreaktionen für die Gehaltsbestimmung und die Wasseraufbereitung einsetzen.

Komplexbildung (Grundlagen)

Die Lernenden erklären Komplexverbindungen: Zentralteilchen (Metallion: Lewis-Säure) + Liganden (Lewis-Basen: monodentate H₂O, NH₃, Cl⁻; polydentate/Chelat: EDTA) bilden Koordinationsverbindungen; Koordinationszahl (typisch 4 oder 6); Bedeutung: Häm-Komplex (Fe²⁺ in Hämoglobin), Chlorophyll (Mg²⁺ in Porphyrin), EDTA als Chelattherapeutikum, [Cu(NH₃)₄]²⁺ (tiefblau; Kupfer-Nachweis).

Redoxreaktionen und Elektrochemie

Überblick über Elektronenübertragungsreaktionen, die Grundlagen der Redoxchemie sowie elektrochemische Systeme wie galvanische Zellen, Elektrolyse, Spannungsreihe und Korrosion.

Grundlagen Redoxreaktionen

Grundlegende Konzepte der Redoxchemie: Oxidation und Reduktion als Elektronenübertragung, Oxidationszahlen sowie die Charakterisierung von Oxidations- und Reduktionsmitteln.

Oxidation und Reduktion – Elektronenübertragung

Die Lernenden erklären Redoxreaktionen als gekoppelte Elektronenübertragungen, bei denen Oxidation (Elektronenabgabe des Reduktionsmittels) und Reduktion (Elektronenaufnahme des Oxidationsmittels) stets gleichzeitig in komplementären Redoxpaaren ablaufen; zentrale Begriffe: Halbreaktion, Oxidationsmittel, Reduktionsmittel.

Oxidationszahlen: Regeln und Anwendung

Die Lernenden bestimmen Oxidationszahlen nach den Standardregeln und wenden diese an, um oxidierte und reduzierte Atome in Reaktionsgleichungen zu identifizieren und Redoxgleichungen mithilfe der Halbzellenmethode zu balancieren; zentrale Begriffe: Oxidationszahl, Halbzellenmethode, Ladungsbilanz.

Oxidationsmittel und Reduktionsmittel

Die Lernenden ordnen typische Substanzen als starke Oxidationsmittel oder starke Reduktionsmittel ein, begründen dies mit ihrer Elektronenaffinität bzw. Ionisierungsneigung und erklären die Disproportionierung als Sonderfall, bei dem ein Stoff gleichzeitig als Oxidations- und Reduktionsmittel fungiert.

Elektrochemie

Elektrochemische Systeme, in denen Redoxreaktionen und elektrische Energie verknüpft sind: galvanische Zellen, Spannungsreihe, Elektrolyse und Korrosion.

Galvanische Zellen: Daniell-Element und Funktionsprinzip

Die Lernenden beschreiben den Aufbau und die Funktionsweise galvanischer Zellen am Daniell-Element, erklären die Rolle von Anode, Kathode und Salzbrücke sowie die Berechnung der elektromotorischen Kraft aus den Elektrodenpotentialen; zentrale Begriffe: Anode, Kathode, EMK, Salzbrücke, Halbzelle.

Elektrochemische Spannungsreihe

Die Lernenden erläutern die elektrochemische Spannungsreihe anhand von Normalpotentialen unter Standardbedingungen, leiten daraus die Reaktivität von Metallen und die Richtung spontaner Redoxreaktionen ab und berechnen Zellspannungen; zentrale Begriffe: Normalpotential, Standardwasserstoffelektrode, Zellspannung, Edelmetall, unedles Metall.

Elektrolyse: Grundlagen, Faraday-Gesetze und Anwendungen

Die Lernenden erklären Elektrolyse als durch äußere Spannung erzwungene Redoxreaktion, wenden die Faraday-Gesetze zur Stoffmengenberechnung an und kennen technische Anwendungen wie Wasserelektrolyse, Aluminiumgewinnung (Hall-Héroult-Prozess) und Galvanotechnik; zentrale Begriffe: Elektrolyse, Faraday-Konstante, Kathode, Anode, Schmelzflusselektrolyse.

Korrosion und Korrosionsschutz

Die Lernenden erklären elektrochemische Korrosion als unerwünschte anodische Oxidation in lokalen Elementen und bewerten Schutzmaßnahmen wie kathodischen Schutz durch Opferanoden, Passivierung sowie Beschichtungsverfahren; zentrale Begriffe: lokales Element, Opferanode, Passivschicht, kathodischer Schutz, Korrosionsschutz.

Säuren und Basen

Überblick über Säuren und Basen: umfasst Definitionen nach Arrhenius und Brønsted, Protolysegleichgewichte, pH-Wert-Konzept, Säure-Base-Stärke, Puffersysteme, Neutralisation, Titration sowie Alltagsanwendungen wichtiger Säuren und Basen.

Grundlagen Säuren und Basen

Grundlegende Konzepte zu Säuren und Basen: Definitionen nach Arrhenius und Brønsted, Protolysereaktionen mit konjugierten Paaren sowie quantitative Beschreibung durch pH-Wert und Indikatoren.

Säuren und Basen nach Arrhenius und Brønsted

Die Lernenden erklären und unterscheiden die Säure-Base-Konzepte nach Arrhenius (H⁺/OH⁻-Lieferanten im wässrigen Milieu) und Brønsted (Protonendonatoren/-akzeptoren, auch in nicht-wässrigen Medien), klassifizieren Reaktionen anhand korrespondierender Säure-Base-Paare und identifizieren Ampholyte wie Wasser.

Protolysereaktionen und konjugierte Säure-Base-Paare

Die Lernenden beschreiben Protolyse als Protonenübertragungsreaktion, identifizieren konjugierte Säure-Base-Paare in Reaktionsgleichungen (z. B. CH₃COOH/CH₃COO⁻, H₃O⁺/H₂O) und erläutern den inversen Zusammenhang zwischen Stärke einer Säure und ihrer konjugierten Base; zudem charakterisieren sie Amphiproten (H₂O, HCO₃⁻, HSO₄⁻) als Teilchen, die je nach Reaktionspartner als Protonendonator oder -akzeptor wirken.

pH-Wert und Indikatoren (Universalindikator, Lackmus)

Die Lernenden berechnen und interpretieren den pH-Wert (pH = −lg[H₃O⁺]) unter Nutzung des Ionenprodukts des Wassers (Kw = 10⁻¹⁴ bei 25 °C), bestimmen pH und pOH aus gegebenen Konzentrationen starker Säuren bzw. Basen und bewerten die Acidität von Lösungen mithilfe von Indikatoren (Lackmus, Phenolphthalein, Universalindikator) sowie dem pH-Meter.

Stärke und Gleichgewicht

Quantitative Beschreibung der Säure-Base-Stärke: umfasst Dissoziationsgrad, Säurekonstante Ks und pKs-Wert für starke und schwache Säuren sowie die Funktionsweise und Bedeutung von Puffersystemen.

Starke und schwache Säuren – pKs-Wert und Dissoziationsgrad

Die Lernenden unterscheiden starke Säuren (vollständige Dissoziation, α = 1; HCl, H₂SO₄, HNO₃) von schwachen Säuren (partielle Dissoziation; Ks, pKs = −lg Ks als Stärkemaß: z. B. Essigsäure pKs = 4,76, Kohlensäure pKs = 6,35) und berechnen den pH schwacher Säuren über die Näherungsformel [H₃O⁺] ≈ √(Ks · c).

Puffersysteme: Funktion und Bedeutung im Blut

Die Lernenden erklären Pufferlösungen als Gemische aus schwacher Säure und konjugierter Base (z. B. Acetat-, Phosphat-, Carbonat-Puffer), die pH-Änderungen bei Säure- oder Basezugabe minimieren, wenden die Henderson-Hasselbalch-Gleichung (pH = pKs + lg([A⁻]/[HA])) an und beschreiben die Funktion des Bicarbonat-Puffers (CO₂/HCO₃⁻) für die Aufrechterhaltung des Blut-pH (7,35–7,45) durch Lungen- und Nierenregulation.

Reaktionen und Anwendungen

Anwendungsorientierte Aspekte von Säure-Base-Reaktionen: umfasst Neutralisation und Salzbildung, quantitative Titration sowie Eigenschaften und Verwendung bedeutender Säuren und Basen im industriellen und alltäglichen Kontext.

Neutralisation und Salzbildung

Die Lernenden beschreiben die Neutralisationsreaktion (H₃O⁺ + OH⁻ → 2 H₂O; ΔH = −57 kJ/mol) und die dabei entstehenden Salze, erklären die Hydrolyse von Salzionen und den resultierenden pH der Salzlösung (neutral: NaCl; basisch: Natriumacetat; sauer: Ammoniumchlorid) und benennen Salze systematisch nach Kation und Anion.

Titration: Durchführung und Berechnung

Die Lernenden beschreiben das Prinzip der Titration (Zugabe einer Maßlösung bekannter Konzentration bis zum Äquivalenzpunkt, Nachweis via Indikator oder pH-Meter), wenden die Äquivalenzbedingung (cSäure · VSäure = cBase · VBase bei 1:1-Stöchiometrie) zur quantitativen Konzentrationsbestimmung an und lösen Berechnungsbeispiele wie die Bestimmung des Essigsäuregehalts in Haushaltsessig oder des Carbonatgehalts in Kalkstein.

Wichtige Säuren und Basen im Alltag (HCl, H₂SO₄, NaOH, Kalk)

Die Lernenden beschreiben Eigenschaften, Herstellung und Anwendungen wichtiger Säuren (HCl, H₂SO₄, HNO₃) und Basen (NaOH, Ca(OH)₂) in Alltag und Industrie, darunter Magensäure, Düngemittelproduktion, Akkumulatoren, Seifenherstellung und Bauwesen, und bewerten deren korrosive bzw. reaktive Eigenschaften.

Organische Chemie

Überblick über die organische Chemie: umfasst Struktur, Bindungsverhältnisse, Nomenklatur, Eigenschaften und Reaktionsmechanismen organischer Kohlenstoffverbindungen von einfachen Kohlenwasserstoffen über sauerstoffhaltige Verbindungen bis hin zu Makromolekülen und Kunststoffen.

Kohlenwasserstoffe

Behandelt die Klassen der Kohlenwasserstoffe – gesättigte Alkane, ungesättigte Alkene und Alkine sowie aromatische Verbindungen – einschließlich ihrer Strukturmerkmale, Isomerie und charakteristischen Reaktionstypen.

Alkane: Nomenklatur nach IUPAC, Isomerie und Eigenschaften

Die Lernenden beherrschen die homologe Reihe der Alkane (C₍ₙ₎H₍₂ₙ₊₂₎), wenden die IUPAC-Nomenklatur (Hauptkette, Substituenten, Lokanten) an, leiten Konstitutionsisomere ab und erklären die physikalischen Eigenschaften (Unpolarität, Van-der-Waals-Kräfte, steigende Siedepunkte, Brennbarkeit).

Alkene und Alkine: Doppel-/Dreifachbindung und Additionsreaktion

Die Lernenden beschreiben Struktur und Hybridisierung von Alkenen (sp², C=C, cis-trans-Isomerie) und Alkinen (sp, C≡C, linear) und erklären elektrophile Additionsreaktionen (Hydrierung, Hydrohalogenierung nach Markovnikov, Halogenierung als Nachweis, Hydratation) unter Angabe der Mechanismen und Katalysatoren.

Aromatische Verbindungen: Benzol – Struktur und elektrophile Substitution

Die Lernenden erläutern das aromatische π-Elektronensystem des Benzols (6 sp²-C, Delokalisierung, Resonanzenergie) als Ursache seiner besonderen Stabilität und beschreiben den Mechanismus der elektrophilen aromatischen Substitution (EAS) anhand von Nitrierung, Halogenierung und Friedel-Crafts-Reaktionen.

Substitution und Eliminierung als organische Reaktionstypen

Die Lernenden unterscheiden nukleophile Substitution (S_N1 und S_N2 mit jeweiligen Substrat-Anforderungen, Stereochemie und Zwischenstufen) von der Eliminierung (E, Saytzeff-Regel) und grenzen diese Reaktionstypen systematisch gegenüber Addition ab.

Sauerstoffhaltige organische Verbindungen

Behandelt sauerstoffhaltige organische Verbindungsklassen – Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester – mit ihren funktionellen Gruppen, Nomenklatur, charakteristischen Eigenschaften und gegenseitigen Umwandlungsreaktionen.

Alkohole: Nomenklatur, Eigenschaften und Oxidationsprodukte

Die Lernenden klassifizieren Alkohole nach Substitutionsgrad (primär, sekundär, tertiär), wenden die IUPAC-Nomenklatur an, erklären erhöhte Siedepunkte und Wasserlöslichkeit durch Wasserstoffbrückenbindungen und beschreiben die stufenweise Oxidierbarkeit (1° → Aldehyd → Carbonsäure; 2° → Keton; 3° nicht oxidierbar).

Aldehyde und Ketone: Oxidation und Nachweis

Die Lernenden unterscheiden Aldehyde (R-CHO) und Ketone (R-CO-R') anhand der Position der Carbonylgruppe, erklären deren Reaktivität durch die polarisierte C=O-Bindung und wenden spezifische Nachweisreaktionen (Tollens-, Fehling-Probe, Schiff-Reagenz) zur Unterscheidung beider Verbindungsklassen an.

Carbonsäuren: Essigsäure, Fettsäuren und ihre Eigenschaften

Die Lernenden erklären die Acidität von Carbonsäuren (R-COOH) durch mesomere Stabilisierung des Carboxylatanions, vergleichen die Säurestärke kurzkettiger Vertreter (Ameisen-, Essigsäure) und klassifizieren langkettige gesättigte und ungesättigte Fettsäuren hinsichtlich ihrer Struktur (Doppelbindungsanzahl und -position) sowie ihrer biologischen und technischen Bedeutung.

Ester: Veresterung und Umkehrreaktion (Verseifung)

Die Lernenden erklären die säurekatalysierte Fischer-Veresterung als Gleichgewichtsreaktion (Carbonsäure + Alkohol ⇌ Ester + H₂O) mit Möglichkeiten zur Ausbeuteoptimierung sowie die irreversible alkalische Verseifung und kennen industrielle Anwendungen wie Seifenherstellung und Biodieselproduktion durch Umesterung.

Makromoleküle und Kunststoffe

Behandelt die Synthese, Struktur und Eigenschaften polymerer Werkstoffe (Kunststoffe) durch Polymerisation und Polykondensation sowie deren Klassifizierung, Recyclingwege und umweltrelevante Aspekte.

Polymerisation: Polyethylen, Polypropylen, Polystyrol

Die Lernenden erklären den Mechanismus der radikalischen Polymerisation (Initiierung, Wachstum, Abbruch) und beschreiben Struktur-Eigenschafts-Beziehungen wichtiger Polymerisationsprodukte (PE, PP, PS) in Abhängigkeit von Kettenlänge, Verzweigung, Taktizität und Kristallinität.

Polykondensation: Nylon und Polyester (PET)

Die Lernenden erklären das Prinzip der Polykondensation (Abspaltung kleiner Moleküle bei Verknüpfung bifunktioneller Monomere) und beschreiben Synthese, funktionelle Gruppen und Anwendungen von Polyamid 6,6 (Nylon) und PET sowie die Unterschiede zwischen Thermoplasten, Duroplasten und Elastomeren.

Kunststoffeigenschaften, Recycling und Umweltproblematik

Die Lernenden klassifizieren Kunststoffe nach Vernetzungsgrad (Thermoplast, Duromer, Elastomer), bewerten mechanisches, chemisches und thermisches Recycling hinsichtlich Effizienz und Qualität und erklären die Entstehung, Verbreitung und ökologische Problematik von Mikroplastik einschließlich regulatorischer Gegenmaßnahmen.

Biochemie

Überblick über die chemische Struktur und biologische Funktion der vier zentralen Klassen biologischer Makromoleküle: Kohlenhydrate, Lipide, Proteine und Enzyme.

Kohlenhydrate

Behandelt Aufbau, Klassifikation und Stoffwechselrelevanz der Kohlenhydrate von Monosacchariden über Polysaccharide bis zu ihrer Rolle als Energielieferanten.

Monosaccharide: Glucose, Fructose und ihre Bedeutung

Die Lernenden beschreiben Monosaccharide als einfachste Kohlenhydrate anhand von Fischer- und Haworth-Projektion (α-/β-Anomere, Cyclisierung), erklären D-/L-Stereoisomerie sowie die biologische Bedeutung von Glucose und Fructose und führen den Nachweis reduzierender Zucker mit Fehlingscher Lösung durch.

Polysaccharide: Stärke, Cellulose und Glykogen

Die Lernenden vergleichen die drei wichtigsten Glucose-Polysaccharide Stärke, Cellulose und Glykogen hinsichtlich ihrer glykosidischen Bindungstypen (α-1,4, α-1,6, β-1,4), Verzweigungsgrade, strukturellen Eigenschaften und biologischen Funktionen als Speicher- bzw. Strukturmoleküle.

Kohlenhydrate als Energielieferanten und Nachweis (Fehlingsche Lösung)

Die Lernenden erläutern den Kohlenhydratabbau von der Stärkehydrolyse über Glykolyse bis zur oxidativen Phosphorylierung mit ATP-Ausbeute, erklären den glykämischen Index und unterscheiden reduzierende von nicht-reduzierenden Zuckern mithilfe der Fehlingschen Probe (Cu²⁺ → Cu₂O).

Lipide

Behandelt den molekularen Aufbau und die Eigenschaften von Lipiden, insbesondere Triglyceriden mit gesättigten und ungesättigten Fettsäuren sowie deren chemische Umwandlung bei der Verseifung und das Tensidprinzip.

Fette: Aufbau aus Glycerin und Fettsäuren, gesättigt und ungesättigt

Die Lernenden beschreiben den Aufbau von Triglyceriden als Esterverbindungen aus Glycerin und drei Fettsäuren, unterscheiden gesättigte von einfach und mehrfach ungesättigten Fettsäuren anhand ihrer Struktur und Schmelzpunkte und benennen essentielle ω-3- und ω-6-Fettsäuren.

Seifen: Verseifung und Reinigungswirkung (Tensidprinzip)

Die Lernenden erklären die alkalische Verseifung von Triglyceriden zur Bildung von Seifen, beschreiben das Tensidprinzip der Mizellbildung (hydrophober Schwanz, hydrophiler Kopf) und erläutern das Kalkseifenproblem sowie Gegenmaßnahmen.

Proteine und Enzyme

Behandelt den molekularen Aufbau von Proteinen von der Aminosäurestruktur über die Hierarchie der Proteinstrukturebenen bis zur Funktion und Regulation von Enzymen als biologischen Katalysatoren.

Aminosäuren: Struktur, Peptidbindung und essentielle Aminosäuren

Die Lernenden beschreiben den Aufbau von α-Aminosäuren (Cα mit NH₂, COOH, H und Seitenkette R), klassifizieren Seitenketten nach ihren Eigenschaften, erläutern die Bildung der Peptidbindung durch Kondensation sowie deren partiellen Doppelbindungscharakter und benennen die acht essentiellen Aminosäuren.

Proteinstruktur: Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur

Die Lernenden beschreiben die vier Strukturebenen von Proteinen – Primärstruktur (Aminosäuresequenz), Sekundärstruktur (α-Helix, β-Faltblatt durch H-Brücken), Tertiärstruktur (globale 3D-Faltung durch diverse Wechselwirkungen) und Quartärstruktur (Assoziation mehrerer Polypeptidketten) – anhand konkreter Beispiele wie Hämoglobin und Kollagen.

Enzyme: Substratspezifität, Wirkungsweise und Einflussfaktoren

Die Lernenden erklären die Substratspezifität von Enzymen anhand des Schlüssel-Schloss- und Induced-fit-Modells, wenden die Michaelis-Menten-Kinetik (K_M, V_max) an und analysieren den Einfluss von Temperatur, pH-Wert sowie kompetitiver und nichtkompetitiver Inhibition auf die Enzymaktivität.