Oberstufe

Bücher und andere Nachschlage-Werke

Wir nutzen in der Oberstufe aktuell das Werk Chemie heute SII (Abkürzung CH) von Schroedel.

Es wird euch vor allem als Wissensquelle zum Nachlesen der Theorie dienen. Ich werde euch bei Bedarf dann auf die passenden Seiten hinweisen.

Um nicht zu theorie-bezogen zu arbeiten würde ich gerne das Lehr-Werk Salters Chemie nutzen.

• Zum einen gibt es das Buch Salters Chemie - Chemical storylines (Abkürzung CS). Das Buch gibt es online (hier) zu lesen. Das Lesen der Texte, wenn wir es nicht in der Schule gemeinsam tun, ist das immer Hausaufgabe. Im Text eingebettet (mit einem größeren gelben Pfeil) gibt es immer wieder Hinweise zu der benötigten Theorie und Aktivitäten (also Experimente, Aufgaben, ... usw.).
• Das Theorie zu den Geschichten liefert normalerweise Saltes Chemie - Chemical Ideas (Abkürzung CI). Als Ersatz dafür verwenden wir das Buch Chemie heute, zu dem ich immer die passenden Seiten angeben werden. Chemical Ideas kann freiwillig als Ergänzung online gelesen werden, denn es ist ebenfalls Flashbook online hier verfügbar. Die passenden Seiten sind im CS-Buch jeweils angegeben.

• Gk 2013-2016 - Inhalt Arbeiten +
• Gk 2015-2018 - Inhalt Arbeiten

Salters

Modul EL - Elemente des Lebens

Atomaufbau und Kernreaktionen

Wiederholung Kern-Hülle-Modell

Das hier folgende App dient der Übung zur Anzahl der Elementarteilchen. Wer sich fit fühlt, kann gleich die "Spiele" ausprobieren. Ansonsten könnte man ein wenig herumspielen und versuchen, sich daran zu erinnern, wie der Zusammenhang zwischen Protonen, Neutronen und Elektronen bei Atomen und geladenen Teilchen, den Ionen, ist.

Beispiel einer Kernreaktion: ${}^{6}_{3}\mathrm{Li}+{}^{2}_{1}\mathrm{H}\rightarrow2\ {}^{4}_{2}\mathrm{He}$

Kernreaktionen/Radioaktiver Zerfall

Nuklid/Isotopen-Karte

Die Strahlungsarten und ihre unterschiedlichen Eindringtiefen.

Es werden drei hauptsächliche Zerfallsarten unterschieden: Alpha-, Beta- und Gamma-Zerfall. Da man zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung noch nicht wusste, um welche Vorgänge es sich handelte, bezeichnete man die 3 Strahlenarten einfach in der Reihenfolge zunehmenden Durchdringungsvermögens mit den ersten 3 Buchstaben des griechischen Alphabets.

Die bei den Kernreaktionen freiwerdenden Energie lassen sich mit Massendefekten erklären, die auch 1930 experimentell nachgewiesen wurden. Die "verschwundene" Masse wird in Energie umgewandelt und lieferte damit den Beweis für das 1905 von Albert Einstein im Rahmen der speziellen Relativitätstheorie entdeckte Naturgesetz. Es besagt, dass die Masse m und Ruheenergie E eines Objekts zueinander proportional sind: $E \;=\; m \,c^{2}$

• Beim Alpha-Zerfall verringern sich durch die Emission eines Alpha-Teilchens, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen, die Ordnungszahl des Atomkerns um 2 und die Massenzahl um 4.

in etwas kräftigeres Blatt Papier oder einige Zentimeter Luft reichen somit im Allgemeinen schon aus, um Alphateilchen vollständig abzuschirmen. In einer Nebelkammer sehen die durch Alphastrahlung erzeugten Bahnspuren, verglichen mit denen von Betastrahlen ähnlicher Energie, kürzer und dicker aus.

Alphastrahlung, die von außen auf den menschlichen Körper wirkt, ist selbst relativ ungefährlich, da die Alphateilchen aufgrund ihrer geringen Eindringtiefe überwiegend nur in die oberen, toten Hautschichten eindringen. Ein im Organismus durch Einatmen oder Aufnahme mit der Nahrung eingelagerter Alphastrahler ist dagegen sehr schädlich, da in diesem Fall nicht die toten Hautschichten, sondern lebende Zellen geschädigt werden. Insbesondere die Anreicherung eines mit Alphastrahlung zerfallenden Nuklids in einem Organ führt zu einer hohen Belastung dieses Organs, da dabei eine hohe Strahlendosis ihre schädigende Wirkung auf kleinem Raum und auf wichtige Körperzellen ausübt (Strahlenkrankheit).

Ein konkretes Beispiel für einen Alpha-Zerfall ist:

${}^{146}_{\ 62} \mathrm {Sm} \to {}^{142}_{\ 60} \mathrm {Nd} + {}^{4}_{2} \mathrm {He} + 2{,}45\, \mathrm{MeV}$.

Emission eines Alphateilchens (Protonen rot, Neutronen blau)
Ein Plutonium-Pellet (238Pu) glüht durch seinen eigenen Zerfall.

• Beim Beta-Zerfall wird aus dem Atomkern ein Elektron oder Positron emittiert; ein im Atomkern vorhandenes Neutron wandelt sich in ein Proton um oder umgekehrt. Hierdurch ändert sich die Ordnungszahl um 1, die Massenzahl bleibt gleich.

Ein typischer β⁻-Strahler ist [¹⁹⁸Au. Hier lautet die Umwandlung in Formelschreibweise:

${}^{198}_{\ 79} \mathrm {Au} \to {}^{198}_{\ 80} \mathrm {Hg} + \mathrm{e}^{-}$

Die dabei stattfindende Umwandlung eines Neutrons in ein Proton und Elektron kann man so beschreiben:

${}^{1}_{0} \mathrm {n} \to {}^{1}_{1} \mathrm {p} + \mathrm{e}^{-}$

)	β−-Strahlung (Protonen rot, Neutronen blau)

Ist der menschliche Körper Betastrahlen ausgesetzt, werden nur Hautschichten geschädigt. Dort kann es aber zu intensiven Verbrennungen und daraus resultierenden Spätfolgen wie Hautkrebs kommen. Sind die Augen der Strahlung ausgesetzt, kann es zur Linsentrübung kommen.

Werden Betastrahler in den Körper aufgenommen (man nennt das inkorporiert), können hohe Strahlenbelastungen in der Umgebung des Strahlers die Folge sein. Gut dokumentiert ist Schilddrüsenkrebs als Folge von radioaktivem Iod-131 (131I), das sich in der Schilddrüse sammelt. In der Literatur findet man auch Befürchtungen, dass Strontium-90 (90Sr) zu Knochenkrebs und Leukämie führen kann, da sich Strontium wie Calcium in den Knochen anreichert.

• Ein Gamma-Zerfall tritt meist als unmittelbare Folge eines Alpha- bzw. Beta-Zerfalls auf. Massen- und Ordnungszahl bleiben dabei gleich, jedoch ändert sich der Anregungszustand des Kerns.

Im weiteren Sinne wird mit Gammastrahlung jede elektromagnetische Strahlung mit Energien über etwa 200 keV bezeichnet, unabhängig von der Art ihrer Entstehung.

)	ɣ-Strahlung, es wird keine Materie frei, sondern nur elektromagnetische Strahlung.

Wird Gammastrahlung in menschlichem, tierischem oder pflanzlichem Gewebe absorbiert, wird ihre Energie in Ionisations- und anderen Vorgängen wirksam. Dabei treten im Gewebe Sekundärstrahlungen wie freigesetzte Elektronen und Röntgenstrahlung auf. Insgesamt ergeben sich – für den Organismus meist schädliche – Wirkungen durch das Aufbrechen chemischer Bindungen. Die Folgen können am bestrahlten Organismus selbst (somatische Schäden) oder, durch Schädigung des Erbguts, an seinen Nachkommen als genetische Schäden auftreten.

Bei geladenen Teilchenstrahlungen nimmt die Intensität der Gammastrahlung mit der Eindringtiefe ab. Die Eindringtiefe hängt von der Wellenlänge der Gammastrahlung und von der Ordnungszahl des abschirmenden Materials ab: Blei ist deshalb das gängigste zum Strahlenschutz gegen Gammastrahlung verwendete Material.

Anwendungen der Radioaktivität

Es gibt einige Anwendung in der Medizin, siehe  Nuklearmedizin .

Nutzung der Radioaktivität zu Altersbestimmung ... wie etwa die C14-Methoden/Radio-Kohlenstoff-Datierung

• Halbwertzeit

Woher wissen wir so viel über das Universum?

Analysemethoden in der Chemie

Die Titration ist ein Verfahren der quantitativen Analyse in der Chemie. Ein bekannter Stoff, dessen Menge/Konzentration aber unbekannt ist, wird durch Hereintröpfeln mit einer Maßlösung (bekannte Konzentration) in einer chemischen Reaktion umgesetzt. Das Volumen der verbrauchten Maßlösung wird gemessen und die Menge/Konzentration berechnet.

Die Spektroskopie eine analytische Methode, die meist zur qualitativen Analyse eingesetzt wird. Dabei wird zum Beispiel das emitierte Lichtspektrum einer Probe mit einem Prisma aufgespalten und die sichtbaren Spektrallinien mit bekannten Spektren verglichen.

Mehr dazu auf der Unterseite Spektren.

Schalen-Modell - Wiederholung

Hier wird im Periodensystem farbig dargestellt, in welche Schale ein neues Elektron hinzukommt, im Vergleich zum Element mit einer um eins kleineren Ordnungszahl.

Verbindungen von Atomen - Ionen und MolekülVerbindungen

• Wiederholung - Übungen zu Ionen
  • Zufällig erzeugte Aufgaben zur Bestimmung der Formel und des Namens von Ionenverbindungen.
• Atombindungen ... warum das Schalenmodell nicht reicht! - Video
• Erklärungen zur Herleitung des Kugelwolkenmodells - Video 1 und Video 2.

Die Geometrie von Verbindungen

• Geometrie von Verbindungen

Wiederholung aus der Mittelstufe zur verschiedenen Themen

• Stöchiometrie: Berechnung der Masse von Teilchen - Berechnung der Molmasse - Benutzung des Übersichtsblattes zu den Maßangaben
• Symbolschreibweise, Reaktionsgleichungen: Aufstellen und Ausgleichen von Reaktionsgleichungen - Einfache Reaktionsgleichungen ausgleichen - Sehr schwere Reaktionsgleichungen ausgleichen
• Lewisschreibweise: Lewis-Schreibweise bei Molekülen - Atombindung und Lewis-Schreibweise

Aufgabe Dieses Dokument enthält Übungen zur Stöchiometrie mit allen Lösungen. Bearbeitet sie selbstständig und kontrolliert sie selber. Treten Fragen bei konkreten Aufgaben auf, so können diese Fragen gestellt werden, indem der eigene Lösungsansatz vorgestellt wird. Hinweis: Natürlich kann es vorkommen, das die von mir erstellten Lösungen Fehler enthalten. Bitte teilt mir diese dann mit!

Modul ET - Entwicklung von Treibstoffen

Energie bei chemischen Reaktionen

Daten: Enthalpie-Werte wie zum Beispiel ...

• Bindungsenergie

Hier ein paar Videos (zunächst erst einmal zwei Stück) zu Energetische Betrachtung von chemischen Reaktionen:

1. Allgemeines zum Thema Energie
2. Vergleich der Enthalpie-Arten

Erdölverarbeitung

• zur fraktionierten Erdöl-Destillation

Oktanzahl

Aufgabe Nutze das in der Schule installierte Programm Avogadro, um Alkane zu zeichnen, wie sie in der Aufgabe angegeben sind. Wie das Programm Avogadro funktioniert, wird in den folgenden Videos erklärt. Download-Seite für zu Hause. Zur Aufgabenstellung im Arbeitsauftrag 7 auf Seite 34: Öffne ein Text-Dokument und erstelle eine Tabelle mit den folgenden Spalten: Name des Alkans, Summenformel, Lewisschreibweise , Octanzahl, Kugelstab-Modell, Kalottenmodell Hinweis: Man erhält ein Kalottenmodell in Avogadro, indem man als Darstellungsart "Van-der-Waals-Radien" verwendet. Das Kugelstab-Modell und das Kalottenmodell sollen in Avogadro gezeichnet werden und per Screenshot in die Textverarbeitung eingefügt werden. Nutzt dazu in der Schule das Programm "ksnapshot", zu dem es ein kurzes Video als Anleitung gibt. Der Name wird normal eingetragen. Die Lewisschreibweise soll nach Ausdruck von Hand eingefügt werden.

Vorstellung von Avogadro (1)	Vorstellung von Avogadro (2)
Im ersten Teil der Reihe wird gezeigt, wie man in Avogadro Moleküle zeichnet, diese von verschiedenen Seite betrachten kann und bearbeitet.	Es wird gezeigt, wie man Benzol zeichnen kann. Zwischendurch wird bei Cyclohexan gezeigt, dass man verschiedene Konformere zeichnen kann. Und dann werden verschiedene Darstellungsarten gezeigt, wie auch eine Art Kalottenmodell.

Funktionsweise des Otto-Viertakt-Motors		Funktionsweise des Diesel-Viertakt-Motors

Unterschied zwischen Diesel und Benzin

Ein Überblick zum Thema Oktanzahl.

Für Interessierte: Terra X - Das Diesel Rätsel

Modul Q: Aus tiefen Quellen

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Modul WM - Entwicklung von Arzneimitteln

Doppelspalt-Experiment:

• Das Mysterium - Quantenbewusstsein
• 01 Das Reich der Quanten und Elementarteilchen

Elektronen als stehende Wellen in Elektronenschalen

• Bohr und de Broglie

De Broglie gilt als einer der bedeutendsten Physiker des 20. Jahrhunderts, der für seine Entdeckung der Wellennatur des Elektrons (Welle-Teilchen-Dualismus) in seiner Dissertation 1929 den Nobelpreis für Physik erhielt.

• Schrödinger-Gleichung

Orbital-Modell

Doppelbindung beim Ethen - Seite mit Erklärungen usw.

Modul M - Maßgeschneiderte Materialein

Polyester

Wichtige Poylester sind ...

• PET =  Polyethylenterephthalat 

Die Monomere, aus denen PET hergestellt wird, sind Terephthalsäure (1,4-Benzoldicarbonsäure) und Ethylenglycol (1,2-Dihydroxyethan, Ethan-1,2-diol).

Flaschenstück, das erhitzt und wieder abgekühlt wurde. Dabei fand eine Kristallisation statt.

PET ist polar, wodurch starke zwischenmolekulare Kräfte vorhanden sind. Das Molekül ist zudem linear ohne Vernetzungen aufgebaut. Beides sind Voraussetzungen für teilkristalline Bereiche und Fasern. Durch diese Bereiche ergibt sich auch eine hohe Bruchfestigkeit und Formbeständigkeit bei einer Temperatur über 80 °C.

In der Lebensmittelindustrie wird PET bevorzugt eingesetzt. Es kann amorph verarbeitet werden und ist in dieser Form absolut farblos und von hoher Lichtdurchlässigkeit. Es wird für Lebensmittelverpackungen und Flaschen eingesetzt wie z. B. die PET-Flasche.

• PC =  Polycarbonat(e) 

Formal sind Polycarbonate alles Polyester der Kohlensäure. Hergestellt werden sie allerdings meist aus  Phosgen  und Diolen (also zweifach-Alkoholen). Die weitestverbreiteten Polycarbonate sind jene, welche Bisphenol A als Dihydroxykomponente und Phosgen verwenden.

Polycarbonate sind in der Regel amorph und weisen einen Kristallitanteil von weniger als 5 % auf. Sie zeichnen sich durch hohe Festigkeit, Schlagzähigkeit, Steifigkeit und Härte aus. Außerdem sind Polycarbonate gute Isolatoren gegen elektrischen Strom.

CD-Rohling aus Polycarbonat

Polycarbonat ist verhältnismäßig teuer. Es wird daher fast nur dort eingesetzt, wo andere Kunststoffe zu weich, zu zerbrechlich, zu kratzempfindlich, zu wenig formstabil oder nicht transparent genug sind. Darüber hinaus wird Polycarbonat als transparenter Kunststoff wie auch Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Styrol-Acrylnitril (SAN) häufig als Glas-Alternative eingesetzt. Im Vergleich zum spröden Glas ist Polycarbonat leichter und deutlich schlagfester.

Warum sind Kunststoffe transparent ?

Bei Kunststoffen mit kristallinen Bereichen wird das Licht an der Grenzfläche der einzelnen Kristallikristallinen Bereiche gebrochen. Das Licht wird gebrochen und dabei abgelenkt. Außerdem haben die zwischen den Kristallen liegenden amorphen Gebiete haben eine andere optische Dichte. Durch die vielfache Brechung des einfallenden Lichts wird das Material dann opak oder undurchsichtig.

Durchgehend amorphe Polymere hingegen sind optisch gleichförmig. Das Licht wird nur einmal bei Eintritt und einmal bei Austritt aus dem Material gebrochen.

Verstreckt man durchsichtige Kunststoffe so bilden sich meist kristalline Bereiche, die ja erwünscht sind, um die Stabilität zu erhöhen. Diesen Übergang vom amorphen zu teilkristallinen Verhalten kann man z.B. beobachten, denn beim Strecken erscheinen im Material weiße Schlieren.

Polyurethane

Polyurethane (Kurzzeichen PUR; im Sprachgebrauch auch PU) sind Kunststoffe, die aus der Polyadditionsreaktion von Dialkoholen (Diolen) beziehungsweise Polyolen mit Polyisocyanaten entstehen. Charakteristisch für Polyurethane ist die Urethan-Gruppe ($\mathrm{{-}NH{-}CO{-}O{-} \ }$).

1937 synthetisierte eine Forschergruppe um Otto Bayer in den Laboratorien der I.G. Farben in Leverkusen zum ersten Mal Polyurethane aus 1,4-Butandiol und Octan-1,8-diisocyanat und später aus Hexamethylendiisocyanat (Hexan-1,6-diisocyanat).

Hexamethylendiisocyanat.

Toxizität Isocyanate können Allergien auslösen und stehen im Verdacht, Krebs zu verursachen. Wenn Polyurethane ausreagiert sind und keine Monomere mehr enthalten, besitzen sie in der Regel keine gesundheitsschädlichen Eigenschaften.

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