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Chemie S II Stoff, Formel, Umwelt
Chemie S II
Stoff, Formel, Umwelt




Michael Tausch (Hrsg.), Magdalene Wachtendonk, Horst Deissenberger, Hans-Rainer Porth, Rudolf Georg Weissenhorn

CCBuchner
EAN: 9783766164537 (ISBN: 3-7661-6453-8)
436 Seiten, hardcover, 20 x 25cm, 2005, 2. Auflage

EUR 34,60
alle Angaben ohne Gewähr

Rezension
Chemie S II Stoff – Formel – Umwelt ist ein Lehrbuch für die gesamte Oberstufe (Klasse 11 – 13) sowohl für Grund- als auch für Leistungskurse.
Besonderer Wert wurde auf eine phänomenorientierte Darstellung in sachlogischen Zusammenhängen gelegt. Dementsprechend werden die einzelnen Themenfelder wie z.B. Kinetik und Energetik nicht blockartig abgehandelt, sondern sind in verschiedenen Kapiteln integriert (Hinweis LHB S. 286). Erkenntnisse werden soweit wie möglich aus den Versuchen zu Beginn eines Kapitels mit Hilfe von Fragen zur Auswertung erarbeitet. Der Darstellende Teil eignet sich gut zum Nachlesen des Stoffes und ist bietet eine gute Grundlage zur Vorbereitung auf Klausuren. Positiv zu bewerten ist die Berücksichtigung spezieller Aspekte besonders in den EVA-Teilen. So wird z.B. in Kap. 7.3 auf S. 179 auf das auffällig niedrige Standart-Elektronen-Potential von Lithium eingegangen und erläutert. Die zahlreichen Aufgaben zu den jeweiligen Kapiteln eigenen sich in besonderer Weise den Stoff zu festigen, vertiefen und erweitern. Zahlreiche Bezüge zu Alltag und Technik unterstreichen den praktischen Gebrauchswert chemischer Erkenntnisse. Das Layout des Buches hätte an einigen Stellen etwas übersichtlicher gestaltet werden können.

Björn Hillen, lehrerbibliothek.de
Verlagsinfo
Stoff - Formel - Umwelt S II ist die Fortführung des gleichnamigen Unterrichtswerks für die Sekundarstufe I (siehe Seiten 24/25). Der Titel des Bandes lässt sich programmatisch verstehen:
Ausgehend von den an Stoffen beobachtbaren Phänomenen (Versuche), gelangt man zu theoretischen Ergebnissen, die unter dem Begriff Formel zusammengefasst werden können. Für den Beitrag der Chemie zum Verständnis der stofflichen Zusammenhänge in der Symbiose Natur-Mensch-Technik steht das Stichwort Umwelt.
Wo immer es sich anbietet, werden die experimentellen Fakten in Form von Schülerversuchen oder in grafisch abgegrenzten Praktika erarbeitet. Die zentralen, zu wichtigen Begriffen und Gesetzen hinführenden Versuche sind mit Orientierungsfragen versehen, die eine Auswertung durch die Lernenden erleichtern.

In den ebenfalls grafisch gekennzeichneten EVA -Teilen (Erweiterung-Vertiefung-Anwendung) werden zusätzliche experimentelle Methoden behandelt, vertiefende theoretische Betrachtungen angestellt sowie technisch, biologisch und ökologisch relevante Anwendungen besprochen. Die EVA -Teile können je nach Vorliebe und verfügbarer Unterrichtszeit bearbeitet werden; sie sind aber für das Verständnis der nachfolgenden Grundinhalte nicht notwendig.
Inhaltsverzeichnis Stoff - Formel - Umwelt S II:
Organische Chemie I
1. Der Weg zur Formel einer organischen Verbindung
2. Homologe Reihen organischer Verbindungen
Chemische Gleichgewichte
3. Verlauf chemischer Reaktionen
4. Gleichgewichtsreaktionen
5. Anwendung des Massenwirkungsgesetzes
Elektrochemie
6. Allgemeine Grundlagen der Elektrochemie
7. Elektrochemische Spannungsreihe
8. Elektrochemie in Technik und Alltag
Organische Chemie II
9. Reaktionen organischer Verbindungen
10. Aromaten
11. Farbstoffe
12. Komplexverbindungen - Waschmittel
13. Kunststoffe
14. Anorganische Werkstoffe
15. Kernchemie
16. Chemie und Umwelt
Anhang: Das Orbital-Modell

Vorwort
Das Lehrbuch STOFF-FORMEL-UMWELT (SFU) umfaßt sämtliche Inhalte für Grund- und Leistungskurse in der Sekundarstufe II.
Die Grundsätze der didaktisch-methodischen Konzeption lauten:
• Der methodische Weg führt "vom Phänomen zur Theorie" oder "vom Stoff zur Formel".
• Häufig beginnen neue Lernabschnitte mit einem experimentellen Praktikum, das auch Auswertungsfragen enthält; sie ebnen den Weg von den Beobachtungen zu den neuen Erkenntnissen.
• Neue Begriffe, Modelle etc. werden erst dann eingeführt, wenn das gesammelte Faktenmaterial dies erfordert.
• Besondere Berücksichtigung finden Bezüge zum Alltag, zur Technik und zur Umwelt; in den ersten Teilen des Buches sind sie in die entsprechenden Themen integriert, im letzten Teil werden sie auch in eigenen Kapiteln behandelt.
• In graphisch abgegrenzten EVA-Teilen (Erweiterung-Vertiefung-Anwendung) werden zusätzliche experimentelle Methoden, vertiefende theoretische Betrachtungen und technisch, biologisch und ökologisch relevante Aspekte behandelt. Diese Teile können je nach Intention und verfügbarer Zeit unterrichtet werden. Wird auf einen EVA-Teil verzichtet, so wird das Verständnis der folgenden Grundinhalte dadurch nicht beeinträchtigt.
• Gefahrstoffverordnung und Sicherheitsbestimmungen für den Chemieunterricht werden in vollem Umfang berücksichtigt.
SFU ist ein Arbeitsbuch, in dem Schülerversuche einen hohen Stellenwert haben. Es eignet sich gleichermaßen auch für die selbständige Erarbeitung des Lernstoffes.
Die ersten Teile "Organische Chemie I, Chemische Gleichgewichte", "Elektrochemie" und "Organische Chemie II" gehören zu den Pflichtinhalten im Unterricht und sind aufeinander aufgebaut. Bei den nachfolgenden Kapiteln über "Angewandte Chemie" handelt es sich um ein erweitertes Auswahl-Angebot; die einzelnen Themen können unabhängig voneinander eingesetzt werden.
Biologisch wichtige Stoffklassen werden nach der chemischen Fachsystematik in die jeweiligen Stoff- und Reaktionsklassen integriert; dadurch soll ihr Verständnis erleichtert werden.
Die Behandlung der "Organischen Chemie" wird mitbestimmt vom eingeführten Atom- und Bindungsmodell. Der Grundlehrgang in diesem Buch baut nicht auf dem Orbital-Modell auf. Dieses wird nur bei vertiefenden Erklärungen in einigen EVA-Teilen eingesetzt. Die Grundlagen dazu werden im Anhang erläutert. Damit bleibt freigestellt, ob und zu welchem Zeitpunkt das Orbital- Modell im Unterricht behandelt wird.
Inhaltsverzeichnis
ORGANISCHE CHEMIE I

1. Der Weg zur Formel einer organischen Verbindung 1
1.1. Qualitative Elementaranalyse 2
Praktikum: Nachweis der Elemente 2
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Nachweis von Spurenelementen – von der Flammenfärbung zur Atomabsorptionsspektroskopie 5
1.2. Quantitative Elememtaranalyse und die Er,ittlung der Atomzahlverhältnisformel 8
Praktikum: Bestimmung des Kohlenstoff-Gehalts von Ethanol 8
1.2.1. Elementaranalyse von Ethanol 8
Praktikum: Bestimmung der Anzahl der Kohlenstoff-Atome im Butan-Molekül 11
1.2.2. Elementaranalyse eines gasförmigen Kohlenwasserstoffs 12
1.3. Von der Atomzahlenverhältnisformel zur Summenformel – die Bestimmung der molaren Massen 14
Praktikum: Bestimmung der molaren Massen durch Dampfdichtemessungen nach MALEWSKI 14
1.3.1. Bestimmung der molaren Masse unzersetzt verdampfbarer Flüssigkeiten 14
Praktikum: Gefriertemperaturerniedrigung und Siedetemperaturerhöhung 16
1.3.2. Bestimmung der molaren Masse durch Messung der Gefriertemperaturerniedrigung von Lösungen 16
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Massenspektrometrie 19
1.4. Isomerie und Strukturformel 20
Praktikum: Reaktionen mit Ethanol 20
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Gaschromatographie und Isomere des Butans 22
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: IR-Spektroskopie (Infrarot-Spektroskopie) 24
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Kernmagnetische Resonanz der NMR-Spektroskopie (nuclear magnstic resonance) 26

2. Homologe Reihe organischer Verbindungen 28
2.1 Alkane 29
Praktikum: Eigenschaften von Alkanen29
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Alkane aus Kohle 35
2.2 Alkene 38
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Alkene aus Kohle 41
2.3 Alkohole (Alkanole) 45
Praktikum: Eigenschaften von Alkoholen 45
2.4 Aldehyde und Ketone 49
2.5 Kohlenhydrate 52
Praktikum: Eigenschaften con Kohlehydraten 52
2.6 Carbonsäuren (Alkansäuren) 56
Praktikum: Eigenschaften von Carbonsäuren 56
2.7 Ester 59
Praktikum: Herstellung und Eigenschaften von Estern 59
2.8 Fette und Öle 61
Praktikum: Eigenschaften von Fetten und Öle 61

CHEMISCHE GLEICHGEWICHTE 64

3. Verlauf chemischer Reaktionen 65
3.1. Reaktionsgeschwindigkeit 65
Praktikum: Geschwindigkeitsbestimmung durch Amperometrie 69
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Photometrie – ein modernes Verfahren zur Bestimmung der reaktionsgeschwindigkeit 70
3.2. Beeinflussung der Reaktionsgeschindigkeit 72
Praktikum: Der Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit 75
3.3. Reaktionsenergie 78
Praktikum: Bestimmung der Neutralisationswärme 78
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Über Triebkraft, Unordnung und Dämonen 80
3.4. Aktivierungsenergie und Reaktionsgeschwindigkeit 83
3.5. Katalyse und Reaktionsgeschwindigkeit 86
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Der Abgaskatalysator 89

4. Gleichgewichtsreaktionen 90
4.1. Umkehrbare Reaktionen und chemisches Gleichgewicht 90
Praktikum: Hin- und Rückreaktionen 90
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Modellversuch und Modellrechnungen zum dynamischen Gleichgewicht 93
4.2. Das Massenwirkungsgesetz MWG und die Gleichgewichtskonstante K 94
Praktikum: Chemisches Gleichgewicht bei der Veresterung und bei der Esterhydrolyse 95
4.3. Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten K 99
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Mathematischer Zusammenhang zwischen K und T 101
4.4. Beeinflussung von Gleichgewichten 102
Praktikum: Einfluss der Edukt-Konzentration auf die Lage des chemischen Gleichgewichts 102
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Reaktionen in Systemen weitab vom chemischen Gleichgewicht 106

5. Anwendung des Massenwirkungsgesetzes 109
5.1. Anwendung des MWG in der chemischen Großindustrie – die Ammoniaksynthese 109
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Schwefelsäureherstellung 115
Praktikum: Chemisches Gleichgewicht bei Fällungsreaktionen 116
5.2. Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf Fällungsreaktionen 117
5.3. Säure-Base-Gleichgewichte in der wässrigen Lösung 120
5.3.1. Konjugierte Säure-Base-Paare im chemischen Gleichgewicht 120
Praktikum: Konjugierte Säure-Base-Paare 121
5.3.2. Autoprotolyse des Wassers und ph-Werts 123
5.3.3. Stärke von Säuren und Basen 127
Praktikum: ph-Werte und Reaktivität wässriger Säure- und Base-Lösungen gleicher Konzentration 127
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: ph-Wert mittelstarker Säuren – der Protolysegrad a 132
5.3.4. Säure-Base-Puffer 133
Praktikum: ph-Empfindlichkeit von Lösungen 133
5.3.5. Säure-Base-Indikatoren 137
Praktikum: Umschlagbereiche und Farben verschiedener Indikatoren 137
5.3.6. Säure-Base-Titrationen 139
Praktikum: Titration von Salzsäure mit Natronlauge 139
Praktikum: Weitere Titrationen 142
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Titrationskurven bei schwachen Säuren und zweiprotonogen Säuren 144

ELEKTROCHEMIE 148

6. Allgemeine Grundlagen der Elektrochemie 148
6.1. Elektronenübertragung als Donator-Akzeptor-Reaktionen 148
6.2. Die Oxidationszahl 152
Praktikum: Nachweisreaktionen 154
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Redoxtitrationen 156
6.3. Elektrische Leitfähigkeit von wässrigen Lösungen 159
Praktikum: Konduktometrische Titration 162
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Bestimmung des Ionenprodukts des Wassers aus Leitfähigkeitsmessungen 165
6.4. Elektrolyse und FARADAY-Gesetze 166

7. Elektrochemische Spannungsreihe 169
7.1. Die Redoxreihe der Metalle 169
Praktikum: Versuche zur Redoxreihe der Metalle 170
7.2. Galvanische Zellen – das Daniell-Element 172
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Das Volta-Element, eine historische Spannungsquelle 175
7.3. Spannungsreihe der Metalle – die quantitative Redoxreihe 176
Praktikum: Spannungsreihe der Metalle 179
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Lithium hat das kleinste Standart-Elektroden-Potential 179
7.4. Erweiterung der Spannungsreihe 180
Praktikum: Spannungsreihe der Halogene 180
7.5. Die Konzentrationsabhängigkeit der Elektroden-Potentiale 183
Praktikum: Konzentrationsketten 184
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Elektrodenpotentiale und Gleichgewicht 187
7.6. Anwendung der NERNST-Gleichung 189
Praktikum: Bestimmung sehr geringer Metall-Ionen-Konzentrationen – die Löslichkeitsprodukte der Silber-Halogenide 190
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: pH-Abhängigkeit von Redoxpotentialen 191

8. Elektrochemie in Technik und Alltag 192
8.1. Elektochemische Stromquellen 192
8.1.1. Batterien: das Leclanché-Element, eine Trockenbatterie 192
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: „Super-„, „Alkaline-„ und Knopfzellen 194
8.1.2. Akkumulatoren – der Bleiakkumulator 195
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Nickel-Cadmium und Nickel-Eisen-Akkumulatoren 198
8.1.3. Brennstoffzellen 199
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Solar-Wasserstoff und Wasserstofftechnologie 201
8.2. Technische wichtige Elektrolysen 204
8.2.1. Chlor-Alkali-Elektrolyse 204
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Wie misst man Zersetzungsspannungen und Überpotentiale? 208
8.2.2. Schmelzfluss – Elektrolyse zur Herstellung von Aluminium 209
Praktikum: Elektrisches Oxidieren von Aluminium – das Eloxal-Verfahren 212
8.2.3. Elektrolytische Kupfer – Raffination 213
Praktikum: Lokalelemente 214
8.3. Korrosion und Korrosionsschutz 215
8.3.1. Korrosionsvorgänge 215
8.3.2. Korrosionsschutzmaßnahmen 217
Praktikum: Reinigen von Silberbesteck 218

ORGANISCHE CHEMIE II

9. Reaktionen organischer Verbindungen 220
9.1. Alkane und radikalische Substitution 220
Praktikum: Bromierung von Alkanen 220
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Das Ozonloch 220
9.2. Alkene – elektrophile Addition – Isomerisierungen 229
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Cis-trans Isomerisierung und Erklärung mit Hilfe des Orbital-Modells 233
9.3. Halogenalkane und nucleophile Substitution 237
Praktikum: Alkohole aus Halogenalkanen 237
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: SN1- und SN2-Reaktionen 242
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Stereochemie bei SN1- und SN2-Reaktionen und Erklärung mit dem Orbital-Modell 244
9.4. Alkohole und Eliminierungsreaktionen 246
Praktikum: Dehydratisierung von 2-Methyl-2-propanol 246
9.5. Carbonyl-Verbindungen und Redoyreaktionen 249
9.6. Nucleophile Addition an Carbonylverbindungen 252
Praktikum: Hydrate und Acetate 252
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Optische Aktivität und Polarimetrie 255
9.7. Carbonsäuren und Protolysen 259
Praktikum: Säurestärke von Carbonsäuren 259
9.8. Aminosäuren 263
Praktikum: pH-abhängige Löslichkeit und Titrationskurve von Glycin 263
9.9. Veresterung und Esterspaltung 267
Praktikum: Alkalische Esterspaltung 267
9.10. Peptide und Proteine (Eiweißstoffe) 270

10. Aromaten 274
10.1. Benzol 275
10.1.1. Die Struktur des benzol-Moleküls 275
10.1.2. Mechanismus der elektrophielen Substitution am Benzol-Molekül 277
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: MO-Modell und Aromatizität 279
10.2. Toluol-Substitution am Kern oder in der Seitenkette 281
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Technisch wichtige elektrophile Substitutionen 283
10.3. Phenol, eine aromatische Hydroxy-Verbindung 285
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Polyphenole und Heterocyclen 288
10.4. Aromatische Carbonsäuren 290
Praktikum: Benzoesäure, Salicylsäure und Asperin 290
10.5. Der Einfluss des Substituenten auf die Zweitsubstitution 292
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Phenolphtalein und Fluoreszein 293

ANGEWANDTE CHEMIE

11. Farbstoffe 297
Praktikum: Fluorezens und Phosphoreszens 297
11.1. Lichtemission und Lichtabsorption 298
11.2. Struktur und Farbe 303
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Solvatochromie 304
11.3. Einige Farbstoffklassen 306
Praktikum: Synthese eines Azofarbstoffes 306
Praktikum: Trennung von Lebensmittelfarbstoffen 310
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Farbphotographie 311
11.4. Färbeverfahren 313
Praktikum: Färben von Textilien 314

12. Komplexverbindungen – Waschmittel 316
12.1. Verbindungen erster und höherer Ordnung 316
Praktikum: Salze, Hydrate und Komplexe 316
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Komplex-Strukturen und Isomerie 321
12.2. Komplexbindung-Reaktionen 323
Praktikum: Donator – Akzeptor – Reaktionen bei Komplexen 323
12.3. Stabilität von Komplexen 326
Praktikum: Ligandentausch-Reaktionen 326
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Komplex-Chemie – eine Nahtstelle zwischen chemischen Arbeitsgebieten 329
12.4. Komplexe in Waschmitteln 332
Praktikum: Bestandteile eines Vollwaschmittels 332

13. Kunststoffe 337
13.1. Struktur und Eigenschaften 337
Praktikum: Untersuchung von Kunststoffen 337
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Molekülmassenbestimmung von Makromolekülen 340
13.2. Synthese von Polymeren 342
13.3. Verarbeitung von Kunststoffen 349
13.4. Wiederverwertung von Kunststoff-Abfall 349

14. Anorganische Werkstoffe 353
14.1. Eisen und Stahl 353
14.2. Silicium und Silicate 357
14.2.1. Herstellung und Eigenschaften von Silicium 357
14.2.2. Siliciumdioxid und Silicate 364
Praktikum: Gläser und Zeolithe 365

15. Kernchemie 368
15.1. Natürliche Radioaktivität 368
15.1.1. Entdeckung und Grunderscheinungen der Radioaktivität 368
15.1.2. Wirkung und Nachweis von Radioaktivität 369
15.1.3. Die Kernumwandlung als Ursache der Radioaktivität 370
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Zerfallsgesetze und Zerfallsreihen 372
15.2. Künstliche Kernumwandlung und Kernreaktoren 374
15.2.1. Entdeckung der künstlichen Kernumwandlung 374
15.2.2. Kernspaltung 375
15.2.3. Kettenreaktion bei Uran und Kernreaktoren 377
15.2.4. Versorgung von Kernreaktoren mit Brennstoff und Entsorgung 378
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Kernfusion 380
15.3. Radionuklide in der Analytik 381
15.4. Biologische Strahlenwirkung und Strahlenschutz 382

16. Chemie und Umwelt 384
16.1. Umweltbereich Luft 385
16.1.1. Luftschadstoffe 385
Praktikum: Analytik der Luftschadstoffe 385
16.1.2. Saure Niederschläge 387
Praktikum: Versuche zum sauren Regen 387
16.1.3. Smog 389
16.1.4. Treibhauseffekt 390
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Maßnahmen zur Verminderung und Beseitigung der Luftschadstoffe 392
16.2. Umweltbereich Wasser 396
Praktikum: Analytik von Schadstoffen im Wasser 397
16.2.1. Schadstoffe im Wasser und ihre Auswirkungen 398
16.2.2. Techniken zur Schadstoffbeseitigung und –vermeidung 401
16.3. Umweltbereich Boden 404
16.3.1. Aufbau des Bodens 404
Praktikum: Bodenuntersuchungen 405
16.3.2. Belastung des Bodens – Auswirkung und Reduktion der Belastung 405
Erweiterung, Vertiefung, Anwendung: Wir und unsere Umwelt 407

Das Orbitalmodell 410
Ergebnisse der Rechenaufgaben 416
Tabellen 417
pKs – pKb- Werte 418
Isomerie-Übersicht 419
Grundkonstanten 420
PSE 421
Chemikalien zu den Versuchen 422
R-Sätze 424
S-Sätze 424
Entsorgungsempfehlungen 427
Stichwortverzeichnis 428
Weitere Titel aus der Reihe Chemie S II