Fachgruppe Chemie
Alles ist Chemie
So heißt es oft. Also kümmern sich Chemikerinnen und Chemiker um alles? Nun sagen wir, um Vieles. Was sie tun, erfahren die Schülerinnen und Schüler bereits in ihrem ersten Jahr am Johannes-Kepler-Gymnasium (JKG): Chemikerinnen und Chemiker untersuchen die Eigenschaften von Stoffen, also von den Materialien, aus dem die Dinge bestehen, die uns umgeben. Metalle zum Beispiel leiten gut den elektrischen Strom und die Wärme, Glas nicht. Eisen wird von Magneten angezogen, Aluminium nicht. Salz und Zucker lösen sich gut in Wasser, Kalk nicht. Wie kann man das herausfinden? Durch Ausprobieren, durch Experimente. Alles, was man wissen muss, um Experimente selbst erfolgreich und sicher durchzuführen, lernen die Schülerinnen und Schüler am JKG im Anfangsunterricht. Und wenn sie erst einmal die Eigenschaften von Stoffe kennen, dann können sie diese auch nutzen, etwa um Stoffe zu identifizieren oder um Gemische von Stoffen in die Bestandteile zu trennen.
Chemikerinnen und Chemiker stellen aber auch neue Stoffe mit neuen Eigenschaften her, nicht aus dem Nichts, sondern indem sie bestehende Stoffe umwandeln. Sie führen also chemische Reaktionen durch. Das tun unsere Schüler im Jahrgang 7 auch. Im Zentrum stehen zunächst Reaktionen von Stoffen mit Sauerstoff, also Verbrennungen. Dazu die Fragen: Welche Bedingungen fördern die Verbrennung? Wie kann man Brände löschen und weshalb?
Chemische Reaktionen lassen sich erklären, lassen sich planen. Werden zwei Stoffe miteinander reagieren? Welche Eigenschaften wird das Produkt haben? Wie viel des gewünschten neuen Stoffs kann man erwarten, wie viel der Ausgangstoffe muss man dafür zur Reaktion bringen? Die Antworten auf diese Fragen liefern Modellvorstellungen zum atomaren Aufbau der Materie. Die wenigsten Atome kommen isoliert vor. Fast alle tun sich mit weiteren Atomen zusammen. Diese Zusammenhänge erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Jahrgang 9. Mit dem Periodensystem der Elemente lernen sie nun auch die Formelschreibweise kennen, die von Chemikerinnen und Chemikern auf der ganzen Welt verstanden wird.
Die Vielfalt von Stoffen und chemischen Reaktionen lässt sich ordnen. Stoffe können z.B. unterteilt werden in Salze mit einer dreidimensionalen Abfolge von positiv und negativ geladenen Atomen, den Ionen, und in Molekülverbindungen, die wie das Wassermolekül H2O aus kleinen immer wieder gleichen Atomgruppen bestehen. Chemische Reaktionen können nach der Art der Teilchen klassifiziert werden, die zwischen den Reaktionspartnern ausgetauscht werden: Wasserstoff-Ionen bei Säure/Base-Reaktionen, wie sie ablaufen, wenn man ein Mittel gegen Sodbrennen einnimmt, um die Magensäure zu neutralisieren, oder Elektronen bei Redoxreaktionen, z.B. in der Lithium-Ionen-Batterie des Handys. Dies sind Themen der Jahrgänge 9 und 10.
Das Element Kohlenstoff ist der Star: Die Brennstoffe Kohle und Benzin, Erdgas und Diesel enthalten ihn genauso wie Kunststoffe und medizinische Wirkstoffe. Kohlenstoff ist der zentrale Bestandteil von Eiweißen, Fetten und Kohlenhydraten, also den Bausteinen des Lebens, ohne die es keine Pflanzen gäbe, keine Tiere und uns auch nicht. Kohlenstoff ist überall. In der 11.Klassen lernen die Schülerinnen und Schüler diese Vielfalt intensiv kennen.
Endlich Zeit für Chemie! In der Qualifikationsphase wird das Nebenfach Chemie zum Hauptfach, in G9 mit drei Wochenstunden auf grundlegendem Niveau und fünf auf erhöhtem Niveau. Alle bisher genannten Themen werden nun vertieft und miteinander verknüpft. Auch neue Sichtweisen und Erklärungsmodelle werden erarbeitet: Alle chemischen Reaktionen streben ein Gleichgewicht an, die einen schneller die anderen langsamer. Bei einer Reaktion liegt das Gleichgewicht klar zugunsten der gewünschten Produkte, bei einer anderen Reaktion auf Seiten der Ausgangsstoffe. Was kann man dann praktisch tun, um mehr Wunschprodukt zu bekommen? Und weshalb ist das eigentlich so? Die Natur strebt nach dem energieärmsten Zustand. Aber sie strebt auch nach einem Maximum von Unordnung. Bei einer chemischen Reaktion wird letztlich ein Kompromiss zwischen beiden Bestrebungen hergestellt. Neben diesen Grundlagen werden auch aktuelle Forschungsgebiete in den Blick genommen wie die Erforschung chemischer Energiespeicher zum Ausbau der Elektromobilität und die Entwicklung bioverträgliche Kunststoffe zur Eindämmung der Plastikeinträge in unsere Lebenswelt. Die Schülerinnen und Schüler erweitern ihr Wissen und wenden gezielt fachspezifische Methoden an wie das Experiment, mathematische Verfahren und die Arbeit mit Modellen. Der systematische Kompetenzaufbau, der in der Sekundarstufe I begann und in der Qualifikationsphase fortgeführt wird, befähigt die Schülerinnen und Schüler dazu, die zentral gestellten Aufgaben des Abiturs im Fach Chemie erfolgreich zu bearbeiten, wie die Ergebnisse der Abiturienten unserer Schule in jedem Jahr aufs Neue belegen.
Bildungsbeitrag des Faches Chemie
„Naturwissenschaftliche Grundbildung (Scientific Literacy) ist die Fähigkeit, naturwissenschaftliches Wissen anzuwenden, naturwissenschaftliche Fragen zu erkennen und aus Belegen Schlussfolgerungen zu ziehen, um Entscheidungen zu verstehen und zu treffen, welche die natürliche Welt und die durch menschliches Handeln an ihr vorgenommenen Veränderungen betreffen.” (OECD, 1999)
Der spezifische Beitrag des Faches Chemie zur naturwissenschaftlichen Grundbildung besteht im Wesentlichen in der experimentellen und gedanklichen Auseinandersetzung mit der stofflichen Welt. […] Experimente schulen fachspezifische Fertigkeiten und vermitteln verantwortungsbewussten Umgang mit Chemikalien und Gerätschaften aus Haushalt, Labor und Umwelt. Des Weiteren können Experimente in unterschiedlichen Kontexten zur Verknüpfung mit der Alltagswelt der Schülerinnen und Schüler […] herangezogen werden.
Eine Besonderheit des Faches Chemie ist der Wechsel zwischen Stoff- und Teilchenebene. Das daraus resultierende Modelldenken nimmt eine zentrale Rolle ein […].
Mit dem Erwerb spezifischer Kompetenzen wird im Unterricht des Faches Chemie der Bezug zu naturwissenschaftlich-technischen Berufsfeldern hergestellt. […] Der Chemieunterricht leistet somit auch einen Beitrag zur Berufsorientierung, ggf. zur Entscheidung für einen Beruf.
Das Fach Chemie thematisiert ökonomische, ökologische und politische Phänomene und Probleme der nachhaltigen Entwicklung. Es trägt dazu bei, wechselseitige Abhängigkeiten zu erkennen und Wertmaßstäbe für eigenes Handeln sowie ein Verständnis für gesellschaftliche Entscheidungen zu entwickeln. Einen Schwerpunkt bildet dabei der Bereich Mobilität durch die Betrachtung von Energiebilanzen und alternativen Rohstoffen. Das Konzept der Nachhaltigkeit im Sinne eines ressourcenschonenden und Folgeschäden minimierenden Umgangs mit der Umwelt ist zentrales Kriterium für die kritische Betrachtung gesellschaftlichen Handelns.
Das Fach Chemie leistet einen Beitrag zur Medienbildung. […] In der Auseinandersetzung mit digitalen Medien eröffnen sich den Schülerinnen und Schülern erweiterte Möglichkeiten der Wahrnehmung, des Verstehens und Gestaltens. Das Fach Chemie profitiert insbesondere durch räumliche Darstellungsmöglichkeiten komplexer molekularer Strukturen und von Simulationsmodellen.
Die Informationsbeschaffung und -auswertung, die altersgerechte Darstellung und Präsentation und der kritische Umgang mit Medien unterstützen die individuelle und aktive Wissensaneignung und fördern selbstgesteuertes, kooperatives und kreatives Lernen.
Anhand der erworbenen chemiespezifischen Kenntnisse, Fähigkeiten und Fertigkeiten erkennen die Schülerinnen und Schüler die Bedeutung der Wissenschaft Chemie. Auf dieser Basis sind sie in der Lage, Entscheidungen zu treffen, Urteile zu fällen und verantwortungsbewusst zu handeln. Inhalte des Chemieunterrichts unterstützen die Schülerinnen und Schüler in ihrer Entwicklung zu mündigen Verbrauchern, die ihr Konsum- und Ernährungsverhalten reflektieren und ihren Umgang mit Ressourcen verantwortungsvoll wahrnehmen. […]
(Quelle: Kerncurriculum für das Gymnasium – gymnasiale Oberstufe, die Gesamtschule – gymnasiale Oberstufe, das Berufliche Gymnasium, das Abendgymnasium, das Kolleg, Hannover 2017)
Marco Boeck
Dr. Eckart Desecke
Claudia Hofmann
Sebastian Mros
Referendar: Tobias Dombert