Chemie, 13. Klasse

Einleitung

Auch in Klasse 13 wirst du dich weiter mit komplexen Themen auseinandersetzen. Du wirst lernen, was Stoffe farbig macht und auch wie Stoffe ihre Farbe ändern können. Unter diesen farbigen Substanzen befinden sich auch viele Komplexe, diese wirst du als neue Stoffklasse kennenlernen. Auch mit dem Massenwirkungsgesetz wirst du weiter arbeiten, doch diesmal wirst du damit bestimmen, wie viel Salz sich in einem Lösungsmittel lösen lässt. Beim Verständnis all dieser neuen Themen helfen dir die Modelle weiter.

Da es Lehrern häufig freigestellt ist, wie sie den Oberstufenunterricht gestalten, können dir auch hier Themen begegnen, die wir zunächst Klasse 11 und Klasse 12 zugeordnet haben.

Farben, Indikatoren

Zusammen mit deinen physikalischen Kenntnissen über Licht und Energie lernst du in diesem Themenbereich, die Entstehung von Farbigkeit zu erklären. Was ist Farbigkeit, welche Moleküle und funktionellen Gruppen sind dafür verantwortlich und was sind die Unterschiede zwischen Farbpartikeln, Lacken und Flüssigkristallen in OLED-Displays? Du wirst verschiedene Farbstoffklassen kennenlernen, die uns alle umgeben, und wirst letztlich sogar in der Lage sein, eine farbliche Veränderung eines Farbstoffs anhand seiner chemischen Reaktion vorherzusagen.

Eine bereits bekannte Anwendung sind Indikatoren, die chemische Veränderungen, wie zum Beispiel den pH-Wert, anzeigen. Somit kannst du dein voriges mit dem neu erlangten Wissen verknüpfen und Experimente aus einem viel komplexeren Blickwinkel betrachten.

Komplexe

Auch die Komplexe wirst du in der Oberstufe kennenlernen. Komplexe sind eine den Salzen ähnliche Stoffklasse. Treffenderweise sind diese komplexer aufgebaut als die Salze, denn zusätzlich zu den Ionen enthalten Komplexe meist auch noch ungeladene Moleküle, die sogenannten Liganden. Diese Liganden sind symmetrisch um das Kation angeordnet. Das Kation wird bei den Komplexen als Zentralteilchen bezeichnet und kann durchaus auch ein elementares Metall sein, also ein einzelnes Metallatom ohne Ladung. Man sagt, die Liganden sind an das Zentralteilchen koordiniert, denn die Bindung zwischen Liganden und Zentralteilchen sind weder rein ionisch noch kovalent. Das Anion des Komplexes kann ebenfalls so komplex aufgebaut sein, also aus einem Metall und anionischen Molekülen bestehen.

Löslichkeitsprodukt

Auch mit dem Massenwirkungsgesetz wirst du dich in Klasse 13 weiter beschäftigen. Du wirst damit bestimmen, wie viel eines Salzes sich in einer bestimmten Menge Lösungsmittel lösen lässt. Das Löslichkeitsprodukt $K_L$ ist das Gleichgewicht zwischen einer gesättigten Lösung und dem festen Bodensatz der Lösung. Das Löslichkeitsprodukt wird meist für Standardbedingungen für einen zu lösenden Stoff angegeben. Für jedes Lösungsmittel gibt es eigene Tabellen zur Löslichkeit. In der Schule beschränkt man sich aber zumeist auf Wasser als Lösungsmittel. Da das Löslichkeitsprodukt angibt, wie viel des Salzes sich maximal im Lösungsmittel lösen lässt, geht man immer von einer gesättigten Lösung mit Bodensatz aus. Daher ist die Stoffkonzentration des gelösten Salzes als konstant anzusehen. Dadurch vereinfacht sich das Massenwirkungsgesetz zu:

$K=\dfrac{[A^+]\cdot [B^-]}{[AB]}\text{ wird zu } K_L=[A^+]\cdot [B^-]$.

Modelle

Auch Modelle sind im Unterricht der Oberstufe allein schon für die Verbildlichung komplizierter Sachverhalte unentbehrlich. Daher wirst du gleich mehrere kennenlernen. Modelle stellen ein Abbild der Wirklichkeit dar und vereinfachen dieses so weit, dass es jeder Schüler verstehen kann. In der Chemie wird beispielsweise gleich zu Beginn das Atom vorgestellt, als kugelförmiges Element. Je mehr du dich im Laufe der Schuljahre damit beschäftigst, desto detaillierter und komplexer lernst du das Atom kennen. Genauso verlief auch die geschichtliche Entwicklung. Etwa 400 v. Chr. nahm man an, Stoffe bestehen aus verschiedenen unteilbaren Teilchen (Demokrit). Anschließend wurde diese Ansicht durch wissenschaftliche Forschung immer weiter verfeinert. Man entdeckte Ladungen, die von Elektronen und Protonen getragen werden (Thompson, 1903), und deren Massenverhältnisse (Rutherford, 1913). Man benannte mit dem Orbitalmodell Räume und Energien der Elektronen (Schrödinger, 1928) und konnte mit dem technischen Fortschritt immer genauere Berechnungen anstellen. Letztlich kreierten Forscher verschiedene Modelle, je nach betrachtetem Sachverhalt. Mit dem recht modernen VSEPR- oder EPA-Modell (valence shell electron pair repulsion bzw. Elektronenpaarabstoßungs-Modell) werden beispielsweise Geometrien zwischen Elektronenorbitalen veranschaulicht. Mit der MO-Theorie (Molekülorbital-Theorie) können dagegen Berechnungen von Elektronenenergien und Bindungsordnungen genauer betrachtet werden. Ein wieder anderes Modell, die VB-Theorie (valence bond-Theorie), umschreibt am besten das Verhalten einzelner Elektronen in Atomen und kleinen Molekülen. Zusammenfassend entscheidet also stets der zu betrachtende Sachverhalt, welches Modell sich am besten eignet, da jede einzelne Betrachtungsweise ihre Vorteile hat, keine jedoch vollkommen exakt ist.