Chemie im Grundkurs 13 (3 Stunden pro Woche)

 

1.    Halbjahr

 

Farbmittel, Farbstoffe und Pigmente

 

 

 

Farbwahrnehmung und Entstehung von Farbigkeit,

biologische, physikalische und chemische Grundlagen

Sehvorgang, Atombau, Emission , Absorption, Flammenfärbung,

Fluoreszenz, Bio- und Chemolumineszenz, Phosphoreszenz,

Tageslichtfarben,

Grundzustand, angeregte Zustände,

additive Farbmischung, farbige Verbindungen von Nebengruppen-Elementen: Edelsteine, Cu-, Mn-, Cr-, Fe-Minerale

additive und substraktive Farbmischung,

Farben im Alltag, Knicklicht, Glühwürmchen

 

Betrachtung von Struktur-Eigenschafts-Relationen von organischen Verbindungen

Aliphatische und aromatische Verbindungen,

Sigma- und Pi-Bindungen,

konjugierte Doppelbindungen,

Mesomerie,

Farbstoffmodell nach Witt,: chromogen, chromophor, auxo- und antiauxochrome Gruppen, hypsochrome und bathochrome Farbverschiebung,

Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Wellenlänge des absorbierten Lichts

 

Wechselwirkung zwischen Farbstoff und Trägersubstanz

 

Naturfarbmittel (Indigo, Krapp, Kermes),

Farbstoffklassen,

Azo-Farbstoffe, Carbonyl-Farbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe

Azo-Gruppe, Diazotierung, Azo-Kupplung,

Reaktionsmechanismen, SE, SN, Indigosynthese, Leukoindigo,

Küpenfarbstoffe,

Phenolphthaleinsynthese, pH-Abhängigkeit,

Experimente zu Herstellung und Eigenschaften ausgewählter Farbstoffe

Untersuchung von Löslichkeitseigenschaften

historische Farben und Färbeverfahren,

Farben in Kultur, Religion und im täglichen Leben

 

Säure-Base-Indikatoren

pH-Abhängigkeit ausgewählter Farbstoffe,

Experimente zur pH-Abhängigkeit und Löslichkeit

pH-abhängige Farbstoffe im Haushalt

 

Färbeverfahren

Direktfärben, Küpenfärben, Beizenfärbung,

Struktur von Faserstoffen, Baumwolle, Wolle, Seide, synthetische Fasern,

Helix- und Faltblattmodelle

Experimente zu Farbtechniken

Färbeverfahren früher und heute, Pflanzenfarbstoffe aus Süddeutschland (Waid, Türkischrot, Purpur),

 

Lebensmittelfarbstoffe

Zugelassene Lebensmittelfarbstoffe mit E-Nr.,

Pro und Contra zum Einsatz,

Gewinnung, Struktur, Verwendung von Lebensmittelfarbstoffen,

Gewinnung von Lebensmittelfarbstoffen,

Chromatographien als geeignete Analyseverfahren,

Chromatographien ausgewählter Lebensmittelfarbstoffe und Gemische

 

Angewandte Chemie

Chlorophyll und Häm als komplexe Naturfarbstoffe

Experimente, z. B. Trennen von Blattfarbstoffen

 

 

2.    Halbjahr

 

Koordinationsverbindungen - Komplexchemie

 

 

Überblick über salzartige Stoffe, Molekülsubstanzen, Metalle

Salzartige Stoffe, Ionenkristall, Vorgänge beim Lösen und Schmelzen, elektrische Leitfähigkeit,

Molekülsubstanzen, Molekülgitter, zwischenmolekulare Kräfte,

Metalle, Metallgitter, Eigenschaften, Orbitalbesetzungen,

Ableiten stabiler Oxidationszahlen aus Atombau

Experimente zu Löslichkeit, Schmelzen, Leitfähigkeiten

Wichtige Salze, Molekülkristalle, z. B. Zucker, Eis und Metalle und deren Verwendung im Alltag und in der Industrie bzw. Landwirtschaft

 

Einführung in die Komplexchemie, Änderung von Eigenschaften durch Komplexbildung

besondere Eigenschaften von Komplexverbindungen: Ausfallen charakteristischer Reaktionen von Metall-Ionen (z. B. Fällungsreaktionen), Verbesserung bzw. Verschlechterung der Löslichkeit,

Änderung der Leitfähigkeit

Experimente zur Komplexbildung und zum Ligandenaustausch, Maskierungen, Chelatbildungen

 

Aufbau und Struktur von Komplexverbindungen, Nomenklaturen

Aufbau von Komplexen,

einzähnige und mehrzähnige Liganden,

Koordinationspolyeder,

Bindung in Komplexen,

Nomenklatur von Kation- und Anionkomplexen

Modell eines Koordinations­polyeders, Kristalle von komplexen Salzen, Experimente zum Ligandenaustausch

 

Stabilitätskonstanten

Komplexbildungsreaktionen, Ligandenaustauschreaktionen,

„Edelgasregel“ als Modell zur Erklärung,

Bildung von Chelat-Kompexen,

Modell von Sidgwick, Pauling-Theorie (VB),

experimentelle Bestimmung von Stabilitätskonstanten (exemplarisch),

paramagnetisches und diamagnetisches Verhalten

 

Nachweisreaktionen, qualitative und quantitative Analyse

Qualitative Analyse unter Bildung typischer Farbkomplexe,

„Maskierung“ störender Ionen,

quantitative Analyse mittels Chelatbildung,

Komplexbildungsreaktionen bzw. Ligandenaustauschreaktionen

Experimenteller Nachweis von Ni2+, Cu2+, Zn2+, Fe3+, Fe2+, Co2+,NO3-,

Modelle zu Chelat-Komplexen

Wasser- und Abwasseranalytik, Umweltschutz

 

Anwendungen und Bedeutung

Aufschluss von Bauxit,

Cyanidlaugerei, andere Verfahren zur Erzaufbereitung, z. B. Flotationen,

Hämoglobin, Chlorophyll und andere natürliche Komplexe,

Einbeziehung technischer Verfahren,

Trennung von Blattfarbstoffen und Identifizierung Proteinkomplexe, z. B. Enzyme, Wasserhärte,

Vergleich der komplexometrische Titration mit der Säure-Base-Titration, Farbindikatoren

Experimente zu Löslichkeiten,

Modelle bzw. Strukturen von Hämoglobin und Chlorophyll

Modelle zu technischen Verfahren, Papierchromatografie zur Trennung von Blattfarbstoffen, Fluoreszenz von Chlorophyll, Modelle zur Enzymwirkung, Bestimmung der Wasserhärte, komlexometrische Titration, ; Nachweis von Al3+ in Antitranspiranzien

weitere Anwendungen: Fotografie, Maskierung (Entgiftung bei Schwermetallvergiftungen), Wasserenthärter, Katalysatoren, Enzyme, Medizin