Fachbereich Chemie
„In Wirklichkeit gibt es nur die Atome und das Leere.“

(Demokrit)

 

Naturwissenschaftlicher Unterricht leistet einen wesentlichen Beitrag zur Allgemeinbildung junger Menschen und befähigt diese, als mündige Bürger aktiv an gesellschaftlichen Diskussionen über technische Entwicklung und naturwissenschaftliche Forschung teilzunehmen.

Der Beitrag der Chemie liegt in der Auseinandersetzung mit der stofflichen Welt und deren Veränderungen. Dies kann unter verschiedenen Aspekten geschehen: Gewinnung von Stoffen, ihre zielgerichtete Verwendung, ihre Untersuchung, die Synthese und der verantwortungsvolle Umgang mit ihnen.

Als Fachwissenschaft ist die Chemie geprägt vom Experimentieren als einer zentralen Methode der Erkenntnisgewinnung, vom Denken in Modellen, von der Fachsprache und dem Wechsel zwischen Stoff- und Teilchenebene. Dies verbindet sich über Kontexte und die Orientierung an lebensweltlichen Bereichen wie Gesundheit, Ernährung, Freizeit, Technik und Industrie zu einem Chemieunterricht, der auch dem Stellenwert der Chemie bei der Entwicklung von Kultur und Gesellschaft Rechnung trägt.

Der Chemieunterricht gibt also Einblicke in den Zusammenhang von Naturwissenschaften und wirtschaftlicher Entwicklung und ermöglicht somit auch berufliche Orientierung.

 

Das Fach Chemie am PSG

Am Paul-Schneider-Gymnasium wird das Fach Chemie in der Mittelstufe von der 8. bis zur 10. Klasse zweistündig unterrichtet. In der Oberstufe kann das Fach Chemie als Grundkurs oder Leistungskurs weitergeführt werden. Die gut ausgestatteten Fachräume bieten die Grundlage für eine sichere Durchführung zahlreicher Schüler- und Lehrerexperimente. In der angrenzenden Chemiesammlung werden nicht nur die notwendigen Glasgeräte und chemischen Apparaturen, sondern auch die benötigten Chemikalien und technischen Geräte bevorratet.

Zahlreiche Schüler*innen nehmen am PSG regelmäßig an verschiedenen Chemiewettbewerben teil. In der Mittelstufe bietet der jährlich stattfindende Wettbewerb „Leben mit Chemie“ interessierten Schüler*innen die Möglichkeit zu spannenden Fragestellungen Experimente durchzuführen und diese fachwissenschaftlich zu dokumentieren. Mit der „Internationalen Chemieolympiade“ steht den Schüler*innen der Oberstufe ein Wettbewerb bereit, bei dem sie ihr Interesse an chemischen Fachinhalten vertiefen können.

Inhalte im Fachunterricht Chemie

In der Chemie kommt dem Experimentieren als Methode der Erkenntnisgewinnung eine besondere Bedeutung zu. Zum „Experimentieren“ gehören Facetten wie Hypothesen bilden, Versuche planen, geeignete Geräte auswählen, etwas praktisch durchführen, mit Variablen umgehen, Kontrollexperimente durchführen, auswerten, Fehler betrachten, usw. Die Schüler*innen erhalten immer wieder Gelegenheit zum Experimentieren und können dabei die Facetten experimenteller Kompetenz weiterentwickeln.

Ein wesentliches Merkmal des Faches Chemie ist der Wechsel zwischen der makroskopischen (Stoffebene) und der submikroskopischen Ebene (Teilchenebene). Auf der makroskopischen Ebene lernen die Schüler*innen wichtige Stoffgruppen kennen. Dabei geht es um den praktischen Umgang mit Stoffen, die Beobachtung und Beschreibung ihrer Eigenschaften sowie um experimentelle Untersuchungen chemischer Reaktionen. Die entsprechenden Deutungen erfolgen auf submikroskopischer Ebene mit Hilfe von Modellvorstellungen. Neben dem Wechsel zwischen Stoff- und Teilchenebene wird die Symbolsprache (repräsentative Ebene) durchgängig als fachsprachliches Kommunikationsmittel im Chemieunterricht entwickelt.

Der Zuschnitt der Themen im Chemieunterricht basiert auf den nachfolgend erläuterten „Aspekten der Chemie“:

Aspekt 1: Was ist Stoff?

Welche Vorstellungen haben heute Chemikerinnen und Chemiker von Stoff? Mit welchen Methoden schauen sie in sein Innerstes? Was lässt sich dort entdecken?

Das sind spannende Fragen, deren Beantwortung zu den grundlegendsten Erkenntnissen der Chemie führt. Erst damit kann die Vielfalt der stofflichen Welt in eine Ordnung gebracht werden, die letztlich zu einem tieferen Verständnis der Stoffe, ihren Eigenschaften und den chemischen Reaktionen führt.

Aspekt 2: Stoffe gewinnen

Alle Überlegungen zum Umgang mit Stoffen beginnen mit der Frage, wo die Stoffe herkommen. Das übergeordnete Ziel ist, ein generelles Verständnis dafür zu entwickeln, dass Stoffe nicht aus dem Nichts erscheinen, sondern dass alle Stoffe bzw. die Stoffe, aus denen sie gewonnen werden, bereits auf der Erde vorhanden sind. Um die gewünschten Stoffe zu erhalten, müssen sie allerdings erst isoliert oder durch chemische Reaktionen aus anderen Stoffen gewonnen werden.

Vor dem Hintergrund dieses Aspekts ist die chemische Reaktion eine Möglichkeit, Stoffe zu gewinnen, die wir so in der Natur nicht oder nur selten finden.

Aspekt 3: Stoffe nutzen

Wir nutzen ständig und überall Stoffe. Das ist vielleicht der bedeutendste und umfassendste Aspekt, weil er wie kein anderer die Bedeutung der Stoffe für das menschliche Leben, für Alltag und Lebenswelt, Technik und Industrie herausstellt. Die gesellschaftliche Relevanz der Chemie wird deutlich und ist auch explizit Gegenstand im Chemieunterricht.

Es geht es u. a. darum, die Breite der Nutzung von Stoffen bewusst zu machen und abzubilden. Grundsätzlich wird dabei zwischen der energetischen und der stofflichen Nutzung unterschieden.

Aspekt 4: Stoffe neu herstellen

Erst in der jüngsten Zeit gelingt es dem Menschen mehr und mehr, das natürliche Stoffspektrum durch die Herstellung neuer Stoffe zu erweitern. Ein Beispiel solch „unnatürlicher“ Stoffe sind die Kunststoffe. Sie betonen einen völlig neuen Aspekt. Die menschliche Entwicklung hat einen Stand erreicht, in dem wir sozusagen über die Natur hinauswachsen. Wir können Stoffe produzieren, die die Natur nicht hervorbringt.

Dabei stellt sich natürlich auch hier die Frage nach der gesellschaftlichen Verantwortung. Können wir die Folgen abschätzen? Was passiert, wenn „naturfremde“ Stoffe in die Kreisläufe der Natur geraten? Diese Aspekte bieten Eine gute Gelegenheit, die Schüler*innen auf eine verantwortungsvolle Teilhabe an der Gesellschaft im Sinne einer Bildung für nachhaltige Entwicklung vorzubereiten. Über die Massenproduktion neuer Stoffe kommen industrielle Verfahren und die Entwicklung der chemischen Industrie in den Blick.

Aspekt 5: Stoffe untersuchen

Ein ganz anderer Aspekt im Umgang mit Stoffen – und deutlich unterschieden von ihrer Gewinnung oder Nutzung – ist der Wunsch, immer mehr und immer Genaueres über einzelne Stoffe wissen zu wollen. Was ist z. B. alles im Wasser enthalten? Noch vor 200 Jahren nutzten die Menschen das Wasser, wie es war – das Auge entschied: sauber oder verschmutzt. Heute dagegen schauen wir überall genauer hin. Die Gründe dafür sind vielfältig. Je mehr wir wissen, je besser wir die Zusammenhänge verstehen, desto stärker wird der Wunsch auch zu kontrollieren. Dabei stellen sich im Wesentlichen zwei Fragen: „Was ist es?“ und „Wie viel ist es?“

Aspekt 6: Stoffe verantwortungsvoll handhaben

Chemieunterricht und daraus erwachsende chemische Kenntnisse schaffen eine sachliche Grundlage für den verantwortlichen Umgang mit Stoffen. Entscheidungen auf der politisch-gesellschaftlichen Ebene müssen neben der Sachkenntnis auch einem grundlegenden Verständnis gegenseitiger Abhängigkeiten folgen.

Aspekt 7: Mit Stoffen Zukunft gestalten

Der Umgang mit Stoffen hat auch eine Zukunftsperspektive. Es geht nicht nur darum, was wir schon seit langem machen, was gut etabliert und bekannt ist. Es geht auch darum, welchen Beitrag die Chemie für die drängenden Zukunftsfragen leisten kann. Es ist ein wichtiges Bildungsziel, Schüler*innen nicht mit dem Weltbild der Chemie aus dem Anfang des letzten Jahrhunderts zu entlassen.

Moderne Entwicklungen haben längst Eingang in den Alltag gefunden. Im Chemieunterricht werden dabei spannende Fragen untersucht, z. B. „Wie viel Chemie steckt in einem Handy?“

Chemie in der Oberstufe

Der Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe (MSS) hat – aufbauend auf en Kenntnissen aus der Mittelstufe – die Aufgabe die Schüler*innen zu befähigen, ihre natürliche und technische Umwelt in einer naturwissenschaftlichen Perspektive zu erschließen. Um dies leisten zu können führt das Fach Chemie die Schüler*innen in die wissenschaftstheoretischen und erkenntnistheoretischen Grundkategorien naturwissenschaftlichen Denkens ein. Dies erfolgt sowohl in den Grund- und – intensiver – in den Leistungskursen Chemie in der MSS.

Der Chemieunterricht ermöglicht damit den Aufbau eines soliden, fachlichen, chemisch-naturwissenschaftlichen Fundaments, auf dem natürliche und technische Stoffkreisläufe und Umweltprobleme verstanden werden können.

Der Chemieunterricht in der Oberstufe soll u.a. Folgendes bewirken:

  • Mehr Fachkompetenz durch eine bessere Kenntnis unserer Welt, die in erheblichem Maße von Stoff- und Energieumwandlungen in Natur, Technik und Alltag geprägt ist
  • Verstehen wichtiger Stoffkreisläufe und Energieflüsse in Natur und Technik und Verständnis dafür, dass Stoffkreisläufe sehr empfindliche Gleichgewichte darstellen
  • Begreifen wissenschaftlicher, ökonomischer, ökologischer, sozialer und politischer Entwicklungen, indem die Schüler*innen wichtige chemische Entdeckungen und die Lebenswerke bedeutender Forscherpersönlichkeiten kennen lernen
  • Mehr Handlungskompetenz in gesellschaftlich relevanten Fragen durch reflektierte Anwendung erworbener Fähigkeiten, Kenntnisse und Fertigkeiten auf alltägliche Probleme
  • Mehr Sozialkompetenz durch die Einbindung fachlicher Inhalte und Methoden in verschiedene Sozialformen des Unterrichts, wie Partner- oder Gruppenarbeit, und die Thematisierung von Organisation und Reflexion von Lernprozessen

Unterrichtende Kolleg*innen

Michael Schmitz

Chemie | Erdkunde | Nawi | Informatik

michael.schmitz.1@ekir.de

Oliver Steck

Biologie | Chemie | Nawi

oliver.steck@ekir.de

Barbara Wrusch

Biologie | Chemie | Nawi

barbara.wrusch@ekir.de

Aktionen und Nachrichten der Fachschaft

12er Chemie Leistungskurs zu Besuch bei der BASF (16.12.2019)

Es begab sich aber zu der Zeit, als ein übereifriger Chemielehrer die Ambition hegte, seinen wackeren Chemieleistungskurs der Jahrgangsstufe zwölf um wertvolle Erfahrungen auf dem Gebiet der praktischen Chemie zu bereichern, dass man nach Ludwigshafen am Rhein fuhr, wo das Hauptwerk der Badischen Anilin und Soda Fabrik beheimatet ist. Am 16.12.2019 war es nun also soweit, dass die Fahrt zur Erkundung der Ammoniaksynthese ihren Anfang fand. Die An- und Abreise erfolgte mit dem Schulbus und einem Schülerauto.

Nach eineinviertelstündiger Fahrzeit in Ludwigshafen angekommen erhielten wir im dafür ausgewiesenen Visitorcenter Besucherausweise. Daraufhin erschien uns die Werksführerin Dr. rer. nat. Saturian mit einer Einführung in das heutige Unternehmen. Die BASF als wichtiger Arbeitgeber in der Region, die Zahl an Angestellten beläuft sich auf etwa 40 000 Mitarbeiter, umfasst einen Bereich von 10 km², auf dem sich eine Vielzahl an untereinander verknüpften Produktionsanlagen befindet.

Nach dieser allgemeinen Einführung in die BASF ging sie genauer auf die dort hergestellten Endprodukte ein. Denn die meisten auf dem Gelände der BASF Ludwigshafen hergestellten Produkte dienen als Basis für die Produktion verschiedener Güter. Hierbei wurden auf der einen Seite beispielsweise Styrodur, ein im Hausbau benutzter Stoff, der sich etwa aufgrund geringer thermischer Leitfähigkeit, geringer Dichte und hoher Härte hervorragend als Dämmmaterial, und der in Babywindeln verwendete Superabsorber genannt. Allenfalls gilt es zu bedenken, dass Styrodur zwar ein nützliches aber auch aufgrund der biologischen Unzersetzbarkeit unökologisches Material ist.

Das dort auch hergestellte Ammoniak auf der anderen Seite wird vor allem für die Produktion von Düngemitteln aber auch für verschiedene Produktionsschritte, in denen Amide oder Peptide benötigt werden, genutzt. Die Ammoniaksynthese als Fokus unseres Besuches bei der BASF wurde uns kleinschrittig zunächst theoretisch an einem anschaulichen Modell erklärt und darauf in der realen Umsetzung gezeigt. Nicht zu vergessen sind die Vorsichtsmaßnahmen, die vor der Beschauung des Geländes getroffen werden mussten -in Form einer Schutzbekleidung, bestehend aus: Helm, Schutzbrille, Headset und Schutzjacke. Daran lässt sich auch die Unternehmensphilosophie der hohen Sicherheitsstandards ablesen. Denn um Unfälle vorzubeugen wurde unter anderem auch die Handlaufbenutzungspflicht auf allen Treppen eingeführt.

Beeindruckt hat vor allem der organisatorische Aufwand, der sich über das gesamte Fabrikgelände hin erstreckt, der notwendig ist, etwa die Produkte einer Produktionsstelle an anderer Stelle weiterzuverwenden oder auch die Abwärme eines Prozesses in Form von heißem Dampf in einem anderen Prozess zu nutzen. Die Tragweite und Komplexität dieses Verbundsystems zu erfassen benötigt viel Zeit, die uns leider nicht vergönnt war. Doch auch die Führungsebene schien auf eben dieses stolz zu sein, da es vermehrt erwähnt wurde und man dabei auch auf die betriebseigenen Kraftwerke und Kläranlagen hinwies, die einen erheblichen Teil zu diesem Verbundsystem beitragen. Wenn Sie nun lieber Leser Interesse daran zeigen sollten, der BASF eigenmächtig einen Besuch abzustatten, wollen wir sie nun dazu ermutigen, denn die Endausstellung im Visitorcenter ist wirklich anschaulich und ausführlich gestaltet. Außerdem ist der Zugang zum Center auch eigenmächtig möglich.

Rückblickend bleibt zu sagen, dass es aufgrund der Ausführlichkeit der Ausstellung, dem Fachwissen der Werksführerin und der sehr beeindruckenden Komplexität des Werkaufbaus eine lohnenswerte Exkursion war, allerdings gepaart mit dem Mangel, dass die Zeit viel zu knapp bemessen war. Schließlich sind wir dankbar für diese Bereicherung unseres Einblickes in die praktische Chemie und die damit einhergehende Verknüpfung von Unterrichtsinhalt und zukünftigem Berufsleben.

Daniel Pittner und Ruben Krächan (LK Chemie 12)