Fossile und nachwachsende Rohstoffe

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Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Holz / Cellulose: für Papier bzw. Verpackungen,auch chemisch modifizierte Cellulose, sowiestoffliche Alternativen auf ErdölbasisJe nach Schwerpunktbildung während des Unterrichtsverlaufsund je nach regionalen und situativenRahmenbedingungen (Möglichkeit zu Exkursionen,Jahreszeit, Besichtigung von Produktionsstätten)können bzw. sollten spezifischeAkzentuierungen vorgenommen werden. Dabeikönnten Fragen erörtert werden wie z.B.:- wirtschaftliche Interessen von verschiedenenGruppen und deren Unterschiede (Bauern: lohnenderAnbau auf stillgelegten Flächen; Industrie:kostengünstige und kontinuierlich verfügbareRohstoffe)- alte und neue (politische) Abhängigkeiten (DritteWelt als Anbaugebiet, Nahrungsmittelproduktionvs. technische Rohstoffproduktion)- ökologische/umweltverträgliche Landwirtschaftim Vergleich zur technisierten/ industrialisiertenLandwirtschaft (Einsatz von Pflanzenschutzmitteln,Monokulturen usw.)- Begrenzheit der (nachwachsenden) Ressourcenvs. Dynamik von Nachfrage und Ansprüchen- „natürliche“ Herkunft als Verkaufsargument- Natur und Gesundheit (spezifische Belastungen/Rückstände,Allergien)- (bilanzierender) Vergleich von synthetischenProdukten und ähnlichenWaren aus nachwachsendenRohstoffenDie Spannweite möglicher thematischer Konkretisierungendes Rahmenthemas „Fossile undnachwachsende Rohstoffe“ erlaubt ebenso eineVerstärkung des Anteils von praktischen Arbeitenwie eine theoretische Vertiefung. Dies erleichtertu.a., auf die spezifischen Erfordernisseunterschiedlicher Bildungsgänge und Lerngruppeneinzugehen.Wie thematische Konkretisierungen in der Praxisaussehen können, zeigen die im folgenden dargestelltenBeispiele Verpackung und Lein.Unabhängig von der Wahl des Themas und vonden besonderen Bedingungen der Lerngruppesind die verbindlichen Inhalte zu bearbeiten. Dieangemessene Berücksichtigung dieser durch denRahmenplan festgelegten Inhalte gewährleistet,dass das notwendige exemplarische Vorgehen(bezogen auf Stoffgruppen bzw. Produkte undVerfahren) zu vergleichbaren Ergebnissen imVerständnis führt.Als zentrales Element der Bearbeitung kann derglobale Kohlenstoff-CO 2 -Kreislauf dienen. Je nachgewähltem Weg steht er entweder am Anfang derBetrachtungen oder er stellt sich als Ergebnis derArbeit am Rahmenthema dar. Materialien hierzufinden sich im Abschnitt 4.7
Handreichung „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Hinweise zur Verwendung von Formeln und Modellen im Zusammenhang mitdem Rahmenthema „Fossile und nachwachsende Rohstoffe“Das Rahmenthema „Fossile und nachwachsendeRohstoffe“ korrespondiert mit dem Anspruch desFaches Chemie, den Schülerinnen und Schülern inder Sekundarstufe I einen Einblick in die OrganischeChemie bzw. die Chemie der Kohlenstoffverbindungenzu eröffnen. Die Verwendung bzw.Erarbeitung von chemischen Formeln und Modellenorientiert sich an den im Rahmenplan dargestelltenverbindlichen Inhalten und den in diesemZusammenhang angesprochenen Stoffe bzw.Stoffgruppen:- Der Aspekt Kohlenwasserstoffverbindungen alsStrukturbildner verweist auf die räumlichen Strukturen,die von Molekülen gebildet bzw. eingenommenwerden. Hierbei gibt es die unterschiedlichstenMöglichkeiten, mittels Modellen undformelmäßigen Beschreibungen zu einer Abstraktionzu gelangen. Im einfachsten Fall kann eineMitteilung erfolgen (z.B. die Existenz von Kohlenwasserstoff-Kettenbetreffend), die durch Plausibilitätsbetrachtungenunterstützt wird. In Lerngruppendes gymnasialen Bildungsgangs kann demgegenüberbereits eine Orientierung auf das Tetraedermodellfür den Kohlenstoff angebracht sein,von dem aus räumliche Strukturen fallweise selbständigentwickelt werden können. Die Entscheidungdarüber, in welcher Tiefe und mit welcherIntensität diese Bearbeitung erfolgt, ist den Lehrendenim Rahmen der vom Rahmenplan eröffnetenSpielräume überlassen und ist von der jeweiligenFachkonferenz zu regeln.- Der Aspekt Kohlenwasserstoffverbindungen alsEnergieliefenranten verweist auf den Energieumsatzbei chemischen Reaktionen bzw. den unterschiedlichenEnergiegehalt von brennbarenKohlenstoffverbindungen und der VerbrennungsprodukteCO 2 und Wasser. Letztlich ist damit derEnergiestatus von verschiedenen chemischenBindungen angesprochen, der jedoch für die Betrachtungenin der Sekundarstufe I noch keinetragende Funktion hat.- Für das Verständnis von Kohlenwasserstoffverbindungenals technischen Rohstoffen bzw. alsWerkstoffen ist eine Betrachtung der chemischenEigenschaften im engeren Sinn notwendig. Dazugehören insbesondere das Reaktionsverhaltengegenüber anderen Stoffen, die Benutzung von(Hilfs-)Chemikalien zur gezielten Veränderung vonStoffen, die Wechselwirkungen in bestimmtenMedien (z.B. eine „saure Reaktion“ eines Stoffesin Wasser) sowie die Möglichkeiten der Vernetzungbei der Bildung großer Molekülverbände(z.B. Kunststoffe). Hierfür kommen formale Beschreibungenvon sehr unterschiedlicher Abstraktionin Frage; so kann die Tensidwirkung von Fettsäuren(langkettigen Carbonsäuren) durch ein einfachesSchwanz-Kopf-Modell veranschaulichtwerden, andererseits können im Extremfall Betrachtungender Polarität auf Bindungsebenedurchgeführt werden. Letztere führen hin zu einemVerständnis der Abhängigkeit der Stoffeigenschaftenvon den Strukturen auf Teilchenebene.Der Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften,dessen Bearbeitung vom Rahmenplan für dengymnasialen Bildungsgang ausdrücklich gefordertwird, kann in sehr unterschiedlichen Bezügenentwickelt werden. Ein einfaches Beispiel ist derZusammenhang zwischen Molekülgröße bzw.Länge der Kohlenwasserstoffkette und dem Siedepunkteiner Substanz bei den Alkanen, wie eretwa bei der fraktionierten Destillation von Erdölerarbeitet werden kann. Ein komplexeres Beispielist die Betrachtung des chemischen Erfahrungssatzes„Gleiches löst Gleiches“, der gut an denFetten und Seifen entwickelt werden kann.- Der Kohlenstoffkreislauf verweist auf zwei weitereAspekte: den der umgesetzten Stoffmengen inder Biosphäre und der Technosphäre und seineformale Beschreibung sowie die biologischen -biochemischen wie physiologischen - Zusammenhängebei Photosynthese und Kohlenstoff- bzw.CO 2 -Fixierung in den Pflanzen.Für die Stoffmengenbetrachtung kann, abhängigvom Bildungsgang, eine Interpretation von Reaktionsgleichungenhilfreich sein, die die Quantitätenin den Mittelpunkt stellt. So kann ein Zusammenhanghergestellt werden zwischen Brennstoff,Sauerstoffverbrauch und Verbrennungsproduktenund umgekehrt zwischen Kohlenstoff-Fixierungdurch Photosynthese und den dabei gebundenen8
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