Schulphysik 1

15.Physik in Biologie und Chemie

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Gemeinsamkeiten aller Naturwissenschaften

Untersuchungsgegenstand „Natur“: Objekt des menschlichen Interessesunabhängig von der menschlichen Betrachtung exisiterendNaturgesetze: vom Menschen erkannte Zusammenhänge, Basis für die

technische Nutzung

Untersuchungsmethode: „Messen“: vergleichen anhand beobachterunabhäniger Maßstäbe

Gemeinsame Grundlagen:Teilchenmodell zur Erklärung der NaturEnergieerhaltung zur Erklärung von Entwicklungen

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Lehrplanverknüpfungen

Grundwissen und Kernkompetenzen HS 9- Experimentieren als Form naturwissenschaftlichen Erkenntnisgewinns

- Modellbildung und Modellsysteme

- Arbeitsweisen kennen und unter Anleitung anwenden

- Informationen aus verschiedenen Quellen entnehmen und verarbeiten

- Naturwissenschaftliche Themenstellung projektorientiert bearbeiten

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Lehrplanverknüpfungen

Fächerübergreifende Lerneinheiten in der Realschule

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Biophysik

Biologie: Wissenschaft vom Lebenbesondere Kennzeichen: - Stoffwechsel- Vermehrung- Fortpflanzung (Vererbung)- Reaktion auf Umgebungsreize- kleinste Funktionseinheit: Zelle

Physik: alle Lebensprozesse unterliegen den Gesetzen der Physik;Leben hat sich durch Variation und Selektion der bestangepassten Formen entwickelt, d.h. es zeigt auch weitgehend optimierte Lösungen von physikalischen Problemen

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Energetik des Stoffwechsels

Stoffkreislauf angetrieben von Energiefluss

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Schwimmen

statisch dynamisch

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Fliegen

Vogelflug

Gleitflug

Ruderflug

Actio: Flügelschlag; reactio: Kraft auf den Vogel

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physikalische Chemie

Chemie: „Physik der Valenzelektronen“:äußerste Elektronen eines Atoms sind an der Bindung beteiligt

Beispiel: Elektrolyse: Trennung einer Salzlösung durch elektrischen Strom

Beispiel: Fotoreaktion: Br- -> Br + e-; Ag+ + e- -> Ag

Beispiel: kovalente Bindung: Oktettregel, Elektronegativität

Beispiel: Periodensystem der Elemente: Anordnung nach den Energie-zuständen der Elektronen in der Atomhülle

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Reaktions-Energetik

Aktivierungsenergie:Energie die benötigt wird, eine Reaktion zu starten;

Bindungsenergie:Energie, die benötigt wird um eine Bindung zu lösen = Energie, die freigesetzt wird, wenn sich zwei Teilchen verbinden

Freie Enthalpie:Energiezufuhr: Wärmeaufnahme: endothermEnergieabgabe: Wärmefreisetzung: exothermEnthalpie: Symbol: H (heat); [H] = 1J die bei einem Reaktionspartner umgesetzte Energie: ΔHfreie Enthalpie: Gesamtbilanz der bei einer Reaktion umgesetzten Energie:Reaktionen laufen stets dann von selbst ab(weiter), wenn ΔHges < 0-> 2.Hauptsatz der Wärmelehre: „Wärme nimmt immer zu“

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elektrochemische Spannungsreihe

Edle und unedle Metalle: „Spannungsreihe“Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Ptreduzieren nachfolgende Metalle aus einer Lösung durch Elektronenspende gelöste Ionen oxidieren alle voranstehenden Metalle, sie entziehen ihnen die Elektronen technische Anwendung: galvanische Elemente, Rostschutzmittel

Säurestärke:natürliche Dissoziazion von Wasser 2 H20 -> H3O+ +OH-;

10-7 Mol unter Normalbedingungen dissoziiert: ph 7 Säuren: „Protonenspender“, Zahl der H3O+ Teilchen steigt, ph-WertLaugen: „Protonenfänger“, Zahl der H3O+ Teilchen sinkt, ph-Wert

Ordnung der Metalle nach der Reaktion mit Säuren

sinktsteigt

Unedel: schwache Säure Buntmetalle: starke Säure Edelmetalle: keine Säure

Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Pt

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Reaktionskinetik

Van-Thoff´sche Regel:

Je 10°C Temperaturerhöhung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit eines chemischen Vorgangs.

Beispiele:DampfkochtopfErwärmen von Reagenzgläsern bei der Stoffumsetzunggleich/wechselwarme Tiere

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Lösungen

Löslichkeitsprodukt:Lösung von Stoffen in Flüssigkeiten,aufteilen des gelösten Stoffesin einzelne Moleküleje wärmer desto schlechterje höher der Druck, desto besser

Hydratation: Ansammlung von Wassermolekülen um den gelösten Stoff oder seine Bestandteile (Dissoziazion) herum: elektrostatische Wechselwirkung

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