15.Physik in Biologie und Chemie

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1 15.Physik in Biologie und Chemie
Schulphysik 1 15.Physik in Biologie und Chemie

2 Gemeinsamkeiten aller Naturwissenschaften
Untersuchungsgegenstand „Natur“: Objekt des menschlichen Interesses unabhängig von der menschlichen Betrachtung exisiterend Naturgesetze: vom Menschen erkannte Zusammenhänge, Basis für die technische Nutzung Untersuchungsmethode: „Messen“: vergleichen anhand beobachterunabhäniger Maßstäbe Gemeinsame Grundlagen: Teilchenmodell zur Erklärung der Natur Energieerhaltung zur Erklärung von Entwicklungen Schulphysik 1.15

3 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 Schulphysik 1.15

4 Lehrplanverknüpfungen
Fächerübergreifende Lerneinheiten in der Realschule Schulphysik 1.15

5 Biophysik Biologie: Wissenschaft vom Leben besondere 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 Schulphysik 1.15

6 Energetik des Stoffwechsels
Stoffkreislauf angetrieben von Energiefluss Schulphysik 1.15

7 Schwimmen statisch dynamisch Schulphysik 1.15

8 Fliegen Vogelflug Gleitflug Ruderflug
Actio: Flügelschlag; reactio: Kraft auf den Vogel Schulphysik 1.15

9 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 Schulphysik 1.15

10 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: endotherm Energieabgabe: Wärmefreisetzung: exotherm Enthalpie: Symbol: H (heat); [H] = 1J die bei einem Reaktionspartner umgesetzte Energie: ΔH freie 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“ Schulphysik 1.15

11 elektrochemische Spannungsreihe
Edle und unedle Metalle: „Spannungsreihe“ Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Pt reduzieren 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-; Mol unter Normalbedingungen dissoziiert: ph 7 Säuren: „Protonenspender“, Zahl der H3O+ Teilchen steigt, ph-Wert Laugen: „Protonenfänger“, Zahl der H3O+ Teilchen sinkt, ph-Wert Ordnung der Metalle nach der Reaktion mit Säuren Mg Zn Fe Sn Pb Cu Ag Au Pt sinkt steigt Unedel: schwache Säure Buntmetalle: starke Säure Edelmetalle: keine Säure Schulphysik 1.15

12 Reaktionskinetik Van-Thoff´sche Regel:
Je 10°C Temperaturerhöhung verdoppelt sich die Reaktionsgeschwindigkeit eines chemischen Vorgangs. Beispiele: Dampfkochtopf Erwärmen von Reagenzgläsern bei der Stoffumsetzung gleich/wechselwarme Tiere Schulphysik 1.15

13 Lösungen Löslichkeitsprodukt: Lösung von Stoffen in Flüssigkeiten, aufteilen des gelösten Stoffes in einzelne Moleküle je wärmer desto schlechter je höher der Druck, desto besser Hydratation: Ansammlung von Wassermolekülen um den gelösten Stoff oder seine Bestandteile (Dissoziazion) herum: elektrostatische Wechselwirkung Schulphysik 1.15

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