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

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

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

Lehrplanverknüpfungen Fächerübergreifende Lerneinheiten in der Realschule Schulphysik 1.15

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

Energetik des Stoffwechsels Stoffkreislauf angetrieben von Energiefluss Schulphysik 1.15

Schwimmen statisch dynamisch Schulphysik 1.15

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

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

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

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-; 10-7 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

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

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

Schulphysik 1.15

Schulphysik 1.15