Chemieunterricht

Aufgabe und Ziel des Chemieunterrichts

Chemieunterricht ist der Unterricht im naturwissenschaftlichen Schulfach Chemie an Schulen und Bildungseinrichtungen. Chemische Inhalte werden dafür nach Regeln der Didaktik und Chemiedidaktik für Schule, Aus- und Weiterbildung aufbereitet, gelehrt und gelernt. Schülerinnen und Schüler sollen Stoffe, Stoffeigenschaften und Stoffumwandlungen entdecken und untersuchen sowie Ergebnisse auf neue Problemstellungen anwenden. In Berufsschulen steht zusätzlich das Vermitteln und Einüben berufsspezifischer Techniken und Fähigkeiten im Vordergrund.

Chemische Grundkenntnisse helfen, Alltag und Technik zu verstehen. Aus Alltagserfahrungen entstehen oft chemische Präkonzepte, also erste Vorstellungen zur Erklärung chemischer Erscheinungen, die meist nicht der naturwissenschaftlichen Sicht entsprechen. Beispiele sind die Beobachtungen, dass Eisen rostet, Kerzen vollständig abbrennen oder Wasser verdampft. Der Unterricht soll solche Vorstellungen berücksichtigen und widerlegen, damit Lernende fachlich angemessene Vorstellungen entwickeln.

Ziel ist ein Einblick in die stoffliche Zusammensetzung und Vorgänge der Natur. Stoffumwandlungen in belebter und unbelebter Natur sollen als chemische Reaktionen erkannt werden. Der Unterricht soll Verständnis für moderne Technik und eine positive Einstellung dazu fördern, aber auch Anwendungsprobleme fachlich begründet erörtern und gegebenenfalls kritisieren. Chemie kann Umweltprobleme verursachen, aber auch zu ihrer Lösung beitragen. Wichtig sind außerdem naturwissenschaftliche Methoden und Modellvorstellungen zum Aufbau der Materie.

Inhalte und fachliche Grundlagen

Die Verteilung der Inhalte auf Schuljahre ist je nach Land und Bundesland unterschiedlich. Grundlage sind Bildungsstandards der Kultusministerkonferenz (KMK) sowie Lehr- oder Rahmenpläne der Länder. Chemie kann bis zum Abitur Prüfungsfach sein. Die KMK erließ 2020 Bildungsstandards für Chemie in der Allgemeinen Hochschulreife; sie lösten die älteren EPA vollständig ab. Für alle Schulformen der Sekundarstufe I gelten Bildungsstandards in neuer Fassung von 2024. Das Fach kann auch mit anderen Naturwissenschaften im Fächerverbund NaWi unterrichtet werden.

In der Sekundarstufe I werden zunächst Experimentierkenntnisse vermittelt, darunter der Umgang mit Bunsenbrenner und Gefahrenstoffen. Lernende untersuchen Alltagsstoffe und deren Eigenschaften, etwa Salze, Säuren, Metalle und Nichtmetalle, und ordnen sie Stoffgruppen zu. Sie unterscheiden Reinstoffe und Stoffgemische. Stoffgemische lassen sich aufgrund unterschiedlicher Stoffeigenschaften mit physikalischen Trennmethoden trennen, zum Beispiel durch Destillieren, Dekantieren, Filtrieren, Sieben oder Sublimieren.

Chemische Reaktionen werden anhand von Synthese, Analyse und Umsetzung von Verbindungen behandelt. Ein typisches Beispiel ist die Rostbildung: Sauerstoff und Wasser beziehungsweise Feuchtigkeit oxidieren Eisen; Korrosion ist damit eine langsame, im Alltag erfahrbare chemische Reaktion. Das Periodensystem der Elemente dient dazu, Informationen über physikalische Eigenschaften und chemisches Verhalten von Elementen zu gewinnen. Zur einfachen Stoffchemie gehören beispielsweise Sauerstoff, Wasserstoff, Alkalimetalle, Erdalkalimetalle und Halogene. Quantitative Beziehungen verknüpfen Größen wie Masse, Volumen und Stoffmenge.

Reaktionskonzepte und weiterführende Themen

Donator-Akzeptor-Konzepte ordnen und erklären chemische Reaktionen. In der Brönsted’schen Säure-Base-Theorie sind Säuren Protonendonatoren und Basen Protonenakzeptoren. Bei Redoxreaktionen bedeutet Oxidation Elektronenabgabe, Reduktion Elektronenaufnahme. Diese Konzepte helfen, Reaktionen zu verstehen, zu sortieren und vorauszusagen.

Die Einführung in die organische Chemie umfasst einfache Kohlenwasserstoffe, Alkohole und organische Säuren, also Carbonsäuren. Je nach Schwerpunkt werden auch Grundlagen zu Fetten und Seifen, Kohlenhydraten oder Kunststoffen behandelt.

In der Sekundarstufe II kommen meist Reaktionsgeschwindigkeit und chemisches Gleichgewicht hinzu. Weitere Inhalte sind die Energetik mit Thermodynamik, Reaktionsenthalpie, Satz von Hess und freier Reaktionsenthalpie. Die Elektrochemie behandelt unter anderem Elektrolyse, Spannungsreihe, galvanische Zellen, Batterien und Akkumulatoren. Analytische Verfahren dienen zur Konzentrationsbestimmung, beispielsweise einfache Säure-Base-Titrationen. In der organischen Chemie werden funktionelle Gruppen, Reaktionstypen, einfache Reaktionsmechanismen und Aromatenchemie behandelt; alltagsrelevante organische Verbindungen können etwa Farbstoffe, Kunststoffe und Tenside sein.

Experimentieren und Sicherheit

Für ordnungsgemäßen Chemieunterricht benötigen öffentliche Schulen modern ausgestattete Chemieräume und eine Chemiesammlung. Für deren materielle und finanzielle Ausstattung liegen schriftliche Empfehlungen für die zuständigen Schulträger vor. Lehrkräfte müssen experimentelle Fertigkeiten beherrschen, damit sie Experimente in den Unterricht einbinden können. Anschaulicher Experimentalunterricht kann Interesse wecken.

Im Chemie- und NaWi-Unterricht sind grundlegende Sicherheitsstandards einzuhalten. In Deutschland regelt dies die Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht (RiSU). Die Schulleitung muss eine fachkundige Lehrkraft beauftragen, welche die RiSU anwenden und umsetzen kann. Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung unterstützt unter anderem mit der Website „Sichere Schule“ und dem Sicherheitstool DEGINTU. Damit lassen sich interaktive Gefährdungsbeurteilungen und ein Chemikalienkataster erstellen. Verstöße gegen Sicherheitsstandards, die zu Unfällen führen, können dienstrechtlich und/oder gerichtlich geahndet werden.