In dieser Vorlesung soll ein Einblick in die theoretische Chemie vermittelt werden. Insbesondere sollen die Grundzüge klassischer und quantenmechanischer Computersimulationen erklärt und damit das Zusammenspiel von Atomen am Beispiel der Wasserstoffbrückenbindung aufgezeigt werden.

Durch die Vernetzung von Polymeren entstehen neue Materialien mit vielseitigen Eigenschaften. Darunter findet man z.B. elastische Gummis, Superabsorber und sogenannte Smarte Polymere. In der Vorlesung werden Beispiele aus der Lebenswelt vorgestellt und die Gründe für ihre Eigenschaften auf molekularer Ebene erklärt.

Die Chemie hat in der Bevölkerung oft den schlechten Ruf, Mensch und Umwelt zu schaden. Dagegen wird die schützende und entlastende Rolle der Chemie selten wahrgenommen. Mit dieser Probevorlesung werden Prozesse und chemische Verfahren vorgestellt und beleuchtet, die Mensch und Umwelt schützen sollen. Alltäglich gegenwärtige Reaktionen wie in der Mobilität und der Abgaskatalyse kommen darin vor, aber auch aktuelle Forschungsgebiete wie die Nutzung von Sonnenlicht zur Herstellung von chemischen Roh- und Treibstoffen. Die Definition von Nachhaltigkeit wird hierbei im Mittelpunkt stehen, da dieser Begriff oft – leider auch zu Unrecht – im Alltag gegenwärtig ist.

Dauer: 4-5 Stunden

Kunststoffe (Polymere) sind aus unserem alltäglichen Leben nicht mehr wegzudenken. Vom Autoreifen bis zur Zahnfüllung, überall sind Kunststoffe enthalten, die teils sehr verschiedene Anforderungen erfüllen müssen. Aber wodurch unterscheiden sich Kunststoffe auf molekularer Ebene von anderen Verbindungen? Aus welchen Bausteinen und über welche Reaktionen lassen sich Kunststoffe eigentlich herstellen? Wie lassen sich Kunststoffe auf molekularer Ebene untersuchen? Diese Fragestellungen werden im Rahmen eines experimentellen Workshops von den Schülerinnen und Schülern (SuS) bearbeitet.
Dieses Angebot ist für interessierte SuS der Oberstufe (Kl. 10-12) konzipiert. Die Größe der Schülergruppe sollte dabei ca. 10-20 Personen betragen. Eine Vor- und Nachbereitung der Thematik Kunststoffe sollte im Rahmen des Schulunterrichts erfolgen. Vorwissen über grundlegende funktionelle Gruppen in organischen Molekülen wird vorausgesetzt. Zudem sollten die SuS im Umgang mit Bunsenbrennern geübt sein und einen sicherheitsbewussten Umgang mit Gefahrstoffen pflegen.

Dauer: 2-3 Stunden

Das Angebot richtet sich an Grundkurse sowie auch Leistungskurse im Inhaltsfeld 2 Säuren, Basen und analytische Verfahren. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt in der Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen durch eine Leitfähigkeitstitration bzw. pH- metrische Titration. Zudem wird eine Gegenüberstellung der Titrationsmethoden vorgenommen, sodass auch den inhaltlichen Schwerpunkten eines Leistungskurses Rechnung getragen werden kann.
Der Fokus des Workshops liegt auf der Beschreibung der Leitfähigkeitstitration sowie der graphischen Darstellung der Messdaten. Bei der Messwerterfassung kann auf aktuelle Messwerterfassungssysteme zurückgegriffen werden. In diesem Workshop wird mit dem CASSY-System gearbeitet. Hiermit können die Messwerte begleitend zur Analyse digital erfasst und anschließend ausgewertet werden. Die Lernenden erhalten zu Beginn des Workshops eine Einführung in das Gerät, falls dies an der Schule nicht vorhanden ist.

Dauer: 2 Stunden

Im vorliegenden Workshop werden den Schülerinnen und Schülern die grundlegenden Trennprinzipien der Chromatographie nähergebracht und der Aufbau und die Funktionsweise eines Gaschromatographen erläutert.
Anhand verschiedener Substanzgemische werden sowohl die Möglichkeiten und Vorgehensweisen bei der qualitativen Analyse (Zusammensetzung der Mischung) als auch der quantitativen Analyse (Gehaltsbestimmungen) untersucht, dabei berücksichtigend, welche Parameter zur Optimierung der Trennprozesse eingestellt werden können.

Dauer: 3-4 Stunden

Farbstoffe sind für uns selbstverständlich und allgegenwärtig. Doch wie sind sie aufgebaut, wie funktionieren sie und was passiert mit ihnen, wenn es „dunkel“ wird?

Im vorliegenden Workshop werden die Schülerinnen und Schüler die zwei fast identisch aufgebauten Farbstoffe Thymolphthalein und Fluorescein selber herstellen und mit Hilfe eines Spektrometers ihre Farbigkeit untersuchen. Die Ergebnisse sollen anschließend zur Erarbeitung der grundlegenden Aspekte der Farbigkeit und Fluoreszenz dienen. Die hierbei essentiellen dreidimensionalen Molekülstrukturen werden selber am Computer berechnet und visualisiert.

Dauer: 2-3 Stunden

Der Workshop stellt die theoretischen Grundlagen, das Funktionsprinzip und den Aufbau ausgewählter Massenspektrometern vor. Hierbei wird auf ein Fokus auf Flugzeitspektrometer doppelfokussierende Massenspektrometer und Ionisationstechniken gelegt. In einem zweiten Teil wird eine Messung praktisch durchgeführt und das Gerät vorgestellt. Die Schritte der Probenvorbereitung, die eigentlich Aufnahme und die Interpretation der Ergebnisse werden an einem ausgewählten Beispiel erläutert und gemeinsam diskutiert.

Dauer: 3-4 Stunden

Am Beispiel von magnetischen Flüssigkeiten werden die Grundlagen des Magnetismus sowie verschiedene Aspekte des Magnetismus (Dia-, Para- und Ferromagnetismus) beleuchtet. Ferrofluide werden in Bezug auf ihren Aufbau, ihre Eigenschaften diskutiert und kolloidale Lösungen vorgestellt. Im praktischen Teil dürfen die Teilnehmenden selbst ein Ferrofluid synthetisieren und daran die magnetischen Eigenschaften anwenden.

Dauer: 2-3 Stunden

Auch wenn immer wieder mit dem scheinbaren Qualitätsmerkmal "Ganz ohne Chemie..." geworben wird, sind Produkte der chemischen Forschung für unser Leben sehr nützlich und auch nicht mehr wegzudenken. Eine Stoffgruppe, die uns im Alltag in den verschiedensten Anwendungsbereichen begegnet, sind die Kunststoffe. Das sind Verbindungen, die durch chemische Verknüpfung einer riesigen Anzahl von einzelnen Molekülen hergestellt werden und darum auch Polymere genannt werden. Abhängig von der Art der Ausgangsstoffe und den Synthesebedingungen ergibt sich eine große Bandbreite an Eigenschaften und Einsatzzwecken. Angefangen von der einfachen Plastiktüte bis hin zum Hochleistungspolymer in der Luft- und Raumfahrt. In Experimenten werden die Herstellung und die Merkmale verschiedener Kunststoffen demonstriert. In einer eigenen Synthese kann ein superabsorbierendes Polymer hergestellt und anschließend dessen Wasseraufnahmevermögen untersucht werden. Dieses chemische Produkt findet u. a. in Hygieneartikeln und Inkontinenzprodukten eine wichtige Anwendung, so dass davon jährlich viele tausend Tonnen produziert werden.