84 POLYTECHNISCHE SCHULE | BERUFLICHE BILDUNG | ALLGEMEINBILDUNG NATURWISSENSCHAFTEN > Naturwissenschaften HAK Die Naturwissenschaften erleben und anwenden Die vierbändige Reihe stellt das Erleben und Anwenden der Naturwissenschaften in den Vordergrund. Die Inhalte sind anschaulich und kleinschrittig präsentiert. Der Schwerpunkt „Forschend lernen“ macht theoretische Inhalte nachvollziehbar und bietet zahlreiche Experimente für zwischendurch. Immer wieder werden die Schüler*innen im Lernprozess dazu motiviert, selbst Aktivitäten zu setzen – sei es in Form von Übungsaufgaben oder einfachen Versuchen. „NAWI-Extra vernetzt“-Downloads im E-Book laden zum Entdecken spannender Zusammenhänge zwischen den naturwissenschaftlichen Disziplinen ein. Nicht zuletzt aufgrund der abwechslungsreichen digitalen Zusatzinhalte ermöglicht das Konzept so einen lebendigen, fächerübergreifenden Unterricht. Naturwissenschaften HAK Ebert, Heissenberger, Kogler, Koliander, Zürcher Schultyp: 4600 E E-Book Titel E-Book E-Book Solo Naturwissenschaften HAK I 190538€ 20,37 206149€ 15,20 Naturwissenschaften HAK II 190432€ 20,37 206146€ 15,20 Naturwissenschaften HAK III 195190€ 20,78 206169€ 15,72 Naturwissenschaften HAK IV 200222€ 20,78 206213€ 15,72 Begleitmaterialien für Lehrpersonen sind mit Schulkennzahl über die Schulbibliothek zugänglich. E Vom Atom zum Organismus: Alle Lebewesen bestehen aus Atomen. Der Weg vom Atom zum vielzelligen Organismus lässt sich wie folgt darstellen: Alle Zellstrukturen gemeinsam bilden eine Zelle. Zellen Aus Atomen können Moleküle gebildet werden. Atome Moleküle C H N O S H H H H H C C C C C CH2OH OH OH OH OH O Atome und Moleküle ordnen sich in charakteristischer Art und Weise an und bilden dadurch Zellstrukturen. Zellstrukturen Gleichartige Zellen können sich aneinanderlagern und dadurch Gewebe ausbilden. Gewebe Mehrere Organe können als Organsystem im Organismus zusammenarbeiten. Organismus Verschiedene Gewebe können ein Organ bilden. Organe/Organsysteme Abb. 4.2.1Vom Atom zum Organismus Vom Atom zur Zellstruktur Organismen enthalten – im Gegensatz zur unbelebten Materie – besonders viele große Moleküle. Diese Moleküle lagern sich aneinander und bilden Zellstrukturen. Vom Atom zum Molekül Dass Atome sich zu Molekülen zusammenschließen können, weißt du bereits (vgl. Seite 57). In Organismen kommen besonders viele Makromoleküle vor. Vom Molekül zur Zellstruktur Alle Organismen – vom Bakterium bis hin zum Menschen – bestehen aus Zellen. Zellen besitzen innere Strukturen wie den Zellkern oder die Zellmembran. Diese Zellstrukturen entstehen durch die Aneinanderlagerung von Molekülen. Die Zellmembran ist z.B. aus Phospholipiden und Proteinen aufgebaut. Phospholipide sind Makromoleküle, die C-, H-, O-, P- und manchmal auch N-Atome enthalten. Moleküle wie die Phospholipide können sich zu größeren Strukturen zusammenlagern. 2 Zur Erinnerung: Makromoleküle sind besonders große Moleküle, die aus vielen Atomen bestehen (vgl. Seite 62). Sie sind organische Verbindungen. Diese enthalten Kohlenstoffatome und meist auch Wasserstoffatome. Eukaryontenzelle In einer Eukaryontenzelle können mithilfe eines Elektronenmikroskops viele Zellstrukturen sichtbar gemacht werden. Abb. 4.2.2Eukaryontenzelle Zellkern Zellmembran Kernmembran Membran, die Der Begriff Membran kommt aus dem Lateinischen und bedeutet Häutchen. Membranen sind dünn und leicht verformbar. Phospholipid, das Die Vorsilbe „phospho“ (nicht „phosphor“!) in Phospholipid deutet auf das Vorhandensein von P-Atomen hin. Naturwissenschaften HAK I 153 Kapitel 4: Grundlagen der Biologie Lerneinheit 2: Vom Atom zum Organismus LERNEN 2Vom Atom zum Organismus Sämtliche Materie besteht aus einzelnen Atomen, auch Lebewesen. Damit aus vielen Atomen ein lebensfähiger Organismus entstehen kann, müssen sie in einer ganz bestimmten Art und Weise angeordnet sein. Ü 4.16 Schicksal der Atome A B Das Lebenskennzeichen Stoffwechsel hast du bereits kennengelernt (vgl. Seite 135). Überlege, was mit einem Atom, das du mit der Nahrung aufgenommen hast, im Zuge des Stoffwechsels passieren kann. Überblick: Vom Atom zum Organismus Egal, wie groß ein Organismus ist und aus wie vielen Zellen er aufgebaut ist, im Grunde besteht er aus kleinsten Teilchen, den Atomen. Ü 4.17 Vorwissen sammeln A C a) Mit Atomen habt ihr euch in diesem Schuljahr bereits beschäftigt. Sammelt in Kleingruppen euer Wissen über Atome und ihre Eigenschaften. b)Erkläre einer Partnerin oder einem Partner, was man unter einem Atom, einem Molekül und einem Makromolekül versteht. c) Nenne mindestens zwei Makromoleküle, die in Organismen häufig vorkommen. Gib auch an, aus welchen Atomen sie bestehen. Atome können „recycelt“ werden Daher kann ein Mensch Atome enthalten, die schon Teil eines Dinosauriers waren oder vielleicht auch Bestandteil einer Zelle im Gehirn von Newton. 1 Lithiumatom Zur Erinnerung: Wir wissen heute, dass Atome aus noch kleineren Teilchen bestehen. Auf Seite 72ff. kannst du die Entwicklung der Atommodelle und den Aufbau der Atome noch einmal nachlesen. 152 Naturwissenschaften HAK I Ü 3.51 Rohstoffe für alkoholische Getränke B C Aus vielen unterschiedlichen kohlenhydratreichen Früchten und Gewächsen können alkoholische Getränke hergestellt werden. Erhebe die Ausgangsstoffe (Früchte, Gewächse) folgender Getränke: Cidre (Cider), Champagner, Whisky, Rum, Wodka. Ü 3.52 Alkoholgehalt alkoholischer Getränke B C Ordne die Getränke in Tab. 3.3.1 auf Seite 158 nach ihrem Alkoholgehalt. Beginne mit den Getränken, die den geringsten Alkoholgehalt aufweisen. Die alkoholische Gärung Gärungen sind Stoffwechselprozesse, bei denen Mikroorganismen organisches Material zersetzen. Sie werden in der Lebensmittelindustrie häufig eingesetzt. Es gibt neben der alkoholischen Gärung auch andere Gärungen, z.B. die Milchsäuregärung bei der Herstellung von Joghurt und Sauerkraut. Die alkoholische Gärung, die zur Herstellung von alkoholischen Getränken genutzt wird, läuft anaerob ab, das bedeutet, dass kein Sauerstoff dafür notwendig ist. Die Gleichung dazu lautet: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 Glucose Ethanol + Kohlenstoffdioxid Die Gärung stoppt, wenn der Zucker verbraucht ist oder sobald das Reaktionsgemisch einen Prozentsatz von ca. 10–15% Ethanol erreicht hat. Ab diesem Ethanolgehalt vergiften die Hefen sich selbst. Wenn ein höherer Alkoholgehalt gewünscht ist, müssen die Getränke destilliert werden. Das Herstellen alkoholischer Getränke ist insgesamt nicht so leicht, wie es den Anschein haben mag – es reicht nicht, die Weintrauben und Hefe zu vermischen und darauf zu warten, dass daraus Wein entsteht. Die Verfahren zur Herstellung von Bier und Wein zählen zu den ältesten Kulturtechniken der Menschheit (Bier ca. 10000 Jahre v.Chr., Wein ca. 6000 Jahre v.Chr.) und sind über den langen Entwicklungsprozess sehr komplex geworden. Ü 3.53 Bier- und Weinherstellung B Bildet Gruppen und wählt ein Herstellungsverfahren für ein alkoholisches Getränk aus, das ihr vorstellen wollt: Weißweinherstellung, Rotweinherstellung, Bierproduktion … Recherchiert über die Geschichte und den Herstellungsprozess eures gewählten Produkts und präsentiert eure Ergebnisse vor der Klasse (ca. 15 Minuten). Tipp: Wenn eure Lehrperson einverstanden ist, könnt ihr eine Exkursion zu einem Winzer oder in eine Brauerei in eurer Nähe organisieren und den Herstellungsprozess live miterleben. Alkoholische Gärung und Destillation Die Verfahren zur Herstellung von Alkohol sind seit Jahrtausenden bewährt. Probiere hier selbst aus, was Hefen können, wie die alkoholische Gärung abläuft und wie man mittels Destillation die Alkoholkonzentration erhöhen kann. Apfelweinansatz mit Hollerblüten Bei der Gärung entsteht neben dem gewünschten Alkohol viel Kohlenstoffdioxid. Die Gasentwicklung ist hier deutlich zu sehen. Naturwissenschaften HAK II 159 Kapitel 3: Chemische Bindungen und Reaktionen Lerneinheit 3: Alkohol und Essig Ausgangsstoffe für die alkoholische Gärung Für die Erzeugung von Wein werden Weintrauben verwendet. Weinähnliche Getränke entstehen aus der Vergärung anderer Früchte, z.B. Apfelwein durch die Vergärung von Äpfeln. Zur Bierherstellung wird Getreide genutzt, hauptsächlich Gerste, aber auch Weizen (Weizenbier). Höherprozentige alkoholische Getränke (Spirituosen) werden ebenfalls durch alkoholische Gärung gewonnen. Um den Alkoholgehalt zu heben, wird die vergorene Masse anschließend destilliert. Dabei sinkt der Gehalt an Wasser und der Alkoholgehalt steigt. Bei einer einmaligen Destillation wird etwa 40% Alkoholgehalt erreicht. In Tab. 3.3.1 findest du eine Auswahl handelsüblicher alkoholischer Produkte und ihre Ausgangsstoffe, es gibt natürlich viele weitere: Wein Rotwein/Rosewein Weißwein Rote Trauben dienen als Ausgangsstoff für Rot- und Rosewein. Aus weißen Trauben wird Weißwein hergestellt. Bier Bier Weizenbier Die Gerste dient als Ausgangsstoff für die meisten Biersorten. Auch aus Weizen kann Bier gebraut werden. Spirituosen Obstbrand Tequila Je nach verwendeter Obstsorte unterscheidet man Marillenschnaps, Birnenschnaps etc. Tequila wird aus dem Herzen der blauen Agave (Agave tequilana Weber) gewonnen. Tab. 3.3.1Alkoholische Produkte und ihre Ausgangsstoffe Weinproduktion in der Wachau Die Weinproduktion beginnt mit den Trauben am Weinberg. Je mehr Sonneneinstrahlung sie ausgesetzt sind, desto höher ist ihr Zuckergehalt. Der Zucker wird von Mikroorganismen bei der alkoholischen Gärung in Ethanol umgewandelt. 158 Naturwissenschaften HAK II Blick ins Buch
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