5. – 13. Schuljahr

Stefan Schwarzer und Ilka Parchmann in Zusammenarbeit mit Dennis Hübner und Johannes Wahler (DELO Industrie Klebstoffe GmbH) sowie mit Florian Liesener, Bernd Pachaly und Joachim Zdzieblo (Wacker Chemie AG)

Strukturen nach Maß

Von der chemischen Forschungsidee zu Erkenntnissen und Produkten

Viele Schülerinnen und Schüler haben nur sehr begrenzte Möglichkeiten, eigene Einblicke in aktuelle chemische Forschungs- und Innovationsprozesse an Hochschulen sowie der Industrie zu erhalten. Demnach fällt es womöglich schwer, die Wertschöpfungskette von einer Forschungsidee zu einer Erkenntnis oder sogar einem konkreten Produkt nachzuvollziehen. Wie werden Produkte nach Maß, die nicht selten einen Anwendungsbezug haben, heutzutage entwickelt und hergestellt? Möglichkeiten zur Erlangung der erwähnten Einblicke mögen Besuche in Unternehmen, forschungsnahen Schülerlaboren oder die längerfristige Arbeit an eigenen Projekten im Rahmen von regelmäßigen Aufenthalten in Schülerforschungszentren sein [1,2].
Zu verstehen, wie die Umsetzung der von Kunden nachgefragten Anforderungen an Werkstoffe verläuft oder was es bedeutet, fundamental Neues zu finden, also einer echten Grundlagenforschung nachzugehen, wird in den Beiträgen dieses Themenheftes behandelt, um weitere motivierende Zugänge für den Chemieunterricht zu schaffen. Zielsetzung ist es, Schülerinnen und Schüler neugierig auf die Chemie zu machen, um auch zukünftige Innovation durch chemische Berufsperspektiven zu fördern. Deutschland gilt als Land, das gute Möglichkeiten bietet, chemische Grundlagenforschung zu betreiben, auch wenn der Rechtfertigungsdruck für Forschende zunimmt, Anwendungsbezug zu zeigen [3].
Die Themenschwerpunkte in diesem Heft mit ihren unterschiedlichen Anforderungen knüpfen an die Inhalte verschiedener Jahrgänge an. Immer wird ein Bezug zu chemischen Struktur-Eigenschafts-Beziehungen hergestellt. In Ergänzung zu den Themenheften „Struktur und Eigenschaften [4] und „Materialien für die Zukunft [5] wird dabei auch auf die Personengruppen und ihre Arbeitskontexte in Wissenschaft sowie Unternehmen eingegangen. Die drei übergeordneten schulrelevanten Themengebiete Polymere, Metalle/Magnetfelder und Säuren strukturieren dieses Heft und stellen Kontextbezüge her.
Ergänzend erlauben in diesem Basisartikel die Forschungsabteilungen der DELO Industrie Klebstoffe GmbH und der Wacker Chemie AG zu den Themen „Entwicklung von Displayklebstoffen und „Silicon im 3D-Druck aktuelle Einblicke in ihre Labore.
Forschung im Wandel der Zeit
Wie im Themenheft „Materialien für die Zukunft aufgezeigt, gibt es Werkstoffe seit der Nutzung von natürlichen Materialien und deren Verarbeitung. Seitdem sind die Werkstoffe auch oder gerade durch die Entwicklung der Chemie als Wissenschaft und Industriezweig optimiert und weiterentwickelt worden, z.B. Kunststoffe als Werkstoffe nach Maß mit vielen veränderbaren und damit spezifisch adaptierbaren Eigenschaften (s. z.B. [6]).
Für viele aktuelle Themen hat die Chemie eine entscheidende Bedeutung für die Entwicklung zukunftsweisender Produkte (s. hierzu insbesondere auch [7]), z.B. im Energiesektor (Oberflächen und Magneten in Windkraftanlagen, Batteriesysteme), im Medizinsektor (Nanotechnologie, Sensoren), im Bausektor (Isolationsmaterialien, Straßenbau) oder der Ernährungswissenschaft (technologische Zusatzstoffe) und der Landwirtschaft (Dünger).
Mit zunehmender Ausdifferenzierung und Spezialisierung der Fachdisziplinen, wie der Anorganischen Chemie oder der Theoretischen Chemie, nahm und nimmt auch die Notwendigkeit für eine interdisziplinäre, internationale Zusammenarbeit zu. Neben den klassischen Realexperimenten sind es Theoretiker, die stabile Zustände von Molekülen am Computer vorhersagen. Materialwissenschaftler überprüfen im Wesentlichen neue chemische Verbindungen auf ihre Anwendbarkeit und Eigenschaften in Produkten hin. Vergleicht man die heutigen Arbeitsweisen von...

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