WinFunktion Chemie & Biologie Me2

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Lizenzbedingungen: Das Programm und alle Bestandteile sind urheberrechtlich geschützt. Der Käufer/Die Käuferin erhält das Recht zur Nutzung des Programms an einem Computerarbeitsplatz. Dieses Recht ist nicht übertragbar, vermietbar oder verleihbar. Es ist untersagt, die Inhalte der CD-ROM zu verändern, zu vervielfältigen, zu vermieten, auf andere Datenträger zu übertragen und zu nutzen. Alle Urheber- und Leistungsrechte vorbehalten. Verlag und Autor haften für keine Schäden, die sich aus der Verwendung der CD-ROM ergeben. Vor Installation einer neuen Software – so auch bei WinFunktion Chemie & Biologie Me 2 – sollten Sie ein Backup Ihrer Daten vornehmen. Die Informationen im vorliegenden Handbuch werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Datenschutz veröffentlicht. Warennamen werden ohne Gewährleistung der freien Verwendbarkeit benutzt. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen sowie Material auf dem beiliegenden Datenträger wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können fehlerhafte Angaben und deren Folgen nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler sind Verleger und Herausgeber dankbar. Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Die gewerbliche Nutzung der in diesem Buch gezeigten Modelle und Arbeiten ist nicht zulässig.

Copyright © 2001 bhv Verlags GmbH Bürohandels- und Verlagsgesellschaft mbH Novesiastr. 60 41564 Kaarst Gebührenfreie Hotline: 0800/2484685 [email protected] www.bhv.net

05

04 03

10

9 8

02 01

7 6

5 4 3

2 1

1. Auflage

ISBN 3-8287-7517-9 Printed in Italy

4

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Inhalt 1

2

3

Einleitung

11

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

12 13 14 14 15 15 18

Dieses Handbuch Benötigte Hard- und Software Installation unter Windows 95, 98, 2000, NT, Me Das Installationsprogramm Deinstallation von WinFunktion Programmstart Tutor (Berater)

Formelsammlung und Lexikon

20

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9

20 23 24 24 25 26 28 29 31

Lexikon Begriffssuche Lesezeichen Drucken einer Lexikonseite Listen im Lexikon Tier- und Pflanzenlexikon Abbildungen zur Chemie und Biologie Videos zur Biologie und Chemie Chemie-Biologie-Quiz

Periodensystem

34

3.1 3.2 3.3

34 40

3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9

Periodensystem der Elemente Optionen zum Periodensystem Geschichte des Periodensystems, Entdeckung der Elemente Hauptgruppen Nebengruppen Elementsuche Elementvergleich Elementinformation Elementeigenschaften

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

42 43 45 46 48 49 51

5

3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 4

Verbindungen 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24

6

Tabelle chemischer Elemente Atom- und Ionenradien Diagramme chemischer Größen Rutherford-Experiment Bohrsches Atommodell Elektronenbelegung Darstellung von Orbitalen Stabile Isotope Isotopentafel Radioaktiver Zerfall Bleiakkumulator Spektralzerlegung

53 54 55 57 59 60 64 67 69 72 73 75 79

Stöchiometrisches Rechnen Stöchiometrie / Mischung Oxidation-Reduktion Bindungscharakter Chemie interaktiv Moleküle Freie Bewegung der Moleküle Aminosäuren Bibliothek chemischer Verbindungen Eigenschaften chemischer Verbindungen Strukturformeln pH-Wert Entropie, Bildungsenthalpien, Lösungsmittel Gefahrenstoffe Chemische Berechnungen Erweiterung der Berechnungsbibliothek Grafische Darstellung Materialkonstanten Raumgitter Mineralien Clusterbildung Aggregatzustände Gleichgewichtslage Verbrennungsanalyse

79 82 84 85 86 92 96 97 98 99 101 102 105 106 109 113 115 130 131 134 135 137 138 141

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

5

6

7

Biologie

143

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10 5.11 5.12 5.13 5.14

143 145 147 150 152 154 156 157 159 161 163 165 166 168

Genetischer Code Eiweiß-Synthese DNA-Bausteine 1. Mendelsches Gesetz 2. Mendelsches Gesetz 3. Mendelsches Gesetz Geschlechtsvererbung Blutgruppenvererbung Genetische Distanz Zeitliche Entwicklung der Genotyp-Verteilung Diffusion und Mischung Osmose Brownsche Bewegung Räuber-Beute-System

Organismen

172

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10 6.11

172 173 177 178 180 184 186 187 189 190 191

Tier- und Pflanzenfotos Systematik des Tierreichs und des Pflanzenreichs Tier- und Pflanzenliste Tierische Zelle Mitose, Meiose Wirbeltier-Organe Pflanzliche Zelle Gebirgspflanzen Fortbewegung von Tieren Tierreich in Zahlen Expertensystem

Mensch

193

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

193 195 196 198 199 201

Anatomie / Aufbau des menschlichen Körpers Histologie Bildentstehung am Auge Augenfehler Farbwahrnehmung Farbmischung

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

7

7.7 7.8 7.9 7.10 7.11 7.12 7.13 8

202 203 204 207 209 210 212

Datei 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

9

Braille-Schrift Nahrungsmittel Alkohol-Spiegel Lebenserwartung Gedächtnistest Gedächtnistest 2 Biorhythmus

215 Taschenrechner Maßeinheiten Kalender Optionen Ende

215 218 221 224 226

Bemerkungen

227

9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9

227 227 228 229 230 232 233 236 238

Aufruf des Hilfetextes Drucken Vollständige Installation WinFunktion in einem Netzwerk Implementierte Funktionen Tastaturbelegung Aufgetretene Probleme Literaturverzeichnis ... zum Abschluss

Anhang A

239

Anhang B

241

Anhang C

257

8

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

„Merkwürdig ist es immer, dass alle diejenigen, die diese Wissenschaft ernstlich studieren, eine Art Leidenschaft dafür fassen.“ Gauß 1808 an Bolyai

1

Einleitung

Naturwissenschaftliche Fragestellungen und Aufgaben, sei es in der Schule, im Studium oder zu Hause, können mithilfe von Personalcomputern und entsprechenden Programmen beantwortet und gelöst werden. Das Programm WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 gibt Ihnen die Möglichkeit, Unterprogramme zu chemischen und biologischen Problemstellungen zu nutzen. Aufgabe dieses Programms soll es sein, Lehrern, Schülern, Studenten und allen anderen naturwissenschaftlich Interessierten Unterstützung zu geben. Schwerpunkt wird dabei auf eine optische Veranschaulichung der chemischen Zusammenhänge, umfangreiche Datenbanken (u.a. ein Pflanzen- und Tierlexikon) und eine unkomplizierte Handhabung, aber auch auf fachliche Exaktheit gelegt. Dieses Programm ist eine umfangreiche Sammlung mathematisch-chemischer und grafischer Routinen und bietet Antwort auf eine Vielzahl von chemisch-biologischen Problemen. Rund 125 Unterprogramme aus einer Vielzahl chemischer und biologischer Bereiche gewährleisten ständige Unterstützung. Insbesondere für eine gymnasiale Ausbildung kann WinFunktion sehr gut genutzt werden. WinFunktion ist kein Lernprogramm im eigentlichen Sinn, d.h., der Programmanwender muss den jeweiligen Lehrstoff kennen, da mit diesem Programm größere Lücken im naturwissenschaftlichen Wissen nur schwer oder gar nicht geschlossen werden können. WinFunktion versteht sich vielmehr als ein Bindeglied zwischen didaktisch aufbereiteten Lernprogrammen und reinen Nachschlagewerken und Lexika zur Chemie und Biologie und kann weder in die eine noch in die andere Kategorie eingeordnet werden. Daraus resultiert auch, dass es nicht möglich ist, eine Empfehlung zu geben, für welche Klassenstufen oder Schulformen dieses Programm besonders geeignet ist. Damit ist WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 kein Ersatz für einen guten Chemie- und Biologieunterricht oder eine evtl. notwendige Nachhilfe. An chemischen, biologischen und mathematischen Vorkenntnissen zum erfolgreichen Benutzen von WinFunktion – Chemie & Biologie reicht im Wesentlichen der grundlegende Lehrstoff einer Realschule oder eines Gymnasiums.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

11

Allerdings sind in WinFunktion auch Programmteile enthalten, für deren Nutzung Abiturwissen vorausgesetzt werden muss. In diesen Unterprogrammen, welche weitergehende Kenntnisse verlangen, hilft Ihnen dieses Handbuch. Soweit es nötig ist, werden Hinweise zu chemischen Sachverhalten gegeben und an Beispielen erläutert, sodass Sie WinFunktion nicht nur zur Erleichterung Ihrer praktischen Aufgaben der Chemie und Biologie nutzen können, sondern an der einen oder anderen Stelle vielleicht auch etwas lernen werden.

1.1

Dieses Handbuch

Dieses Handbuch enthält wichtige Informationen zur Installation, Bedienung und Funktionsweise des Programms. Auf fachliche Hintergründe und Details wird nur soweit eingegangen, als sie zum Verständnis und zur Anwendung des Programms von Bedeutung sind. Die Einteilung der Kapitel orientiert sich im Wesentlichen an der Aufteilung der Programmmenüs. Die Auswahl der Überschriften und der Zwischenüberschriften erfolgte ebenso nach den Benennungen der zur Verfügung stehenden Menüs. Die letzten Kapitel enthalten Informationen zur Anwendung und zum optimalen Umgang mit dem Programm. Typografische Konventionen Zur leichteren Orientierung wurden im Handbuch einige typografische Konventionen eingehalten: Kursiv gesetzte Wörter im Text verweisen auf Unterprogramme, die über Pulldown-Menüs oder Popup-Menüs aufgerufen werden können. Außerdem werden Schalter in Unterfenstern und Dialogboxen so hervorgehoben. Einige Absätze sind so markiert wie dieser. Hier finden sich ganz spezielle Hinweise, beispielsweise über bestimmte Leistungsgrenzen des Programms. So markierte Absätze enthalten Hinweise, die in jedem Fall beachtet werden müssen, um fehlerhafte Berechnungen oder falsche grafische Darstellungen zu vermeiden.

12

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

1.2

Benötigte Hard- und Software

WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 stellt die folgenden Anforderungen an das Computersystem: u

IBM-PC mit Pentium CPU 300 MHz oder 100% kompatibler Rechner

u

mindestens 64 MByte RAM-Speicher

u

SVGA-Grafikkarte (True-Color-Farbendarstellung unter Windows mit mindestens 800 x 600 Pixel Auflösung)

u

CD-ROM-Laufwerk

u

die Benutzeroberfläche Windows 95, 98, 2000, NT, Me

u

20 MByte freier Speicherplatz auf der Festplatte

Die hier genannten Anforderungen sind Mindestanforderungen. Je schneller und leistungsfähiger das Computersystem ist, desto leichter kann man mit WinFunktion arbeiten. Für eine zügige Arbeit mit WinFunktion ist ein Pentium 600 MHz mit 64 MByte Hauptspeicher, Windows 2000, 24fach-CD-ROM-Laufwerk und eine schnelle Festplatte oder ein noch leistungsstärkerer Rechner zu empfehlen. Ein Einsatz des Programms bei einer Grafikauflösung von 640 x 480 Pixel ist nicht möglich!!! Dieser Hinweis ist unbedingt zu beachten, da bei einer zu geringen grafischen Auflösung Ihres Windows-Systems das Programm nicht gestartet werden kann. Beachten Sie bitte, dass Sie zur Nutzung aller Möglichkeiten des Programms die CD-ROM in Ihr Laufwerk einlegen müssen. Dies gilt praktisch für alle Teilprogramme, da die in WinFunktion enthaltenen Darstellungen und Fotografien zur „Schonung“ der Festplatte nicht installiert werden, sondern auf der CD-ROM verbleiben. Möchten Sie die CD nicht einlegen müssen, so lesen Sie bitte im Abschnitt 9.3 Vollständige Installation nach. Anmerkung Bitte füllen Sie während des Installationsvorgangs die Registrierkarte aus und senden Sie diese anschließend an den bhv-Verlag. Sie sichern sich dadurch Ihren Anspruch auf kostenlosen Support und geben dem

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

13

Programmautor die Chance, die Software durch Ihre Anregungen und Wünsche noch besser zu machen.

1.3

Installation unter Windows 95, 98, 2000, NT, Me

Im Startmenü klicken Sie auf den Programmpunkt Ausführen. In die Eingabezeile der Dialogbox geben Sie dann d:\install.exe

ein (wobei d: für Ihr CD-ROM-Laufwerk steht). Beachten Sie bitte, dass die CD nicht automatisch gestartet wird, selbst wenn Ihr CD-ROM-Laufwerk einen automatischen Start unterstützt. Damit wird gewährleistet, dass Ihr Computer nicht jedes Mal, wenn Sie die CD einlegen, versucht das Programm nochmals zu installieren.

1.4

Das Installationsprogramm

Nach Betätigung des Schalters Start erscheint die Aufforderung, die entsprechenden Verzeichnisse festzulegen. Am einfachsten ist die Installation, wenn die voreingestellten Optionen bestätigt werden. Nach OK bzw. RETURN werden das Zielverzeichnis angelegt und alle gepackten Dateien in dieses kopiert und entpackt. Anschließend erzeugt das Installationsprogramm einen neuen Ordner WinFunktion – Gruppe, trägt die Symbole des Programms und der Hilfe ein und startet – auf Wunsch – Ihr neues Programm. Zur Laufzeit von WinFunktion müssen alle Dateien (außer den Beispieldateien) im Arbeitsverzeichnis und dessen Unterverzeichnissen vorhanden sein. Beachten Sie weiterhin, dass für den korrekten Ablauf der Installation und des Programms WinFunktion Ihr Windows-System alle zum Originallieferumfang von Windows gehörenden Dateien enthalten muss. Sollten Sie Ihre Windows-Verzeichnisse verschlankt und scheinbar nutzlose Windows-Systemschriften entfernt haben, so sind Probleme im Fenster-

14

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

aufbau von WinFunktion unausweichlich. Bitte installieren Sie die Systemfonts wieder. Während der Installation werden verschiedene Verzeichnisse eingerichtet. In den jeweiligen Unterverzeichnissen finden Sie zusätzliche Dateien, welche die einwandfreie Arbeit von WinFunktion garantieren. Benennen Sie diese Verzeichnisse niemals um oder kopieren Sie Einzeldateien in andere Verzeichnisse. Sie gefährden dabei die korrekte Arbeitsweise von WinFunktion. Bemühen Sie sich aus Übersichtlichkeitsgründen, mit WinFunktion erstellte Grafiken, Textdateien usw. in den vorgesehenen Unterverzeichnissen abzuspeichern. Beachten Sie: Eine Vielzahl von WinFunktion-Hilfsdateien wären theoretisch mit einem einfachen Texteditor les- und veränderbar. Bitte nehmen Sie keine Änderungen vor, da im Programm für jede Datei eine bestimmte innere Struktur vorausgesetzt wird. Derartige zusätzliche, nicht von WinFunktion selbst gesteuerte Veränderungen werden nicht überprüft und führen somit in den meisten Fällen zu einem Programmfehler und -abbruch.

1.5

Deinstallation von WinFunktion

Möchten Sie dieses Programm wieder löschen, so genügt es, das WinFunktion-Verzeichnis vollständig zu löschen. Öffnen Sie dazu den Windows-Explorer, markieren Sie das WinFunktion-Verzeichnis (bei Grundinstallation C:\WINPOL\WINCHEM) und wählen Sie Löschen. Nach der Bestätigung der Rückfrage entfernt Windows das Programm WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2.

1.6

Programmstart

Das Programm wird normalerweise aus dem Startmenü von Windows gestartet. Dazu wird das Programmsymbol mit der Maus angeklickt. Das Programm meldet sich mit dem Hauptfenster.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

15

Aktionsschalter Neben dem in Windows üblichen Unterprogrammaufruf über Menüs und voreingestellte Tastencodes besitzt das Programm im unteren Teil des Hauptfensters (bei Anzeige des Lexikons!) acht Aktionsschalter, über welche oft benötigte Routinen des Lexikons schnell aufgerufen werden können. Ein einfacher Mausklick auf einen der Schalter ruft die jeweilige Routine auf. Von links nach rechts bewirken die Schalter: u

Zu- und Abschalten des Lexikons

u

Im Lexikon 10 bzw. 1 Seiten zurückgehen

u

Im Lexikon 1 bzw. 10 Seiten vorwärtsgehen

u

Start der Begriffssuche

u

Aufruf der Lesezeichen

u

Vorher angezeigte Seite wiederherstellen

16

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

wobei das Weiterschalten im Lexikon nur möglich ist, wenn dieses auch aufgerufen wurde. Zum schnellen Wechsel der Seiten können Sie auch mit den Tasten I und W zur vorhergehenden und nachfolgenden Seite schalten, mit den Tasten H + I und H + W um jeweils 10 Seiten. Innerhalb des Hauptfensters sowie der grafischen Darstellung bewirkt ein rechter Mausklick das Erscheinen eines gleitenden Menüs (PopupMenü), welches häufig zu nutzende Menüpunkte enthält. Jedes Unterprogramm von WinFunktion läuft innerhalb eines eigenen Fensters ab. In diesen gelten die unter Windows gewohnten Eingabestandards. Neben Markierungs- und Schaltfeldern finden Sie Eingabezeilen, Rollbalken, Bitmaps, Listboxen mit und ohne Rollbalken, Menübefehle und Aktionsschalter. Jeweils ein Schalter ist voreingestellt. Dieser kann mit Ü aktiviert werden. Zwischen den Feldern kann mit der T-Taste umgeschaltet werden. Selbstverständlich erreicht man jedes durch den Anwender veränderbare Feld mit einem Mausklick. Beachten Sie, dass für die korrekte Darstellung der Fenster Ihr Windows-System mindestens mit 16 Bit Farbtiefe (High-Color) eingestellt sein muss. Andernfalls wird das Hintergrundbild verfälscht. Zum Umstellen der Farbtiefe können Sie unter Windows den Menüpunkt Einstellungen | Systemsteuerung | Anzeige | Einstellungen nutzen. Zwischenablage Zur Erleichterung der Arbeit können Sie eine besondere Eigenschaft von Windows nutzen, die Zwischenablage (Clipboard). In jeder Eingabezeile können Sie bei festgehaltener H-Taste (Shift) einen Text mittels Maus oder Cursortasten markieren. Mittels Tastenkombination S+* kopieren Sie diesen in die Zwischenablage. In eine andere Eingabezeile fügen Sie diesen Text mit H+* ein. Markierten Text können Sie mittels H+_ löschen. Grundfunktionen Aus allen Dialogboxen und Unterfenstern kehren Sie über den Menüpunkt Ende, die E-Taste oder das Systemmenü des Fensters in den aufrufenden Dialog bzw. das WinFunktion-Hauptfenster zurück. Jede Menüzeile enthält einen Eintrag ? (Hilfe), mit welchem Sie die Online-Hilfe zum aktuellen Fenster aufrufen können. Geben Sie in den einzelnen WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

17

Routinen nicht auswertbare Zahlen, Wörter usw. ein oder versuchen Sie eine nicht zugelassene Operation, erscheint eine Fehlermeldung. Zur Weiterarbeit bestätigen Sie mit Ü. Sie können jedoch mit dem Schalter Hilfe eine weitergehende Erklärung des Fehlers erhalten. Lesen Sie bei auftretenden Problemen zuerst im Hilfetext nach. Probieren führt selten zum Ziel. Fenster drucken und kopieren In allen Unterfenstern des Programms haben Sie die Möglichkeit, den aktuellen Fensterinhalt entweder auf Ihrem Drucker auszugeben oder in die Zwischenablage zu kopieren. Nutzen Sie dazu die Menüpunkte Bearbeiten | Fenster drucken und Bearbeiten | Fenster kopieren. Vor dem Ausdruck können Sie über Bearbeiten | Druckereinstellung noch einige Optionen für den Ausdruck verändern.

1.7

Tutor (Berater)

WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 ist ein umfangreiches Programmpaket, welches gerade den Neueinsteiger bei der Auswahl des gewünschten Unterprogramms überfordern kann. Trotz Studium des Handbuchs ist es oft nicht einfach, zu entscheiden, in welchem Teilprogramm das zu lösende Problem eingegeben werden soll. Hier hilft der Tutor. Wählen Sie im Menü den Punkt ? | Tutor, so zeigt das Programm eine Seite des Lexikons an, welche alle vorhandenen Teilprogramme mit ihren jeweils enthaltenen Aufgabenstellungen enthält, die Sie mithilfe von WinFunktion bearbeiten können. Klicken Sie doppelt mit der Maus auf den Namen des Teilprogramms oder die genannte Aufgabenstellung in der Liste, so ruft das Programm automatisch das empfohlene Unterprogramm bzw. Zusatzprogramm auf und erleichtert Ihnen so die Suche im Handbuch oder in den Menüzeilen des Programms. Darüber hinaus können Sie auf einer Vielzahl von Seiten des Lexikons und der Formelsammlung Teilprogramme starten, indem Sie mit der Maus auf mit schwarzem Text auf gelbem Hintergrund hervorgehobene Teilprogrammnamen klicken. Im Weiteren werden nun alle in WinFunktion – Chemie & Biologie und seinen Zusatzprogrammen enthaltenen Unterprogramme vorgestellt. Zum Kennen-

18

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

lernen der Unterprogramme sollten Sie weiterhin die genannten Beispiele ausprobieren, denn ... „Nun“, antwortete der Pelikan bereitwillig, „man begreift es am besten, indem man es macht.“ L. Carroll, ‘Alice im Wunderland’

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

19

2

Formelsammlung und Lexikon

2.1

Lexikon

Während der Arbeit mit diesem Chemie- und Biologieprogramm werden Situationen eintreten, wo Sie Informationen zu chemischen Inhalten, eine Gleichung, Tabellenwerte oder Ähnliches benötigen. Da entsprechend der Erfahrung das notwendige Buch meist nicht greifbar ist, enthält WinFunktion selbst ein Nachschlagewerk, eine Formelsammlung mit integriertem Lexikon. Nach dem Start von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 können Sie das Lexikon sofort nutzen. Um dieses Lexikon einzuschalten, wählen Sie den Menüpunkt Datei | Lexikon oder den rechten, bei ausgeschaltetem Lexikon einzigen sichtbaren Aktionsschalter . Ein Tastendruck ? schaltet das Lexikon ebenfalls ein oder aus. Achtung! Sehr wichtig! Die Nutzung des Lexikons ist nur möglich, wenn sich in Ihrem CD-ROM-Laufwerk die Original-CD WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 befindet, da sich die Bitmaps auf der CD-ROM befinden und bei der Programminstallation nicht auf Ihre Festplatte kopiert werden. Die Formelsammlung mit Lexikon besteht aus drei Teilen: u

chemische Beziehungen und Tabellen

u

Biologie mit Tier- und Pflanzenlexikon und

u

Biografien bedeutender Wissenschaftler

mit gegenwärtig rund 2100 Seiten. Sie haben mehrere Möglichkeiten, durch dieses Buch zu blättern. Zum im unteren Teil des einen können Sie die vier Aktionsschalter Fensters nutzen. Des Weiteren können Sie mit den Cursor-Tasten I und W zur jeweils vorhergehenden oder nachfolgenden Seite umschal-

20

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

ten. Mit der Tastenkombination H + I bzw. H + W springen Sie jeweils 10 Seiten weiter. Besonders schnell können Sie Ihr gesuchtes Thema durch Auswahl eines Schlagworts im Inhaltsverzeichnis des Startfensters aufrufen. Markieren Sie dazu einen Eintrag der Inhaltsverzeichnis-Liste und betätigen Sie Ü bzw. klicken Sie mit der linken Maustaste zweimal auf das Gewünschte. WinFunktion zeigt Ihnen daraufhin die entsprechende Seite des Lexikons an. Einträge in der Inhaltsliste, welche mit der Endung [TP] markiert sind, bezeichnen Teilprogramme von WinFunktion. Wählen Sie einen solchen Eintrag aus, wird das zugehörige Unterprogramm sofort gestartet.

Die aufgenommenen Gleichungen, Sätze und Beziehungen wurden sorgfältig ausgewählt und übertreffen bei weitem den durchschnittlichen Inhalt eines in der gymnasialen Ausbildung üblichen Lexikons mit Formelsammlung.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

21

Anmerkung: Das Lexikon mit Formelsammlung wird nur korrekt dargestellt, wenn auf Ihrem System die True-Type-Schrift Times (gehört zum Standard-Lieferumfang von Windows) vorhanden ist. Sollten sich dennoch Schwierigkeiten ergeben, z.B. über den Seitenrand hinausragende Zeilen, so ändern Sie bitte mit einem Texteditor in der Initialisierungsdatei WINCHE.INI die Einträge nach Schriftart= und Schriftgröße= bis zu einem zufrieden stellenden Ergebnis. Zu beachten ist, dass Änderungen in der WINCHE.INI erst bei einem Neustart von WinFunktion wirksam werden. Querverweise im Lexikon Auf der Mehrzahl der Seiten des Lexikons haben Sie die Möglichkeit, schnell zu anderen Seiten zu wechseln, welche weitere Erklärungen zu Begriffen, Personen usw. geben. Solche Querverweise (im Lexikon über 16000) sind mit einer gepunkteten grünen Linie unter einem Wort versehen. Bewegen Sie die Maus auf ein solches Wort, verwandelt sich der Mauszeiger in eine Hand. Klicken Sie nun einmal links, zeigt das Programm sofort die neue Seite an.

Im gezeigten Ausschnitt aus einer Lexikonseite zum Kiebitz finden Sie vier Querverweise zu den Begriffen Pflanzen, Vögel, Eltern und Tiere. Möchten Sie zur vorher angezeigten Seite zurückspringen, betätigen Sie bitte den vorletzten Aktionsschalter Verlauf oder die R-Taste.

22

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Aufruf von Teilprogrammen aus der Formelsammlung Eine interessante und nützliche Möglichkeit besteht in dem Aufruf der Unterprogramme von WinFunktion aus der Formelsammlung heraus. Auf einer Vielzahl von Seiten finden Sie über 300 Einträge der Form

Klicken Sie mit der Maus links auf den farbig unterlegten Begriff, im Beispiel Periodensystem, startet WinFunktion sofort das zugehörige Teilprogramm. So können Sie schnell und gezielt den gewünschten Programmteil aus der Vielzahl der gebotenen Möglichkeiten auswählen. Weiterhin gibt Ihnen ein derartiger Verweis die Möglichkeit, ein Zusatzprogramm zu starten, in dem Sie eine kleine Auswahl von Tiervideos betrachten können. Hinweis für Nutzer von WinFunktion – Chemie & Biologie 2000 oder früheren Versionen: Einige der in vorhergehenden Versionen enthaltenen Teilprogramme sind scheinbar nicht mehr verfügbar, da sie nicht mehr im Menü aufgeführt werden. Dies ist aber in Wirklichkeit nicht der Fall, da diese Teilprogramme nun in das Lexikon integriert wurden. Die dort zu ermittelnden Ergebnisse können Sie nun direkt im Lexikon abrufen.

2.2

Begriffssuche

Zum schnellen Aufruf eines Themas wählen Sie den Menüpunkt Datei | Begriffssuche oder aber den entsprechenden Aktionsschalter . In der angezeigten Dialogbox tragen Sie unter Begriff das gesuchte Wort ein und betätigen Suchen. WinFunktion durchsucht nun alle Seiten des Lexikons und trägt die gefundenen Seiten in die untere Liste ein. Markieren Sie eine der gefundenen Seiten, zeigt das Programm diese sofort an. Das Fenster der „Begriffssuche“ schließen Sie durch einen Mausklick auf das Kreuz rechts oben.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

23

Zum Beispiel finden Sie den Begriff Helium 20-mal in der Formelsammlung mit Lexikon.

2.3

Lesezeichen

Zum schnellen Auffinden wichtiger Seiten der Formelsammlung können Sie Lesezeichen setzen. Rufen Sie diese Dialogbox über Datei | Lesezeichen oder den Aktionsschalter auf, zeigt Ihnen WinFunktion in der oberen Liste Schlagwörter der aktuellen Seite der Formelsammlung. Wählen Sie eins aus und bestätigen Sie mit Neu, nimmt das Programm dieses Schlagwort in die Liste der Lesezeichen auf. Möchten Sie das Lexikon an der Stelle eines Lesezeichens aufschlagen, markieren Sie das Gewünschte in der unteren Liste und wählen Gehe zu.... Ein Doppelklick auf dieses Wort genügt auch. Weiterhin können Sie auch direkt zu einer Seite, deren Seitenzahl Sie kennen, springen. Tragen Sie dazu nach Gehe zu Seitennummer den Wert ein und quittieren Sie mit diesem Schalter.

2.4

Drucken einer Lexikonseite

Über den Menüpunkt Datei | Drucken wird die aktuell angezeigte Lexikonseite auf den angeschlossenen Drucker ausgegeben. Die Wahl und Einstellung des Druckers müssen Sie über Datei | Druckereinrichtung im Hauptmenü vornehmen. Über diesen zweiten Menüpunkt können Sie Höhe und Breite des Ausdrucks millimetergenau einstellen. Beachten Sie unbedingt Folgendes:

24

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

WinFunktion ist so konzipiert, dass der Ausdruck möglichst auf einem Farbdrucker erfolgen sollte. Insbesondere die Vielzahl von Tier- und Pflanzendarstellungen ist nur bei einem farbigen Ausdruck in guter Qualität möglich. Ist dies nicht möglich, so kann praktisch jeder Schwarz-Weiß-Drucker genutzt werden. Dabei kann es aber bei falschen Druckertreibereinstellungen dazu kommen, dass das Hintergrundbild überdeutlich im Druck zu sehen ist – mit der Folge, dass die eigentlichen Informationen der zu druckenden Darstellung schwer leserlich werden. Da auch das Kopieren der Abbildung in die Zwischenablage über den Menüpunkt Kopieren und das Ausdrucken aus einem anderen Programm heraus (z.B. Paint von Windows) das Problem meist nicht löst, liegt kein Fehler von WinFunktion vor. Abhilfe erreichen Sie zumindest, indem Sie unter Druckereinrichtung im Setup des Druckers die Farbmischung auf die Auswahl Keine stellen. Drucken der Seite ohne Hintergrundbild Mit der Version Me 2 haben Sie zusätzlich die Möglichkeit, wahlweise das ganze Fenster oder aber nur die eigentliche Lexikonseite auszudrukken (analog in die Zwischenablage zu kopieren). Unter Datei | Optionen finden Sie den Markierungspunkt Druckbereich erweitern. Ist dieser Punkt nicht markiert, druckt WinFunktion nur den inneren Fensterbereich, d.h. die Lexikonseite. Markieren Sie diesen Punkt, wird der gesamte Inhalt des Fensters auf den Drucker ausgegeben. Voreingestellt ist der Druck der Lexikonseite ohne Hintergrundbild. Unter Umständen erledigt sich damit das oben Gesagte zu „unschönen“ Ausdrucken.

2.5

Listen im Lexikon

Die Lexikonseiten enthalten neben Text und Abbildungen u.a. auch Listen mit zusätzlichen Informationen. Innerhalb dieser Listen können Sie über den Menüpunkt Suche in der Tabelle nach Zeilen suchen bzw. den Inhalt der Liste über den Punkt Druck der Tabelle auf Ihren Drucker ausgeben. Beachten Sie aber bitte, dass diese Listen mitunter recht umfangreich sind und ein Druck durchaus 10 Blatt Papier und mehr benötigt. Zum WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

25

Beispiel würde die integrierte Liste von anatomischen Begriffen immerhin 7 Seiten umfassen, die Mineralienliste sogar 65 Seiten!

2.6

Tier- und Pflanzenlexikon

Innerhalb des Lexikons finden Sie eine Zusammenstellung von Tier- und Pflanzenbeschreibungen. Wollen Sie schnell zum Anfang dieser Abschnitte umschalten, so nutzen Sie die Schlagwörter Tiere bzw. Pflanzen. Für jede in WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 vorgestellte Tier- oder Pflanzenart finden Sie neben einem Foto oder einer Zeichnung Informationen zu Art, deren Vorkommen, Lebensweise usw. sowie weitere interessante Fakten. Auf einigen Seiten können Sie durch einen Mausklick auf eine Ausschrift Video zu einem kleinen Videoclip umschalten.

Gegenwärtig beschreibt das Lexikon rund 465 Tier- und 310 Pflanzenarten. Neben allgemein bekannten Tierarten, z.B. Löwe, Elefant, Koala,

26

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Marienkäfer usw., finden Sie auch etwas weniger bekannte Tiere wie z.B. Bänder-Teju, Erdschnurfüßer, Kudu oder Orca. Innerhalb dieses Lexikons wurde folgende Ordnung eingehalten: Die genannten Tiere wurden entsprechend der allgemeinen Systematik, welche sich an der evolutionären Entwicklung orientiert, sortiert, d.h. beginnend bei Hohl- und Nesseltieren, über Würmer, Insekten, Spinnentiere, Krebse, Weichtiere und Stachelhäuter bis zu den Wirbeltieren, welche nochmals in Knorpel- und Knochenfische, Lurche, Reptilien, Vögel, Beuteltiere und Säugetiere eingeteilt wurden. Eine ausführlichere Übersicht der Systematik der Tier- und Pflanzenwelt finden Sie im Anhang B und C dieses Handbuchs. Innerhalb dieser Gruppen sind die einzelnen Arten alphabetisch aufgelistet. Für die Reihenfolge der Pflanzen wurde, bis auf Niedere Pflanzen (Algen, Moose) und Farnpflanzen, welche am Anfang stehen, die alphabetische Reihenfolge gewählt, ohne auf die Einteilung in Lippen-, Schmetterlingsblütler usw. Rücksicht zu nehmen. Vor dem lexikalischen Teil der Pflanzen enthält WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 eine kleine Zusammenstellung von Pilzen. Hinweis: WinFunktion – Chemie und Biologie Me 2 enthält noch mehr interessante Abbildungen. Unter den Menüpunkten Organismen | Tierfotos und Organismen | Pflanzenfotos finden Sie über 1100 Fotos. Bedrohte Pflanzenarten Trotz des in den letzten Jahren gestiegenen Umweltbewusstseins, konnte sich der Artenschutz leider immer noch nicht den Platz erobern, der ihm gebührt. So sind gegenwärtig ca. 35 % der Farn- und Blütenpflanzen in ihrer Existenz gefährdet, einige Arten in Deutschland und auch in Europa ausgestorben. Von den in Deutschland heimischen 2476 Pflanzenarten sind 862 Arten bedroht. Diese werden in fünf Kategorien eingeteilt. Kategorie 0: verschollen bzw. ausgestorben Kategorie 1: vom Aussterben bedroht, extrem gefährdet Kategorie 2: bedrohte und seltene Arten Kategorie 3 und 4: gefährdete Arten

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

60 Arten 101 Arten 255 Arten 446 Arten

27

Diese Einteilung des Gefährdungsgrades finden Sie bei der jeweiligen Art. Eine weitere Übersicht zu ausgestorbenen bzw. gefährdeten Tier- und Pflanzenarten finden Sie im Lexikon von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 unter dem Schlagwort Ausgestorbene Lebewesen.

2.7

Abbildungen zur Chemie und Biologie

Mit dem Menüpunkt Datei | Abbildungen zur Chemie und Biologie rufen Sie ein Teilprogramm auf, welches Ihnen rund 170 verschiedene Abbildungen chemischer und biologischer Objekte, Minerale sowie Porträts bedeutender Wissenschaftler usw. anzeigt. Darüber hinaus finden Sie auch mikroskopische Aufnahmen von pflanzlichen Zellen.

Zwischen den einzelnen Abbildungen schalten Sie mit den kleinen Schaltern oberhalb des Fensters weiter. Weiterhin finden Sie im rechten Teil eine Liste mit den Titeln der Bilder. Diese Liste können Sie über die

28

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Menüpunkte Liste | Liste an/aus und Liste | Sortierte Liste an/aus zuund abschalten. Für den ersten Menüpunkt würden Sie die Einträge in der Liste inhaltlich sortiert, für den zweiten Menüpunkt alphabetisch sortiert erhalten. Beachten Sie, dass die Abbildungen nur korrekt dargestellt werden, wenn Ihr Windows-System mit mindestens 65000 Farben (High-Color-Modus) konfiguriert ist. Bei einer Einstellung von nur 256 Farben wird zwar die Abbildung korrekt gezeichnet, jedoch das restliche Fenster nicht. Dies ist kein Programmfehler, sondern leider eine Eigenschaft von Windows. Hinweis: WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 enthält wesentlich mehr interessante Abbildungen. Unter den Menüpunkten Organismen | Tierfotos, Organismen | Pflanzenfotos und Mensch | Histologie (Darstellung verschiedener Zellgewebe des Menschen) finden Sie insgesamt über 1100 (!) Fotos.

2.8

Videos zur Biologie und Chemie

Unter dem Punkt Datei | Videos finden Sie eine kleine Sammlung von Tiervideos. Rufen Sie diesen Menüpunkt auf, startet WinFunktion – Chemie & Biologie ein kleines Zusatzprogramm, welches in einer Liste die Titel aufzählt. Wählen Sie eines der 37 Videos aus und betätigen Sie nun den Abspielknopf. Selbstverständlich können Sie die im WindowsStandardformat abgespeicherten Kurzvideos auch mit einem anderen Abspielprogramm betrachten.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

29

Beachten Sie bitte, dass diese Videos nicht frei verfügbar sind. Für eine weitergehende Nutzung benötigen Sie daher die Zustimmung des Programmautors. Die Videos wurden aufgenommen in ... u

Belgien: Sunpark Oostduinkerke

u

Dänemark: Zoo & Aquarium Kopenhagen, Aquarium Helsingor

u

Deutschland: Zoo am Meer Bremerhaven, Zoo Hellabrunn München, Zoo Hagenbeck Hamburg, Aquarium Wilhelmshaven, Schlosspark Mainau, Strand Cuxhaven, Strand Dornumersiel (Ostfriesland), Chemnitz

u

England: St. James Park London

u

Österreich: Alpenzoo Salzburg, Reptilienzoo Minimundus Klagenfurt, Terrarium Patergassen, Greifvogelwarte Burg Landskron, Fr.JosephHöhe am Großglockner

u

Schweiz: Zoo und Aquarium Basel, Terrarium Lausanne, Zoo Servion, Genfer See Montreux

Alle genannten zoologischen Gärten und anderen Einrichtungen sind unbedingt einen Besuch wert! Eine Aufstellung weiterer sehr interessanter und um die Pflege und Erhaltung der Tierwelt verdienstvoller zoologischer Objekte finden Sie im Lexikon unter den Schlagwörtern Zoo und Zoologische Gärten. Die „Lieblingseinrichtungen“ des Programmautors sind in Deutschland der Zoo Hellabrunn in München, in Österreich der Salzburger Alpenzoo, in der Schweiz der „Zolli“ (Zoo Basel) und weiterhin in Belgien das Vogelschutzgebiet „Het Zwin“ in der Nähe der holländischen Grenze in Knokke-Heist. Besonders schöne Videos sind der Kugelfisch, die Kreuzspinne beim Netzbau oder aber der sich putzende Spatz usw. Insgesamt enthält WinFunktion 37 Videos mit einer Gesamtlänge von über 10 Minuten. Abspielen der Videos mit einem anderen Programm Das zu WinFunktion – Chemie & Biologie gehörende Videoabspielprogramm ermöglich Ihnen das einfache Abspielen der kleinen Tiervideos. Wie oben erwähnt, können Sie auch jeden anderen Mediaplayer nutzen. Dazu gehört auch der Microsoft Windows Mediaplayer. Diesen finden Sie im Windows-Verzeichnis unter dem Namen mplayer.exe bzw.

30

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

im Startmenü unter Programme | Zubehör | Unterhaltungsmedien (nur bei Standardinstallation von Windows 98, 2000, NT).

Möchten Sie einen schnellen Überblick der Videos, so können Sie auch den Windows-Explorer nutzen. Legen Sie die CD ein und rufen Sie den Windows-Explorer auf. Wählen Sie das Verzeichnis WINCHEM / AVI, so listet Windows Ihnen alle WinFunktion-Videos auf. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen der Einträge, so können Sie über den Punkt Eigenschaften Informationen zu den Filmen bekommen. Ein Klick auf die Seite Test (siehe Abbildung) ermöglicht Ihnen sogar die Videos abzuspielen.

2.9

Chemie-Biologie-Quiz

In der WinFunktion-Version 9.0 von 1998 war erstmals ein kleines Quiz enthalten – ohne große Resonanz, offensichtlich etwas zu zeitig. Durch eine sich verändernde Medienlandschaft ist das Quiz nun wieder interessant geworden und in WinFunktion nun wieder enthalten, natürlich auch mit Tonausgabe (Ein- und Ausschalten über Menüpunkt Optionen | Tonausgabe). Rufen Sie den Punkt Datei | Chemie-Biologie-Quiz auf, startet WinFunktion das Frage-Antwort-Spiel zur Chemie und Biologie.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

31

Die Spielregeln: 1.

Nach Betätigen des Schalters Neustart stellt Ihnen WinFunktion mindestens 15 (evtl. mehr) Fragen, teilweise auch mit Abbildung, zur Chemie bzw. Biologie.

2.

Für jede Frage werden vier mögliche Antworten gegeben, von denen genau eine richtig ist.

3.

Für die Beantwortung haben Sie je Frage genau eine Minute Zeit. Überschreiten Sie die Zeit, wird die Antwort als falsch gewertet.

4.

Ihre Lösung wählen Sie, indem Sie mit der Maus auf einen der Buchstaben A bis D klicken.

5.

Ist die Antwort falsch, endet die Spielrunde und das Programm gibt Ihnen, neben der korrekten Antwort, das von Ihnen erreichte Ergebnis in Form einer Schulnote (von 6 ungenügend bis 1+ ausgezeichnet) an.

6.

Ist die Antwort richtig, verbessert sich Ihr schon erreichtes Ergebnis um eine Note, z.B. von einer 3+ auf eine 2- usw.

32

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

7.

Erreichen Sie das ausgezeichnete Ergebnis 1+, endet die aktuelle Runde erfolgreich.

8.

Sind Sie sich bei einer Frage nicht sicher, so können Sie Hilfe erhalten. Klicken Sie auf das Fragezeichen, so löscht WinFunktion zwei falsche Antworten. (Der Autor weist ausdrücklich darauf hin, dass die zu löschenden Antworten tatsächlich per Zufallsgenerator ausgewählt werden und keinerlei Manipulation vorgenommen wird!) Diese Hilfe „erkaufen“ Sie sich aber teuer. Für jedes Löschen zweier falscher Antworten verringert sich die von Ihnen erreichte Note um ein Grad!

Insgesamt stehen etwa 350 verschiedene Fragen zur Verfügung, welche zufällig ausgewählt werden. Spielen Sie also mehrmals, so werden sich Fragen auch wiederholen. Haben Sie diese vielleicht beim ersten Mal falsch beantwortet, können Sie damit ein kleines bisschen lernen. Neben einfachen Fragen, wie Zu welcher Tiergruppe gehören Pinguine? Antwort = Vögel finden Sie auch anspruchsvolle Probleme, wie Was ist ein komplexes Kation? Antwort = [Fe(H2O)6]Cl3 Lassen Sie sich nicht entmutigen. Mit etwas Übung werden Sie bald auch eine gute „Zensur“ erreichen. Sollten Sie allerdings die meisten Fragen beantworten können und in den Programmen WinFunktion – Mathematik Me 2 und WinFunktion – Physik & Astronomie Me 2 ebenfalls sehr gut abschneiden, so brauchen Sie Fragen zur Naturwissenschaft auch in den einschlägigen Fernsehshows nicht zu fürchten. Möchten Sie (vor oder nach dem Spiel) alle vorhandenen Fragen sehen, so nutzen Sie im WinFunktion-Lexikon das Schlagwort Quizfragen. Auf mehreren Lexikonseiten finden Sie alle möglichen Fragen und die zugehörigen richtigen Antworten. Hinweis für „Schummler“: Natürlich kann man bei jeder Frage schnell das WinFunktion-Lexikon aufrufen und nach der richtigen Antwort suchen. Da das aber nicht fair ist, zeigt WinFunktion bei Wiederanzeige des Quizfensters die vier Antworten nicht mehr an. Pech!

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

33

3

3.1

Periodensystem

Periodensystem der Elemente

Hot-Key J Seit der Mensch forscht, beschäftigen ihn die Fragen „Woraus bestehen Stoffe? Was sind ihre Bausteine?“. Nach dem griechischen Philosophen Aristoteles besteht alles, was uns umgibt, nur aus vier Elementen: Feuer, Wasser, Erde und Luft. Obwohl man schon seit Urzeiten Gold, Silber, Kupfer, Eisen, Kohle und Schwefel kannte und nutzte, war man sich nicht bewusst, dass es sich bei diesen Stoffen um eigenständige chemische Elemente handelt. Diese Erkenntnis sollte der Neuzeit vorbehalten bleiben. Erst seit dem 18. Jahrhundert machte man sich an die wissenschaftliche Beschreibung der chemischen Elemente. Am Ende des 18. Jahrhunderts waren etwa 30 chemische Elemente bekannt, um 1863 bereits 63. Diese stetig wachsende Anzahl forderte eine Systematik. So veröffentlichte Johann Wolfgang Döbereiner 1817 die Triaden, das sind vier Gruppen von je drei Elementen, welche gleiche Eigenschaften aufwiesen. 1864 stellte Newlands mit den Oktaven ähnliche Zusammenhänge fest. Durch Dimitrij I. Mendelejew und später Julius Lothar Meyer wurde zwischen 1868 und 1871 das Periodensystem der Elemente in der noch heute gültigen Form geschaffen. Dieses Hilfsmittel ist heute aus der Chemie und Atomphysik nicht mehr wegzudenken. So entdeckte Winkler 1886 das Element Germanium, welches auf Grund theoretischer Überlegungen zum Aufbau des Periodensystems schon 15 Jahre früher von Mendelejew als Eka-Silicium mit seinen Eigenschaften vorhergesagt wurde. In der modernen Form des Periodensystems sind die Elemente nach steigender Protonenzahl schematisch in sieben Perioden (horizontal) und acht Gruppen (vertikal) angeordnet. Diese Gruppen werden nochmals in Haupt- und Untergruppen eingeteilt und mit den Ziffern 0 bis 8 und einem „A“ für die Hauptgruppe und einem „B“ für die Nebengruppe bezeichnet. Innerhalb des Teilprogramms Elemente | Periodensystem er-

34

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

halten Sie die Darstellung eines solchen Langperiodensystems der Elemente. In der heute wissenschaftlich üblichen Form sind die Elemente von links nach rechts mit aufsteigender Ordnungszahl entsprechend ihrer Perioden dargestellt. Da die Ordnungszahl der Protonenzahl im Atomkern bzw. der Elektronenzahl in der Atomhülle entspricht, die Elektronen sich nun nach klaren Gesetzen anordnen müssen, entsteht die etwas merkwürdige Form des Periodensystems. Da auf der ersten Elektronenschale nur zwei Elektronen Platz finden, kann die 1. Periode auch nur zwei Elemente, Wasserstoff und Helium, enthalten. Acht Elektronen auf der zweiten Schale bewirken, dass die 2. Periode genau acht Elemente (Lithium bis Neon) enthält. Die möglichen 18 Elektronen der 3. Schale garantieren allerdings nicht 18 verschiedene Elemente der 3. Periode. Hier und bei den weiteren Elektronenschalen sind die Verhältnisse komplizierter (siehe Teilprogramm 3.15 Elektronenbelegung).

Periodensystem der Elemente, Option Eigenschaften der Oxide

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

35

In das Periodensystem werden die Ordnungszahlen und die Elementsymbole eingetragen. Der Hintergrund eines jeden Elements wird entsprechend einer Option, einer chemischen oder physikalischen Eigenschaft der Elemente, eingefärbt. Über den Menüpunkt Optionen haben Sie die Möglichkeit, diese Option zu wählen unter einer Färbung in Abhängigkeit von u

den Eigenschaften der Oxide (Voreinstellung)

u

den Metall- und Nichtmetalleigenschaften

u

den Haupt- und Nebengruppen

u

der Elektronegativität

u

der Entdeckungszeit

u

der Dichte

u

dem Atom- und Ionenradius

u

der Ionisierungsspannung, dem 2. und 3. Ionisierungspotenzial

u

dem Vorkommen in der Erdrinde

u

der Bildungsenthalpie

u

der Hauptwertigkeit

u

der Schmelz- bzw. Siedetemperatur

u

der Kristallstruktur

u

dem Aggregatzustand bei 20 °C

u

der spezifischen Wärmekapazität

bzw. ein „leeres“ Periodensystem. Zwischen diesen Darstellungsoptionen können Sie mit zwei Schaltern ß und à im linken unteren Teil des Fensters zyklisch umschalten. Je nach gewählter Farbgebung wird zusätzlich eine Legende dargestellt, welche die verwendete Farbabstufung kennzeichnet.

Legende zur Anzeige entsprechend der Schmelztemperatur

36

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Klicken Sie mit der linken Maustaste eines der chemischen Elemente des Periodensystems an, erhalten Sie weitergehende Informationen. Dazu gehören: u

vollständiger deutscher Elementname und in Klammern der lateinische Name

u

Hauptgruppe bzw. Nebengruppe, Charakter der Hauptgruppe

u

relative Atommasse, Elektronenkonfiguration, Elektronegativität, Dichte bei 20 °C

u

Entdeckungsjahr und Entdecker

u

Schmelz- und Siedetemperatur

u

gegebenenfalls eine Aussage zur Radioaktivität

Ein erneuter Mausklick auf diese Anzeige oder ein beliebiger Tastendruck löscht diese Zusatzinformation wieder. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Element, erhalten Sie ein gleitendes Menü. In diesem können Sie zum einen neun der Anzeigeoptionen, Oxideigenschaften bis Ionenradius, aufrufen, zum anderen Informationen zum gewählten Element erhalten. Befindet sich die Maus auf einem Elementsymbol, klicken Sie rechts und wählen den Menüpunkt Schalenbelegung, zeigt WinFunktion – Chemie & Biologie die Belegung der Schalen mit Elektronen an. Dabei werden die Elektronenschalen von unten nach oben mit aufsteigender Energie gezeichnet, d.h., die unterste Schale ist die K-Schale (siehe Lexikon unter dem Begriff Energieniveau der Elektronen).

Beispiel: Elektronenbelegung für das Element 43 Technetium

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

37

Wählen Sie dagegen den Menüpunkt Orbitalbelegung, gliedert dieser die Elektronenanordnung nochmals auf die einzelnen Orbitale auf. Dabei ist zu beachten, dass insbesondere für radioaktive Elemente die Orbitalbelegung des langlebigsten Isotops angezeigt wird.

Beispiel: Orbitalbelegung für das Element 78 Platin

Diese Anzeigen löschen Sie mit einer beliebigen Maustaste oder einem Tastendruck. Möchten Sie das Periodensystem auf Ihren Drucker ausgeben, so wählen Sie den Menüpunkt Datei | Abbildung drucken. Die Größe des Ausdrucks können Sie zuvor über Datei | Druckgröße einstellen. Beachten Sie bitte, dass besonders die „kräftigeren“ Farben, Dunkelrot oder Dunkelblau, auf einem Schwarz-Weiß-Drucker schwarz gedruckt werden, wodurch die Beschriftung nicht mehr oder sehr schwer zu erkennen ist. Zu empfehlen ist, vor dem Ausdruck die Druckhelligkeit in den Einstellungsoptionen des Druckers zu erhöhen. Das Günstigste wäre natürlich ein Druck auf einem Farbdrucker. Periodensystem-Anzeige Die oben genannten Kriterien zur Darstellung des Periodensystems u

Oxideigenschaft

u

Gruppen (Haupt- und Nebengruppen)

u

Metalle (Metalle, Leichtmetalle, Nichtmetalle, Halogene, Edelgase)

u

Elektronegativität

u

Entdeckung

u

Dichte (bei 20 °C)

38

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Schmelztemperatur, Siedetemperatur

u

Ionenradius

u

Ionisierungsspannung, 2. und 3. Ionisierungspotenzial

u

Vorkommen

u

Atomradius

u

Bildungsenthalpie

u

Hauptwertigkeit

u

Aggregatzustand bei 20 °C

u

Spezifische Wärmekapazität

u

Kristallstruktur

können Sie auch direkt aus dem Menü Periodensystem-Anzeige heraus aufrufen. WinFunktion – Chemie & Biologie stellt Ihnen das Periodensystem sofort mit der gewählten Eigenschaft dar. Eine weitere Möglichkeit der Einstellung finden Sie unter dem Punkt Optionen, welcher auch im Hauptfenster von WinFunktion – Chemie & Biologie aufgerufen werden kann (siehe Beschreibung des nächsten Programmpunkts). Hinweis: Für die künstlich hergestellten Elemente – Transactinoide – mit den Ordnungszahlen größer als 103 gibt es in verschiedenen Veröffentlichungen, z.B. auch in verschiedenen Formelsammlungen führender Schulbuch-Verlage, ständig andere Bezeichnungen. Die Ursache liegt darin, dass es oft noch Streit um die Erstentdeckung des jeweiligen Elements gibt. Zum Beispiel gibt es folgende abweichende Entdeckungszeiten: Element

Entdeckung

Name

Entdeckung

104

1964 Dubna (UdSSR)

Dubnium oder früher Kurtschatowium

1969 Berkeley (USA)

105

1967 Dubna (UdSSR)

Nielsbohrium, später Johliotium

1970 Darmstadt (BRD)

Hahnium

106

1974 Dubna (UdSSR)

Rutherfordium

1974 Berkeley (USA)

Seaborgium

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Name

39

Für die anderen Elemente gibt es ebenfalls Abweichungen. Der Hauptgrund für den Streit dürfte wohl in der unglücklichen Vermischung von Wissenschaft und Politik liegen. Beide politischen Lager ignorierten und bestritten wohl sehr gern die wissenschaftlichen Erfolge der jeweils anderen Seite. Es ist zu hoffen, dass der eigentlich lächerliche Streit um die Namen dieser Elemente in den nächsten Jahren durch internationale Vereinbarungen beigelegt wird. In WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 wird jeweils eine der vorgeschlagenen Bezeichnungen genutzt, in der Hoffnung, dass gerade diese sich „durchsetzen“ wird. Hinweis 2: Die nächsten Jahre, evtl. Jahrzehnte, werden zeigen, ob die vorausgesagten „Inseln der Stabilität“ für Transurane existieren. Dabei vermutet man, dass die Elemente 110 (Eka-Platin) und 114 (Eka-Blei) auch in stabilen Isotopen existieren können. Bisher ist der Nachweis nicht gelungen.

3.2

Optionen zum Periodensystem

Das Teilprogramm Elemente | Optionen zum Periodensystem ermöglicht Ihnen, Einfluss auf die im Unterprogramm Periodensystem angezeigten Elemente zu nehmen. Aufrufen können Sie dieses Fenster entweder aus dem Teilprogramm Periodensystem heraus oder direkt aus dem Hauptfenster von WinFunktion – Chemie & Biologie. Wählen können Sie Auswahlkriterien, in denen Sie festlegen, welche chemischen Elemente angezeigt werden oder nicht, und zusätzlich Darstellungskriterium, welche die Farbgebung des Periodensystems einstellen. Unter den Auswahlkriterien können Sie die Elementgruppen u

Metalle

u

Nichtmetalle

u

Leichtmetalle

u

Halogene (7. Hauptgruppe)

u

Edelgase (8. Hauptgruppe)

u

Hauptgruppen

40

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Nebengruppen

u

Lanthanide, „Seltene Erden“ (Elemente 58 bis 71)

u

Aktinide (Elemente 90 bis 103)

wahlweise zu- oder abschalten. Beachten Sie bitte, dass im Programm der Bereich der Nichtmetalle nicht die Halogene enthält. Diese werden gesondert betrachtet. Zusätzlich können Sie die Farbgebung in Abhängigkeit von neunzehn Kriterien festlegen. Diese entsprechen den in der Beschreibung zum Periodensystem genannten. Der Markierungspunkt ohne Beschriftung erzeugt ein Periodensystem ohne Farbgebung. Wählen Sie in der Auswahlschaltergruppe Darstellungskriterium den gewünschten Punkt aus und quittieren Sie mit dem Schalter Optionen übernehmen und zurück. Haben Sie dieses Teilprogramm aus dem Fenster mit dem Periodensystem der Elemente aufgerufen, zeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie dieses sofort neu.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

41

3.3

Geschichte des Periodensystems, Entdeckung der Elemente

In dem Teilprogramm Elemente | Geschichte PSE können Sie schrittweise die Geschichte der Entdeckung der chemischen Elemente beginnend im Jahr 1700 bis heute nachvollziehen. Wie schon oben erwähnt, waren Ende des 18. Jahrhunderts nur wenige chemische Elemente bekannt. WinFunktion – Chemie & Biologie zeigt Ihnen, angeordnet in einem Langperiodensystem, für das jeweils eingestellte Jahr alle bis dahin bekannten Elemente an; z.B. waren 1700 erst 13 chemische Elemente als solche erkannt.

Beispiel: Alle im Jahre 1868 bekannten chemischen Elemente

Ändern Sie das Jahr am unteren Rollbalken Bekannte Elemente, wird sofort eine entsprechende Änderung der Elemente vorgenommen. Am Ende des 18. Jahrhunderts waren etwa 30 chemische Elemente bekannt,

42

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

um 1863 bereits 63. Diese stetig wachsende Anzahl forderte eine Systematik. Durch Mendelejew und Meyer wurde zwischen 1868 und 1871 das Periodensystem der Elemente geschaffen. Obwohl nur etwa 60 chemische Elemente bekannt waren, gelang es Mendelejew, die Periodizität der Eigenschaften zu erkennen und die Eigenschaften noch unbekannter Elemente theoretisch vorherzusagen. Für einige damals noch fehlende Elemente wurden Lücken gelassen. Dass dieses System sich bewährte, bewies die Tatsache, dass für die noch unbekannten chemischen Elemente Voraussagen über deren Eigenschaften gemacht wurden. Ein eindrucksvolles Beispiel ist die theoretische Beschreibung der Eigenschaften des Eka-Siliciums durch Mendelejew. In der Abbildung der 1868 bekannten Elemente ist unter Silicium ein Feld frei. Dieses damals noch unbekannte Element nannte Mendelejew EkaSilicium. 1888 gelang es Winkler an der Bergakademie in Freiberg, dieses Element zu entdecken. Er nannte es Germanium und fand alle vorhergesagten Eigenschaften bestätigt. Anmerkung: In den ersten historisch überlieferten Periodensystemen waren die Elemente Cobalt und Nickel sowie Tellur und Iod vertauscht. Die Ursache liegt darin, dass die Elemente streng nach zunehmender Atommasse angeordnet wurden. Auf Grund der chemischen Erfahrung wurde dies im Laufe der Zeit gedreht. Vertauschungen der Positionen traten später auch zwischen Argon und Kalium und bei den Elementen Thorium und Protaktinium auf. WinFunktion ordnet die Elemente nach heutigen Kriterien.

3.4

Hauptgruppen

Über das Menü des Hauptfensters können Sie unter den Punkten Elemente | 1. Hauptgruppe, Alkaligruppe (Gruppe der Alkalimetalle) bis Elemente | 8. Hauptgruppe, Edelgase besondere Darstellungen der Hauptgruppenelemente aufrufen. Im Periodensystem der Elemente gibt es acht Hauptgruppen, welche mit arabischen Ziffern von 1 bis 8 bezeichnet werden. Gebräuchlich sind auch heute noch Sammelnamen, welche historisch gegeben wurden und typische Eigenschaften der Elemente dieser Gruppe charakterisieren sollen, z.B. Alkalimetalle für die 1. Gruppe, Halogene für die 7. Gruppe. WinFunktion – Chemie & Biologie listet alle zu der jeweiligen HauptWinFunktion Chemie & Biologie Me 2

43

gruppe 1 bis 8 gehörenden Elemente, deren Symbol, Atommasse und Elektronenkonfiguration auf. Insgesamt sind 44 Hauptgruppenelemente in die acht Gruppen eingeordnet. Elemente der gleichen Hauptgruppe haben gleich viele Außenelektronen. Da in erster Linie die Anzahl der äußeren Elektronen die chemischen Eigenschaften eines Elements bestimmt – die Elektronen der weiter innen liegenden Schalen modifizieren diese nur –, haben Elemente der gleichen Hauptgruppe auch annähernd gleiche Eigenschaften. Andererseits unterscheiden sich die Hauptgruppenelemente einer Periode erheblich voneinander.

Beispiel: 1. Hauptgruppe mit Angabe der Ionenradien In der Liste im rechten Teil des Fensters wählen Sie, welche spezielle Eigenschaft der chemischen Elemente besonders hervorgehoben werden soll. Erneut können Sie wählen unter u

der relativen Atommasse (Voreinstellung)

u

den Eigenschaften der Oxide

44

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

den Metall- und Nichtmetalleigenschaften

u

der Elektronegativität

u

der Entdeckungszeit

u

der Dichte

u

dem Atom- und Ionenradius

u

der Ionisierungsspannung

u

dem Vorkommen in der Erdrinde

u

der Bildungsenthalpie

u

den Wertigkeiten

u

der Schmelz- bzw. Siedetemperatur

u

der Kristallstruktur

u

der Farbe (Elementzustand bei 20 °C wird berücksichtigt)

In einer Legende finden Sie eine Erklärung der verwendeten Farben. Zusätzlich analysiert WinFunktion – Chemie & Biologie, ob innerhalb der Hauptgruppe für die gewählte Eigenschaft eine Gesetzmäßigkeit der Aboder Zunahme existiert. In diesen Fällen verdeutlicht ein auf- oder abwärts zeigender Pfeil das Gesetz. Berücksichtigen Sie bitte, dass mitunter einige Elemente nicht ganz genau der Gesetzmäßigkeit folgen. Welche Hauptgruppe konkret dargestellt wird, entscheiden Sie sowohl im Hauptfenster als auch in diesen Teilprogrammen selbst: über die Auswahl eines Teilpunkts der Menüpunkte Hauptgruppen | 1. Hauptgruppe bis Hauptgruppen | 8. Hauptgruppe.

3.5

Nebengruppen

In Analogie zu den Teilprogrammen zu den Hauptgruppen des Periodensystems der Elemente können Sie unter den Menüpunkten 1. Nebengruppe, Kupfergruppe bis 8. Nebengruppe, Platingruppe Informationen über die Nebengruppenelemente erhalten. Dabei teilt WinFunktion – Chemie & Biologie die 8. Nebengruppe in die drei Teile Osmium-, Iridium- und Platingruppe ein. Da die Elemente

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

45

Osmium, Iridium und Platin und die anderen Elemente, welche in deren Reihen stehen, sich nur unwesentlich in ihren Eigenschaften unterscheiden, werden diese im Periodensystem zu einer Gruppe, der 8. Nebengruppe, zusammengefasst. Eine andere Einteilung der 8. Nebengruppe findet sich z.B. in „Chemie – Fakten und Gesetze“ von Schröter, Lautenschläger und Bibrack. Dort ordnet man die Elemente Eisen, Cobalt und Nickel zur Eisengruppe, die Elemente Ruthenium, Rhodium und Palladium zu den leichten Platinmetallen, die verbleibenden Elemente Osmium, Iridium und Platin zu den schweren Platinmetallen. Auch diese drei Gruppen von Elementen können Sie auswählen.

Beispiel: Eisengruppe mit wesentlichen Eigenschaften der drei Elemente

In die acht Nebengruppen werden 65 Elemente eingeordnet. Gruppennummer und Anzahl der Außenelektronen stimmen meistens überein. Eine besondere Rolle nehmen die Lanthanoide (Ordnungszahl 57 bis 71) und die Actinoide (OZ 90 bis 103) ein. Bei diesen Elementen füllt sich, mit wenigen Ausnahmen, zuerst die drittäußerste Elektronenschale und erst später die zweitäußerste. Dadurch sind die Lanthanoide (analog die Actinoide) in ihren Eigenschaften sehr ähnlich. Bei den Actinoiden kommt zusätzlich dazu, dass diese Elemente alle nur in radioaktiver Form vorkommen. Ab Ordnungszahl 95 Americium treten die chemischen Elemente in der Natur praktisch nicht mehr auf und wurden künstlich im Labor erzeugt.

3.6

Elementsuche

Chemische Elemente können sich sehr deutlich in ihren Eigenschaften unterscheiden, z.B. der leichteste, gasförmige Wasserstoff und das Edel-

46

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

metall Platin. Diese Unterschiede können auf Grund des Atombaus (Massenzahl, Elektronenzahl und Anzahl der Außenelektronen) erklärt werden. Andererseits sind Elemente mit ähnlichem Atombau in ihren chemischen Eigenschaften auch vergleichbar. Physikalische Eigenschaften, z.B. die Dichte, sind nicht sofort aus der Elektronenverteilung in der Atomhülle erklärbar. Dass es auch hier ähnliche Elemente gibt, kann man durch eine kontinuierliche Suche sehen. Im Teilprogramm Elemente | Elementsuche haben Sie die Möglichkeit, chemische Elemente gezielt nach deren Eigenschaften zu durchsuchen. Tragen Sie dazu in den von WinFunktion vorgesehenen Eingabezeilen Dichte in g/cm³, Siedepunkt in °C, Schmelzpunkt in °C, Elektronegativität und Atommasse in u die gewünschten Suchbereiche ein. Leere Felder werden dabei von WinFunktion – Chemie & Biologie ignoriert.

Im Beispiel werden alle chemischen Elemente bestimmt, welche eine Dichte von 2.3 g/cm³ bis 5.6 g/cm³, einschließlich der Randwerte, und höchstens einen Schmelzpunkt von 1000 °C besitzen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

47

Betätigen Sie den Schalter Suche starten, überprüft das Programm alle gespeicherten Elemente und zeigt diejenigen, welche Ihrer Eingabemaske entsprechen, in einer gesonderten Liste an. Im Beispiel würden Sie, mit den Angaben von links nach rechts: Element, Elementsymbol, Dichte, Siedepunkt, Schmelzpunkt, Elektronegativität und Atommasse, erhalten: Element

Symbol

Dichte in g/cm³

Siedepunkt in °C

Schmelzpunkt EN-Wert in °C

Atom masse

Aluminium

Al

2.7

2450

660

1.5

26.98

Barium

Ba

3.65

1640

714

0.9

137.34

Brom

Br

3.14

58

-7

2.8

79.9

Europium

Eu

5.2

1440

826

1.2

151.96

Germanium

Ge

5.32

2830

937

1.8

72.59

Iod

I

4.93

183

114

2.5

126.9

Radium

Ra

5

1530

700

0.9

226.02

Selen

Se

4.8

685

217

2.4

78.96

Strontium

Sr

2.6

1380

770

1

87.62

Wiederholen Sie eine Suche, löscht das Programm zuerst die alte Liste, sodass Sie stets nur die Ergebnisse der letzten Suchwerte erhalten. Tragen Sie beispielsweise zusätzlich zu den genannten Suchkriterien einen oberen Schmelzpunkt von 660 °C ein, findet das Programm nur noch die drei Elemente Brom, Iod und Selen.

3.7

Elementvergleich

Während Sie im vorhergehenden Teilprogramm Elemente entsprechend ihrer Eigenschaften suchen konnten, können Sie im Teilprogramm Elemente | Elementvergleich jeweils zwei Elemente hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften vergleichen. Wählen Sie dazu in den oberen zwei Listen die gewünschten Elemente aus. WinFunktion zeigt Ihnen nach Betätigen des Schalters Anzeige die Eigenschaften dieser zwei Elemente im Vergleich. Zu den ausgewiesenen

48

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Eigenschaften gehören z.B. die Ordnungszahl, die Elektronen- und Orbitalbelegung sowie die unter Elemente | Periodensystem schon erwähnten Kriterien.

3.8

Elementinformation

In dem Programmteil Elemente | Elementinformation gibt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie zu fast allen Elementen umfangreiche Zusatzinformationen. WinFunktion – Chemie & Biologie liefert Ihnen damit eine Zusammenstellung der wesentlichsten Aussagen zu den chemischen Elementen, d.h. ein kleines Lexikon der Elemente, z.B. deutsche und lateinische Namen, Atommassen, Elektronegativität, Dichte usw.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

49

Klicken Sie zum Aufruf der Informationen mit der Maus in der Kurzdarstellung des Periodensystems auf das gesuchte Elementsymbol. WinFunktion zeigt sofort die Eigenschaften des gewählten Elements an. Neben allgemeinen Bemerkungen finden Sie dann Informationen zu u

Eigenschaften

u

Vorkommen

u

Verwendung

u

Analytik

u

Gewinnung

u

Geschichte

der Elemente.

Beispiel: Ausschnitt zu den Informationen zum Element Aluminium

Zusätzlich können Sie den angezeigten Text über den Menüpunkt Datei | Text drucken auf Ihren Drucker ausgeben. Weitere Informationen zu

50

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

den verschiedensten chemischen Elementen finden Sie auch im lexikalischen Teil von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2. Suchen Sie dazu in der Inhaltsliste einfach nach dem Sie interessierenden chemischen Element.

3.9

Elementeigenschaften

Weitere besondere Eigenschaften der chemischen Elemente können Sie in dem Teilprogramm Elemente | Elementeigenschaften abrufen. Jedes Element bildet im festen Aggregatzustand eine typische Kristallstruktur aus – Sauerstoff z.B. ein kubisches Raumgitter, Cobalt ein hexagonales Gitter. Diese Eigenschaft können Sie hier nachvollziehen. Zuerst wählen Sie unter den acht Möglichkeiten eines Raumgitters (kubisch bis monoklin) eines aus. Diese Raumgitter charakterisieren, in welcher räumlichen Struktur sich die Atome des Elements in kristalliner Form anordnen. Dabei unterscheidet man neben vielen Modifikationen die nachfolgenden acht Grundstrukturen.

hexagonal

kubisch

kubisch, flächenzentriert

kubisch, raumzentriert

orthorhombisch

rhombohedral

tetragonal

monoklin

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

51

Zum Beispiel kristallisiert Sauerstoff kubisch, Chlor orthorhombisch und Cobalt sowie Wasserstoff hexagonal. WinFunktion – Chemie & Biologie berücksichtigt dabei das Raumgitter des chemischen Elements im festen Zustand. Zusätzlich entscheiden Sie, ob Sie ein festes oder flüssiges Metall, eine Art eines festen Nichtmetalls, ein flüssiges oder gasförmiges Nichtmetall oder ein Edelgas suchen. WinFunktion zeigt Ihnen in der oberen Liste sofort alle Elemente an, welche Ihren Einstellungen entsprechen. Umgekehrt können Sie aus der unteren Liste ein beliebiges Element auswählen. Das Programm markiert die Eigenschaften des Elements und listet oben alle anderen Elemente auf, welche ebenso diese Bedingungen erfüllen. Beispiel: Wählen Sie Stickstoff, kennzeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie Nichtmetall gasförmig und das hexagonale Raumgitter. In der oberen Liste finden Sie zusätzlich Wasserstoff mit den gleichen Eigenschaften.

52

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Andererseits zeigt Ihnen WinFunktion für „flächenzentrierte feste Metalle“ 17 Einträge an, darunter z.B. Aluminium, Calcium, Kupfer und Germanium.

3.10 Tabelle chemischer Elemente In dem Unterprogramm Elemente | Tabelle chemischer Elemente werden Ihnen die ersten 109 chemischen Elemente in Tabellenform sortiert nach einzelnen Kriterien angezeigt. Zwischen den Kriterien schalten Sie durch Wahl des entsprechenden Markierungsfelds um. Sortierkriterien sind: u

die Ordnungszahl, der Elementname, die Atommasse, die Elektronegativität, das Entdeckungsjahr, die Dichte, die Schmelzund Siedetemperatur, der Ionenradius, der Atomradius, die Bildungsenthalpie, die Hauptwertigkeiten, die Ionisierungsspannung, die spezifische Wärme, das 2. und 3. Ionisierungspotenzial sowie das Vorkommen in der Erdrinde.

Damit können Sie z.B. das Element mit der höchsten Schmelztemperatur (Kohlenstoff bei 3730 °C) oder das Element mit dem größten Ionenradius (Antimon 245 pm) finden. Beachten Sie aber bitte, dass die konkreten Zahlenwerte von anderen Veröffentlichungen etwas abweichen können. Da die experimentelle Bestimmung z.B. der Ionisierungspotenziale sehr anspruchsvoll ist, können unterschiedliche Messverfahren teilweise abweichende Ergebnisse liefern. Dadurch sind einige Werte von Zeit zu Zeit gewissen Veränderungen unterworfen. Den Inhalt der angezeigten Tabelle können Sie auf die Festplatte speichern (Menüpunkt Datei | Tabelle speichern) oder auf Ihrem Drucker ausgeben (Menüpunkt ... | Tabelle drucken). Wünschen Sie eine grafische Veranschaulichung der Daten, so können Sie die Teilprogramme Atom- und Ionenradien bzw. Diagramme chemischer Größen nutzen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

53

3.11 Atom- und Ionenradien Das Teilprogramm Elemente | Atom- und Ionenradien ergänzt die Teilprogramme ... | Tabelle chemischer Elemente und ... | Diagramme um eine einfache grafische Veranschaulichung der Radien verschiedener Atome und Ionen. Am linken Rollbalken stellen Sie die Ordnungszahl des ersten darzustellenden Elements ein. WinFunktion – Chemie & Biologie zeichnet stets acht verschiedene Atome bzw. Ionen (Auswahl in der Liste im rechten Fensterteil). Unterhalb des Namens des Elements finden Sie eine maßstabsgerechte Darstellung der Größe. Die angegebene Zahl bezieht sich auf den Durchmesser des Atoms in pm. Im nachfolgenden Beispiel sehen Sie die Abnahme der Atomradien in der 2. Periode der chemischen Elemente. Während Lithium als Element der ersten Hauptgruppe einen besonders großen Atomradius besitzt, nimmt dieser bis zu Neon aus der 8. Hauptgruppe kontinuierlich ab.

54

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Neben einem derartigen Vergleich von Elementen einer Periode können Sie z.B. auch die Ähnlichkeit der Lanthanide anhand der Atom- und Ionenradien nachvollziehen. Wählen Sie die Ordnungszahl 57, so zeigt das Programm die ersten Lanthanide an. Deren Atomradien sind nahezu gleich.

3.12 Diagramme chemischer Größen Im Unterprogramm Elemente | Tabelle chemischer Elemente gibt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie nach verschiedenen Eigenschaften sortierte Tabellen der chemischen Elemente an. In dem Unterprogramm Elemente | Diagramme können Sie diese Eigenschaften grafisch veranschaulichen, was mitunter aussagekräftiger als eine Menge von Zahlen sein kann. Wählen Sie eines der Kriterien u

Atommasse

u

Dichte in g/cm³

u

Elektronegativität

u

Atomradius in pm

u

Ionenradius in pm

u

Ionisierungsspannung in V und 3. Ionisierungspotenzial

u

Schmelztemperatur in °C

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

55

u

Siedetemperatur in °C

u

Bildungsenergie, Bildungsenthalpie und Verdampfungsenergie in kJ/ mol

u

Neutronenüberschuss der Kerne

u

Spezifische Wärme in J/(gK)

u

Wärmeleitfähigkeit in W/(cmK)

u

Vorkommen in der Erdrinde in g/t

aus, erhalten Sie ein entsprechendes Diagramm.

Beispiel: Schmelztemperatur

Dabei wird auf der horizontalen Achse die Ordnungszahl der Elemente angetragen, auf der vertikalen Achse die entsprechende Eigenschaft. Die Elemente Kohlenstoff C, Eisen Fe, Zinn Sn und Uran U werden gesondert gekennzeichnet. Zum Beispiel kann man aus diesen Diagrammen entnehmen, dass für einige Eigenschaften, u.a. den Ionenradius oder die

56

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Ionisierungsspannung, periodisch wiederkehrende Höchstwerte auftreten. Dabei sind die Perioden gut erkennbar.

3.13 Rutherford-Experiment 1911 veröffentlichte Ernest Rutherford die Ergebnisse seiner Experimente mit α-Strahlen, die ihm tieferen Einblick in den Aufbau von Atomen geben sollten. Eine 0,004 mm dünne Folie aus Gold, Silber oder Kupfer beschoss er mit α-Teilchen. Auf einem Leuchtschirm, der auf diese Heliumkerne reagierte, stellte er fest, dass der Strahl aus α-Teilchen fast geradlinig durch die Folie hindurchtrat. Einige Teilchen wurden jedoch abgelenkt und trafen an verschiedenen Punkten auf dem Leuchtschirm auf. Das Ergebnis war so verblüffend, dass Rutherford meinte: „Es war bestimmt das unglaublichste Experiment, das mir je in meinem Leben widerfuhr. Es war fast so unglaublich, wie wenn jemand eine 15Zoll-Granate auf ein Stück Seidenpapier abgefeuert hätte und diese zurückgekommen wäre und ihn getroffen hätte.“ Für das Ergebnis des Experiments gab Rutherford die Erklärung: Im Mittelpunkt des Atoms befindet sich ein Atomkern. Fast die gesamte Atommasse und die positive Ladung sind im Atomkern vereint. Elektronen nehmen fast das ganze Volumen des Atoms ein. Sie befinden sich außerhalb des Atomkerns und umkreisen ihn in schneller Bewegung. Da das Atom elektrisch neutral ist, muss die Zahl der negativ geladenen Elektronen mit der Zahl der positiv geladenen Protonen im Kern übereinstimmen. Der Atomkern ist sehr klein, sein Durchmesser liegt in der Größenordnung von 10-15 Meter. Der Durchmesser des Atoms einschließlich der Elektronenhüllen beträgt dagegen 100 bis 400 pm und ist somit mehr als 100000-mal größer als der Atomkern. Der Großteil des Volumens eines Atoms ist leerer Raum, wodurch die meisten α-Teilchen ungehindert durch die Metallfolie hindurchfliegen. Dieses berühmte Experiment der physikalischen Chemie können Sie in dem Teilprogramm Elemente | Rutherford-Experiment simulieren. Nach Start beginnt WinFunktion – Chemie & Biologie fiktive α-Teilchen auf die durch drei Lagen von Atomen symbolisierte Folie zu schießen. Die

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

57

„Teilchen“ fliegen zum größten Teil (unter geringer Ablenkung) durch die Folie; einige werden aber bis zu 180° abgelenkt.

Beispiel: Bahnkurven von bisher acht auf die Folie auftretenden α-Teilchen

Die Geschwindigkeit der Animation wählen Sie am Rollbalken. Im Wert Teilchenzahl legen Sie fest, nach wie viel Teilchen die eingezeichneten Bahnen wieder gelöscht werden. Wählen Sie diesen Wert nicht zu hoch, da sonst die Darstellung unübersichtlich wird. Während der Animation zählt das Programm alle durchgehenden bzw. reflektierten Teilchen. Je α-Teilchen erhalten Sie den Einfalls- und Austrittswinkel sowie die Ablenkung in Grad. Außerdem gibt WinFunktion die während der Animation aufgetretene maximale Ablenkung an. Wie üblich können Sie die Animation mit der E-Taste abbrechen.

58

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

3.14 Bohrsches Atommodell 1913 formulierte Niels Bohr sein Atommodell in Analogie zum Aufbau eines Planetensystems. Danach bewegen sich alle Elektronen auf kreisförmigen Bahnen um den Atomkern. Sein Modell berücksichtigte erstmals die verschiedenen Energiezustände der Elektronenbahnen und ermöglichte zumindest die Berechnung des einfachsten Atomkerns, des Wasserstoffs. Bohr formulierte die nach ihm benannten Postulate: u

Ein Elektron kann sich nur auf bestimmten, diskreten Kreisbahnen (Energieniveaus) aufhalten. Die Bahnen sind konzentrisch um den Atomkern angeordnet. Jede Bahn wird mit einem Buchstaben (K, L, M, ...) bezeichnet.

u

Für jede Bahn hat das Elektron eine bestimmte Energie. Auf der KSchale, die dem Atomkern am nächsten ist, kommt dem Elektron die geringste Energie zu. Um das Elektron auf eine weiter außen liegende Bahn zu bringen, muss ihm Energie zugeführt werden.

u

Die Energie eines Elektrons darf keine Werte annehmen, die es auf einen Ort zwischen den erlaubten Bahnen bringen würden.

Wenn sich das Elektron auf der innersten (möglichen) Bahn befindet und die geringste Energie hat, so befindet sich das Atom im Grundzustand. Durch die Zufuhr von Energie kann das Elektron auf eine höhere Bahn springen und einen höheren Energiezustand annehmen. Wenn das Elektron von einem angeregten Zustand auf eine weiter innen liegende Bahn springt, wird ein definierter Energiebetrag freigesetzt und in Form eines elementspezifischen Lichtquants emittiert. Nach dem Teilprogrammstart von Elemente | Bohrsches Atommodell wählen Sie ein chemisches Element aus der Liste aus. WinFunktion – Chemie & Biologie zeichnet nun entsprechend den Bohrschen Vorstellungen die Elektronenbahnen. Betätigen Sie Start, beginnen die Elektronen sich auf ihren Bahnen – nach dem Modell – um den Kern zu bewegen. Nach den Bohrschen Gleichungen ist dabei die Winkelgeschwindigkeit für innere Elektronen größer als für äußere.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

59

Die Animation steuern Sie mit folgenden Tasten: Taste

Wirkung

I und W

Änderung der Bewegungsrichtung der Elektronen

K-Taste

Bewegung entsprechend der Voreinstellung

O

Erhöhung der Geschwindigkeit der Elektronen

U

Verringerung der Geschwindigkeit der Elektronen

E

Abbruch der Animation

3.15 Elektronenbelegung In der Natur kommen etwa 92 chemische Elemente in unterschiedlicher Häufigkeit vor. Diese Elemente unterscheiden sich dabei in ihren Eigen-

60

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

schaften teilweise deutlich. Die Ursache ist dabei vor allem in der Anzahl der äußeren Elektronen des jeweiligen Elements zu suchen. Elemente mit gleich vielen Außenelektronen sind mitunter sehr ähnlich (z.B. die Lanthaniden oder die Edelgase der 8. Hauptgruppe). Insbesondere für die Fähigkeit eines Elements, eine Bindung mit anderen Stoffen einzugehen, sind die Elektronen der Außenschale dominant. Edelgase der 8. Hauptgruppe haben Außenschalen, welche vollständig mit Elektronen besetzt sind. Dies bedeutet, dass Helium, Neon usw. im Normalfall keine stabilen Verbindungen mit anderen Elementen eingehen können. Elemente, denen nur noch ein Elektron zum Auffüllen der Außenschale fehlt – Elemente der 7. Hauptgruppe –, oder die Alkaligruppe (Wasserstoff, Lithium, Natrium usw.), welche nur ein Außenelektron besitzen, sind folglich sehr reaktionsfreudig, natürlich auch miteinander, z.B. Natrium und Chlor.

Im Beispiel – Reaktion von Natrium und Chlor zu Kochsalz – entsteht die Verbindung durch den Übergang eines Elektrons des einen Atoms auf das andere Atom. Dabei findet eine Ladungsverschiebung statt und es entstehen positive und negative Ionen. Eine stabile Edelgaskonfiguration wird somit durch die Aufnahme oder die Abgabe eines Elektrons erzielt. Folglich entsteht ein nach außen hin elektrisch neutrales Molekül. Insgesamt kann man feststellen, dass die Elektronenbelegung der Atomhüllen von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften aller chemischen Elemente ist. Schalenbelegung Innerhalb des Langperiodensystems können Sie über das gleitende PopupMenü unter dem Punkt Schalenbelegung die Elektronenschalenbelegung eines Elements anzeigen lassen. Der Menüpunkt Elemente | Elektronenbelegung des Hauptfensters ergänzt diese Möglichkeit.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

61

Wählen Sie in der rechten Liste ein Element aus, stellt WinFunktion – Chemie & Biologie Ihnen sofort die Hauptbelegung der Elektronenschalen des Elements dar. Dabei wird die in der Natur am wahrscheinlichsten auftretende Konfiguration gezeigt.

Beispiel: Elektronenschalenbelegung für das Element 91 Protaktinium

Orbitalbelegung Zusätzlich zur Elektronenschalenbelegung zeigt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie bei Markierung des Felds Orbitalbelegung die Orbitalbelegung der Elemente an. Wählen Sie erneut in der rechten Liste ein Element aus, zeigt das Programm die jeweilige Belegung der Orbitale. Die relative Lage der Orbitale zueinander entspricht in der Darstellung von unten nach oben steigenden Energieniveaus. Die Reihenfolge der Elemente in der Liste können Sie verändern. Markieren Sie das Feld Sortierte Liste, so werden die Elemente alphabetisch angeordnet, andernfalls entsprechend aufsteigender Ordnungszahlen.

62

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die Reihenfolge der Belegung der einzelnen Orbitale kann aus der Darstellung entnommen werden. Zu Beginn jeder Periode wird das s-Orbital besetzt, danach das p-Orbital. Ab der 4. Periode werden nun auch innere Orbitale, d-Orbital und f-Orbital mit Elektronen belegt. Pauli-Regel Eine Schwierigkeit des Bohrschen Atommodells, den Aufbau des Periodensystems der Elemente den Naturgesetzen entsprechend zu erklären, konnte durch den österreichischen Physiker Wolfgang Pauli beseitigt werden. Das nach ihm benannte Prinzip fordert ergänzend: u

Zwei Elektronen eines Atoms müssen sich in mindestens einer Quantenzahl unterscheiden.

Insbesondere erfordert dies, dass sich die zwei Elektronen der 1. Schale in der so genannten Spinquantenzahl unterscheiden müssen, da alle anderen Quantenzahlen dieser Elektronen identisch sind. Sehr vereinfacht – streng physikalisch ist dies natürlich Unsinn, denn Elektronen sind keine „kleinen Kugeln“ – könnte man dies etwa damit erklären, dass die zwei Elektronen mit entgegengesetztem Richtungssinn um ihre Achsen rotieren. Gleichzeitig folgt aus dem Prinzip zum Beispiel auch, dass die acht Elektronen der 2. Schale sich in zwei verschiedene „Niveaus“ zu einmal zwei und einmal sechs Elektronen aufspalten usw. Bei Auswahl des Felds Pauli-Regel und Wahl eines Elements, zeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 die Elektronenbelegung je Energieniveau inklusive der Berücksichtigung der Spinquantenzahl. Die dabei an der linken Seite angegebenen Bezeichnungen 1s, 2s, 2p, 3s usw.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

63

charakterisieren die Orbitale des Atoms. Zur kurzen Beschreibung des Begriffs der Orbitale lesen Sie bitte unter Elemente | Darstellung von Orbitalen.

Beispiel: Elektronenverteilung der 16 Elektronen des Schwefelatoms

3.16 Darstellung von Orbitalen Da das Bohrsche Atommodell und seine Erweiterungen vorwiegend das Wasserstoffatom beschreiben, beinhaltet es deutliche Schwächen. Insbesondere für die komplizierteren Atome ist es nur begrenzt tauglich. Vor allem die Quantenbedingungen und die Quantensprünge stehen mit den Grundvorstellungen der klassischen Physik im Widerspruch. Die Konsequenz war, die physikalisch nicht messbaren Größen Elektronenbahn, Elektronenort und Bahngeschwindigkeit aufzugeben. Eine grundlegende Erkenntnis ist in der von dem Physiker Werner Heisenberg 1927 aufgestellten Unschärferelation enthalten, nach der es unmöglich ist, Ort und Impuls eines in der Atomhülle befindlichen Elektrons gleichzeitig genau angeben zu können. Die auf dieser Unschärferelation basierende Quantenmechanik ermöglicht es, die Verhältnisse in der Elektronenhülle im Prinzip exakt zu berechnen. Das dies praktisch oft nur mit größtem Aufwand möglich ist, liegt an den mathematischen und rechentechnischen Gegebenheiten. Dabei resultieren jedoch keine anschaulichen Angaben mehr, sondern nur noch Ergebnisse in abstrakten Vektorenräumen, die für die Anschauung erst wieder interpretiert werden müssen. Diese quantenmechanischen Atommodelle werden mit den Methoden der Wellenmechanik berechnet. Im Schrödinger-Atommodell oder wellenmechanischen Atommodell wird davon ausgegangen, dass einem Elektron mit dem Impuls p = m * v eine Materiewelle mit der Wellenlänge λ = h/p zugeordnet ist.

64

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Im Feld eines Atomkerns sind für solche stehenden Elektronenwellen nur ganz bestimmte Schwingungszustände möglich, die bestimmten diskreten Energiestufen entsprechen. Folglich kann ein Elektron bzw. eine Elektronenhülle je nach Energiegehalt verschiedene geometrische Formen annehmen. Das Verhalten der dreidimensionalen stehenden Elektronenwellen kann durch eine von Schrödinger 1926 aufgestellte Gleichung beschrieben werden.

So einfach, wie die Gleichung aussieht, so schwer ist deren Lösung.

Grafisch veranschaulicht man die wahrscheinlichsten Aufenthaltsräume der Elektronen durch die Konstruktion von Orbitalen. Deren Struktur ergibt sich gerade aus den Lösungen der Schrödinger-Gleichung. Nachdem es den Physikern gelungen war, auch all die verwickelten Fragen der chemischen Bindung von der physikalischen Seite her aufzuklären, meinte der Schweizer Physiker Heitler: „Einmal mehr konnte die so eroberungssüchtige Physik einen Sieg feiern: Das große Gebiet der Chemie schien ihr untertan geworden zu sein.“ Das Teilprogramm Elemente | Darstellung von Orbitalen gibt Ihnen die Möglichkeit, die einfachsten Orbitale grafisch zu veranschaulichen. WinFunktion – Chemie & Biologie enthält die Orbitale u

1s, 2s, 3s

u

2px, 2py, 2pz

u

Hybrid-Orbitale: sp (Einzelorbital), sp, sp², sp³

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

65

u

Hybrid-Orbitale: dsp², dsp³, d²sp³

u

Hybrid-Orbitale: s-s, s-sp³

Das Programm konstruiert diese Orbitale durch die Darstellung von Einzelpunkten. D.h., die räumliche Ausdehnung wird durch die Lage zufälliger Punkte des Orbitals gekennzeichnet. Die darzustellenden Orbitale wählen Sie an den acht Markierungsfeldern aus. Damit haben Sie auch die Möglichkeit, zum Beispiel die Orbitale 1s, 2s, 2px, 2py und 2pz gleichzeitig zu betrachten. Zur Erhöhung der Anschaulichkeit nutzt das Programm je Orbital eine andere Zeichenfarbe. Am Rollbalken Punktdichte stellen Sie ein, mit welcher Intensität das Programm die Orbitaloberflächen zeichnet. In der Standardeinstellung verwendet das Programm zum Beispiel für das 1s-Orbital 732 Punkte, für die vier Hybrid-Orbitale sp³ 2124 Punkte. Beachten Sie bitte, dass aus speichertechnischen Gründen mehr als 16000 Punkte nicht verwaltet werden können.

66

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Beispiel: Vier Hybridorbitale sp³ mit einer Punktdichte 10 (> 10000 Punkte), diese Hybridorbitale kennzeichnen z.B. die Verhältnisse am Kohlenstoffatom in der chemischen Verbindung Methan CH4. Das 2sOrbital von Kohlenstoff bildet dabei mit den drei 2p-Orbitalen diese vier Hybridorbitale. Die räumliche Darstellung der Orbitale können Sie zur Erhöhung der Übersichtlichkeit bewegen. Wählen Sie Ü bzw. den Menüpunkt Bewegungsstart, beginnt WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 die Darstellung um die drei Raumachsen zu drehen. Die Animation steuern Sie mit folgenden Tasten: Taste

Wirkung

W, I, Y, V Drehung des Orbitals nach oben, unten, links und rechts K-Taste

Drehung entsprechend der Voreinstellung

O

Erhöhung der Drehgeschwindigkeit

U

Verringerung der Drehgeschwindigkeit

E

Abbruch der Animation

Über den Menüpunkt Optionen können Sie die Grundeinstellungen (Drehwinkel und Drehgeschwindigkeit) ändern. Beachten Sie, dass diese Darstellung hohe Anforderungen an Ihren Computer stellt. Für die Konstruktion der vier Hybridorbitale sp³ nutzt WinFunktion über 2100 Einzelpunkte. Möchten Sie diese sogar noch rotieren lassen, muss mindestens ein PentiumRechner mit einer Taktfrequenz größer als 200 MHz verfügbar sein. Trotzdem wird die Animation etwas ruckartig sein.

3.17 Stabile Isotope Chemische Elemente mit stabilen Isotopen liegen in der Natur entweder als Misch- oder als Reinelemente vor. Im ersten Fall findet man in der Natur Atomkerne, welche gleiche Protonenzahl – d.h., sie gehören zum

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

67

gleichen chemischen Element –, aber unterschiedliche Neutronenzahl besitzen – im zweiten Fall existiert nur ein stabiles Isotop.

Beispiel: Von Ruthenium existieren in der Natur sieben stabile Isotope.

In dem Teilprogramm Elemente / Stabile Isotope zeigt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie in einer einfachen Darstellung den Anteil der in der Natur vorkommenden stabilen Isotope eines Elements. Angezeigt werden außer den nicht radioaktiven Isotopen auch extrem langlebige, z.B. .

Existieren in der Natur nur relativ kurzlebige radioaktive Isotope eines chemischen Elements, erhalten Sie die Meldung Keine stabilen oder extrem langlebigen Isotope

Dies ist zum Beispiel bei Technetium und Promethium der Fall, welche bisher nur künstlich im Labor erzeugt werden konnten.

68

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die Tatsache, dass z.B. bei Chlor zwei Isotope mit der Massenzahl 35 (Anteil 75,77 %) und der Massenzahl 37 (Anteil 24,23 %) in der Natur vorkommen, führt auch dazu, dass in Tabellen die relative Atommasse von Chlor mit 35,45 angegeben wird. Dies entspricht eben gerade den gewichteten Anteilen der Chlorisotope.

3.18 Isotopentafel Im Jahre 1910 stellte Soddy fest, dass zwar Uran, Thorium und Aktinium am Ende ihrer radioaktiven Zerfallskette stets Blei lieferten, dieses Blei aber einmal das Atomgewicht 206, einmal 207 und einmal 208 hatte. Damit gelang ihm die Entdeckung der isotopen Atomkerne (siehe auch vorhergehendes Teilprogramm Elemente | Stabile Isotope), Atomkerne, welche zwar die gleiche Anzahl von Protonen enthalten, und damit zum gleichen chemischen Element gehören, sich aber in der Anzahl der Neutronen unterscheiden. Bei Wahl des Menüpunkts Elemente | Isotopentafel stellt WinFunktion – Chemie & Biologie eine Isotopentafel der Elemente Quecksilber bis Amerizium für die Neutronenzahlen von 119 bis 148 dar. Die nicht stabilen (radioaktiv zerfallenden) Isotope werden entsprechend ihrer wichtigsten Zerfallsart farbig gekennzeichnet. Gelb bedeutet dabei, dass für dieses Isotop vorwiegend α-Zerfall (Heliumkerne werden ausgesandt) vorliegt, Blau β--Zerfall (Elektronenemission), Rot β+-Zerfall bzw. K-Einfang (Elektroneneinfang). Weiß gefärbte Isotope sind stabil. Möchten Sie nun die Zerfallskette eines Isotops nachvollziehen, so klikken Sie mit der Maus links auf das das chemische Element charakterisierende Rechteck. WinFunktion trägt nun alle Zerfälle der entstehenden Atomkerne bis zu einem stabilen Isotop ein.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

69

Im Beispiel oben zerfällt 223-Franzium über mehrere Zwischenstufen wie 223-Radium oder 211-Blei bis zum stabilen 207-Blei, d.h. über die Reaktionen:

bis hin zu stabilem Blei.

70

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die Isotope werden nur beschriftet, wenn das Feld Beschriftung eingeschaltet ist. Prinzipiell können Sie mehrere Ketten gleichzeitig darstellen, was allerdings schnell unübersichtlich wird. Mit dem Schalter Löschen wird die Isotopentafel neu gezeichnet und eingetragene Zerfallsketten werden gelöscht.

Beachten Sie bitte: In diesem Unterprogramm werden nur die wahrscheinlichsten Zerfallsarten der radioaktiven Isotope berücksichtigt. In der obigen Darstellung finden Sie eine vollständige Zerfallskette von 219-Radon. In 99,99 % aller Fälle wandelt sich das Isotop 215-Polonium durch α-Zerfall in 211-Blei um. Dies wird auch in WinFunktion – Chemie & Biologie dargestellt. Mit einer Wahrscheinlichkeit von 0.001 % kann 215Polonium aber auch ein Elektron emittieren und sich zu 215-Astat umwandeln. Ein derart seltener Fall wird in diesem Teilprogramm nicht betrachtet. Im Übrigen sorgt die Natur immer für einen „Ausgleich“. Praktisch alle Zerfallsketten eines radioaktiven Kerns enden beim gleichen stabilen Isotop.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

71

Isotopentafel leichte Elemente Neben den Zerfallsketten radioaktiver Isotope hoher Ordnungszahl sind diese Umwandlungen auch für leichte Isotope von Interesse. Wählen Sie das Markierungsfeld Leichte Isotope, stellt das Programm Ihnen eine Isotopentafel für die Elemente Wasserstoff (Ordnungszahl 1) bis Niob (Ordnungszahl 41) dar. Am Rollbalken Startelement wählen Sie, welcher Bereich verwendet werden soll, da stets nur 16 verschiedene Elemente gleichzeitig gezeichnet werden. Neben den schon genannten verschiedenen Zerfallsarten tritt bei sehr leichten Isotopen auch u

die Emission eines Protons (graue Färbung, z.B. bei 9B): 5 B → 4 Be + 1 p

u

bzw. eines Neutrons (grüne Färbung, z.B. bei 7He):

9

7 2

8

1

He→ 26 He+ 01n

auf. Eine vollständige Zerfallskette erhalten Sie wieder durch Mausklick auf ein dargestelltes Isotop. Die Isotope werden nur beschriftet, wenn das Feld Beschriftung eingeschaltet ist. Mit dem Schalter Löschen (das rote „Kreuz“) werden eingetragene Zerfallsketten wieder gelöscht.

3.19 Radioaktiver Zerfall Wenn das Ehepaar Curie spätabends in sein sehr behelfsmäßiges Labor ging, leuchtete das vor Wochen in mühevoller Arbeit hergestellte Radium immer noch grünlichblau. Das neue, geheimnisvolle Element strahlte kontinuierlich Energie in Form von Teilchen, aber auch als Licht ab. Wie merkwürdig dies ist, zeigt der Vergleich, dass eine etwa „gleich starke“ elektrochemische Batterie nach einigen Stunden leer wäre, das Radium strahlt dagegen ohne (scheinbar) nachzulassen. Erst nach 1500 Jahren würde die Leistung auf die Hälfte sinken. 1898 war Radium zwar nicht das erste bekannte radioaktive Element, aber das interessanteste. Das Teilprogramm Elemente | Radioaktiver Zerfall simuliert den Zerfall einer gegebenen Menge radioaktiven Materials. Die Anzahl der vorhandenen radioaktiven Atome stellen Sie am Rollbalken Kernanzahl ein. Die Halbwertzeit, d.h. die Zeit, in der im statistischen Mittel die Hälfte der noch vorhandenen Kerne zerfallen, legen Sie ebenso an dem entsprechenden Rollbalken fest.

72

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Betätigen Sie nun den Schalter Start oder die OK-Taste, simuliert WinFunktion – Chemie & Biologie den radioaktiven Zerfall. In der grafischen Darstellung sehen Sie die Zerfallskurve, d.h. die noch nicht zerfallenen Kerne im Laufe der Zeit. In der rechten Fensterhälfte erhalten Sie eine Veranschaulichung des Zerfalls. Blaue Punkte symbolisieren dabei radioaktive Kerne, weiße schon zerfallene. Die Simulation stoppen Sie mit E.

3.20 Bleiakkumulator In Akkumulatoren wird elektrische Energie in Form von chemischer Energie gespeichert. Im Unterschied zu den galvanischen Elementen, z.B. herkömmlichen Batterien, wird ein Akkumulator zuerst aufgeladen, wobei durch Polarisation erst ein galvanisches Element geschaffen wird. Nach der anschließenden Entladung kann er erneut aufgeladen werden. Der am weitesten verbreitete Akkumulator ist der Bleiakkumulator. Die physikalische Grundlage für diese Akkumulatoren schuf 1833 Faraday durch die Untersuchung der Elektrolyse. Er erkannte die Quelle der Elektrizität von Volta-Elementen in chemischen Vorgängen und schrieb 1840: WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

73

„... auf diese Weise können wir chemische Kräfte in einen elektrischen Strom oder diesen in chemische Kraft verwandeln ... Allein in keinem Fall, nicht einmal beim elektrischen Aal oder Rochen, wird Kraft erschaffen oder erzeugt, ohne dass etwas anderes verbraucht wird.“ Ein Bleiakkumulator besteht aus zwei Bleiplatten (Anode und Kathode), die in 28%iger Schwefelsäure als Elektrolyt tauchen. Dabei bildet sich an der oxidierenden Oberfläche Bleisulfat PbSO4. Der Ladestrom verwandelt das Bleisulfat der Anode zu Bleidioxid PbO2 und das der Kathode zu Blei Pb. Außerdem bildet sich unter Aufnahme von Wasser Schwefelsäure. Während des Ladens steigt die Konzentration der Schwefelsäure und damit auch ihre Dichte.

PbSO4 + 2 H + + 2e − → Pb + H 2 SO4 − − u Anode: PbSO4 + 2OH → PbO2 + H 2 SO4 + 2e

u

Kathode:

Während des Entladens verlaufen sämtliche Prozesse in umgekehrter Richtung, d.h., die Konzentration der Säure nimmt kontinuierlich ab.

74

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

In dem Teilprogramm Elemente | Bleiakkumulator können Sie diese Prozesse simulieren. Wählen Sie an den Auswahlfeldern, ob Sie den Ladeprozess oder den Entladeprozess verfolgen möchten. Mit Start starten Sie die Animation, mit ESC können Sie abbrechen. Dargestellt wird nun die Bewegung der im Elektrolyt vorhandenen und Ionen. Geichzeitig ändert sich die Konzentration und Dichte der Schwefelsäure und damit die Urspannung des Akkumulators. WinFunktion – Chemie & Biologie ermittelt jeweils die aktuellen Werte und zeigt diese an. Näherungsweise kann die Urspannung über

aus der Dichte ρ der Säure berechnet werden. Der Entladevorgang wird durch einen angeschlossenen Verbraucher beeinflusst. Diese Belastung, die im Stromkreis fließende Stromstärke, können Sie an dem Rollbalken einstellen. Erhöhen Sie die Belastung, entlädt sich der Bleiakkumulator entsprechend schneller. Auf den Ladevorgang hat die Belastung keinen Einfluss.

3.21 Spektralzerlegung In dem Werk „Optik“ schreibt Isaac Newton: „In einem sehr dunklen Zimmer brachte ich hinter einer runden, in dem Fensterladen befindlichen Öffnung von 1/3 Zoll Durchmesser ein Glasprisma an. Letzteres sollte den Lichtstrahl, der durch die Öffnung eindrang, ablenken, ihn aufwärts nach der gegenüberliegenden Wand des Zimmers werfen und dort ein farbiges Bild der Sonne erzeugen. ... Das Spektrum war farbig, und zwar rot in seinem am wenigsten gebrochenen Ende, violett dagegen in dem am stärksten abgelenkten Ende. Der dazwischen befindliche Raum war gelb, grün und blau.“ Die Entdeckung Newtons leitete eine neue Etappe der Optik ein und veranlasste eine Vielzahl von Wissenschaftlern, darunter auch Goethe, sich auf das Gebiet der Physik zu begeben. Fällt weißes Licht durch ein Glasprisma, so wird dieses Licht je nach Eigenschaft des Prismenmaterials in die Bestandteile, d.h. die Spektralfarben, zerlegt. Wurde das Licht z.B.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

75

von einem glühenden Festkörper emittiert, so entsteht nach der spektralen Zerlegung das allgemein bekannte farbige Band, beginnend bei Rot, über Grün, Gelb bis Blau und Violett. Dieses Spektrum nennt man ein kontinuierliches Spektrum oder kurz Kontinuum. Nach dem Start des Teilprogramms Elemente | Spektralzerlegung zeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie ein derartiges Spektrum. Mithilfe der wissenschaftlichen Methode der Spektralanalyse können aus dem Spektrum Aussagen über die stoffliche Zusammensetzung des leuchtenden Stoffs oder aber über den Weg des Lichts von der Lichtquelle zum Prisma getroffen werden. Absorptionsspektrum Durchläuft weißes Licht (Kontinuum) z.B. ein Gas, so absorbieren die Gasmoleküle ganz bestimmte, elementspezifische Farben. Das entstehende Spektrum ist ein kontinuierliches Spektrum mit zusätzlichen schwarzen Linien, ein Absorptionsspektrum.

Beispiel: Absorptionsspektrum von Neon

Emissionsspektrum Wird das Licht von einem leuchtenden Gas ausgesandt, werden nur ganz bestimmte Wellenlängen – je nach Element – gesendet. Das entstehende Spektrum bleibt schwarz und enthält einige farbige Einzellinien, ein Emissionsspektrum.

Beispiel: Emissionsspektrum von Helium mit der typischen gelben Doppellinie bei 587,6 nm Wellenlänge

Absorptions- und Emissionsspektrum können Sie ebenso darstellen. Wählen Sie zuerst links die Art des Spektrums und anschließend einen

76

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Stoff in der Liste aus. WinFunktion zeichnet Ihnen sofort das entsprechende Spektrum. In der zweiten Liste finden Sie die Wellenlängen der elementtypischen Spektrallinien in m. Innerhalb der Stoffliste finden Sie den Eintrag Fraunhofer-Linien. Josef Fraunhofer untersuchte als einer der Ersten intensiv das Sonnenspektrum und entdeckte dabei die in der Sonnenchromosphäre und Korona entstehenden Absorptionslinien, welche nach ihm benannt wurden; streng genommen entdeckte aber Wollaston diese Linien vor Fraunhofer. WinFunktion – Chemie & Biologie stellt Ihnen die neun wichtigsten der in Wirklichkeit mehreren Hundert Linien dar. Beachten Sie, dass diese Linien durch unterschiedliche chemische Elemente hervorgerufen werden.

Beispiel: Sonnenspektrum mit Fraunhoferschen Linien

Beispiel: Absorptionsspektrum von Wasserstoff, deutlich zu erkennen sind die fünf typischen Wasserstofflinien Hα ...

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

77

Die Bedeutung dieser Entdeckung erkennt man auch daran, dass das chemische Element Helium zuerst im Sonnenspektrum gefunden wurde, bevor der Nachweis auf der Erde gelang. Einige Fraunhofersche Linien ließen sich einfach nicht mit den Linien der bekannten Elemente in Übereinstimmung bringen. Daher vermutete man einen besonderen „Sonnenstoff“, eben das Helium – helios (griech.) = Sonne.

78

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

4

Verbindungen

Unter diesem Menüpunkt finden Sie Teilprogramme zu chemischen Verbindungen, deren Darstellung und Eigenschaften.

4.1

Stöchiometrisches Rechnen

Auf Grund des Gesetzes von der Erhaltung der Masse (nach Lomonossow) und des Gesetzes der konstanten Proportionen (nach Proust 1797) lassen sich für jede vollständig verlaufende chemische Reaktion, von der chemischen Gleichung ausgehend, aus der Menge eines Reaktionsteilnehmers die Mengen aller anderen Reaktionsteilnehmer berechnen. Solche Berechnungen sind Gegenstand eines Teilgebiets der Chemie, der Stöchiometrie. Ein Schwerpunkt der mathematischen Anwendungen in WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 ist das Unterprogramm Verbindungen | Stöchiometrisches Rechnen zum stöchiometrischen Rechnen. Sie können durch die Auswahl von Ausgangssubstanzen und Reaktionsprodukten eine chemische Reaktionsgleichung erstellen, deren Koeffizienten ermitteln und bei Eingabe der Menge einer der Substanzen die Werte der anderen berechnen. Reagiert Eisen (II)-sulfat FeSO4 mit Schwefelsäure H2SO4 unter Anwesenheit von Kaliumpermanganat KMnO4, so entstehen nach der Reaktionsgleichung

FeSO4 + H 2 SO4 + KMnO 4 → H 2 O + Fe2 ( SO4 ) 3 + MnSO4 + K 2 SO4 neben Wasser drei Salze, Eisen (III)-sulfat, Mangansulfat und Kaliumsulfat. Soll das Gesetz der Erhaltung der Masse eingehalten werden, kann die Gleichung so aber nicht akzeptiert werden. So tritt auf der linken Seite nur ein Eisenatom, rechts aber zwei, links zwölf Sauerstoffatome, rechts aber 21 auf. Daher werden alle Substanzen mit einem entsprechenden Faktor versehen, sodass auf beiden Gleichungsseiten gleiche Anzahlen von Atomen für jedes Element vorhanden sind. Für die genannte Gleichung ergibt sich damit:

10 FeSO4 + 8 H 2 SO4 + 2 KMnO4 → 8 H 2 O + 5Fe2 ( SO4 ) 3 + 2MnSO4 + K 2 SO4 WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

79

Beispiel: Reaktion von Eisensulfat und Schwefelsäure

Die Bestimmung dieser Koeffizienten gehört zwar zu den Elementaraufgaben des Chemieunterrichts, kann aber doch lästig sein. WinFunktion berechnet Ihnen diese Werte. Mit der korrekten Reaktionsgleichung kann nun weiter gerechnet werden. Sollen 100 g Eisen (II)-sulfat reagieren, so tragen Sie diesen Wert ein. Nach Lösung erhalten Sie als Ergebnis: Um diese 100 g Eisen (II)-Sulfat umzusetzen, müssen Sie 51,6 g Schwefelsäure und 20,8 g Kaliumpermanganat zugeben. An Reaktionsprodukten erhalten Sie 9,5 g Wasser, 131,6 g Eisen (III)-sulfat, 19,9 g Mangansulfat und 11,5 g Kaliumsulfat. Erstellen einer Reaktionsgleichung Eine neue Reaktionsgleichung erstellen Sie, indem Sie an den acht Schaltfeldern – vier für Ausgangssubstanzen, vier für die Reaktionsprodukte – wählen, welche Substanz Sie festlegen wollen. Nach der Wahl können Sie aus den beiden linken Listboxen eine Substanz wählen. Die erste

80

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Listbox enthält alle chemischen Elemente (atomar!), die zweite Box chemische Verbindungen (welche in der Chemiebibliothek enthalten sind), d.h. z.B. auch Sauerstoff oder Wasserstoff, aber dieses Mal molekular. Klicken Sie auf einen der Einträge, trägt WinFunktion – Chemie & Biologie den Namen, die Formel sowie die molare Masse ein. Für die Festlegung der zweiten Substanz wählen Sie zuerst die neue Zeile am Schaltfeld und verfahren analog. Beispiel: Eisen soll mit Sauerstoff reagieren. Dazu gehen Sie wie folgt vor: 1.

Wahl des ersten Schalters

2.

Anklicken des Eintrags Eisen in der linken Listbox der chemischen Elemente

3.

Wahl des zweiten Schalters

4.

Anklicken des Eintrags Sauerstoff in der zweiten Listbox der chemischen Verbindungen

5.

Wahl des 5. Schalters (des ersten der Reaktionsprodukte)

6.

Anklicken z.B. des Eisen(III)-oxids in der zweiten Box

Daraufhin finden Sie unter Reaktionsgleichung die chemische Reaktion . Betätigen Sie nun den Schalter Lösung, berechnet WinFunktion die fehlenden Koeffizienten, d.h. in diesem Beispiel . Zu bemerken ist, dass WinFunktion – Chemie & Biologie nur in den Fällen die Koeffizienten ermitteln kann, in denen kein Koeffizient größer als 12 wird. In den acht Eingabefeldern (im Beispiel sinnvollerweise nur die drei mit Substanzen versehenen) können Sie Ihre zu berechnenden Massen eingeben. Der Schalter Lösung berechnet dann die übrigen. Soll im Beispiel 100 g Eisen reagieren, so tragen Sie 100 in der Zeile des Eisens ein und erhalten: 43 g Sauerstoff und 143 g Eisen(III)-oxid. Beachten Sie, dass WinFunktion – Chemie & Biologie ausschließlich mit Massen und nicht mit molarem Volumen rechnet. Die ermittelte Sauerstoffmasse müssten Sie also noch in das Gasvolumen umrechnen. Möchten Sie eine neue Reaktionsgleichung aufstellen, so betätigen Sie zum Löschen der Einträge den rechten Schalter der Toolbar.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

81

Vordefinierte Reaktionsgleichungen Die dritte Listbox des Fensters enthält schon vordefinierte Reaktionsgleichungen, welche mit einem typischen Namen in einer internen Bibliothek gespeichert wurden. Möchten Sie so eine Reaktion berechnen, so wählen Sie einfach einen Eintrag aus. WinFunktion – Chemie & Biologie trägt dann alle Ausgangs- und Reaktionsstoffe ein. Wählen Sie zum Beispiel die Reaktion der Aluminiumchloridhydrolyse, so erhalten Sie als Gleichung und die Ausgangsstoffe Ammoniumchlorid und Wasser sowie die Reaktionsprodukte Ammoniakwasser und Chlorwasserstoff. Diese Bibliothek können Sie erweitern. Legen Sie zuerst eine Reaktionsgleichung fest und betätigen Sie dann den Schalter Neu, so werden Sie nach einem typischen Namen gefragt. Nach Bestätigung mit Ü ist Ihre Gleichung dauerhaft in der Bibliothek enthalten. Eine Gleichung entfernen Sie mittels des Schalters Löschen. Möchten Sie Ihre Gleichung als eigenständige Textdatei speichern und evtl. später wieder laden, so verwenden Sie die entsprechenden Menüpunkte. Die in der Bibliothek enthaltenen chemischen Verbindungen können Sie durch Aufruf von Bibliothek... verändern, erweitern usw.

4.2

Stöchiometrie / Mischung

Die Dialogbox Verbindungen | Stöchiometrie (einfach) ermöglicht Ihnen eine einfache stöchiometrische Berechnung ohne unmittelbare Verwendung der Reaktionsgleichung. Geben Sie dazu in den einzelnen Eingabezeilen die gegebene Masse in Gramm, die zugehörige Stoffmenge in mol, die molare Masse in Gramm, die Stoffmenge des gesuchten Stoffs in mol sowie dessen molare Masse ein. Nach Berechnung ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 die gesuchte Masse des Reaktionsprodukts in Gramm. Markieren Sie das Feld Mischungsrechnung, können Sie im rechten Teil des Fensters einfache, aber leider immer wieder zu Fehlern führende Berechnungen zur Mischung von Substanzen durchführen. Die Grundaufgabe besteht darin, zwei Substanzen A und B, deren Konzentration bekannt ist, so zu mischen, dass die entstehende Lösung M eine gewünschte

82

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Konzentration besitzt. Das Programm ermittelt das Verhältnis, in welchem die Substanzen A und B gemischt werden müssen. Tragen Sie zur Rechnung die drei Konzentrationen ein und betätigen Sie den Schalter Berechnung.

Beispiel: 30 % Salzsäure soll durch Vermischung mit reinem Wasser auf eine Konzentration von 12 % reduziert werden. Eintragen der Werte 30, 0 und 12 in den Eingabezeilen ergibt ein Verhältnis: A : B = 12 : 18 = 2 : 3 , d.h., auf 2 Teile Salzsäure kommen 3 Teile Wasser. Achtung beim Experimentieren! Bei der Verdünnung von Säuren ist unbedingt darauf zu achten, dass niemals das Wasser in die Säure gegeben wird. Dabei kann es zu extremer Wärmeentwicklung kommen, welche die Ursache von sehr gefährlichen Verletzungen sein kann. Es ist stets die Säure vorsichtig in das Wasser zu gießen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

83

4.3

Oxidation-Reduktion

Nachdem in den Jahren 1774 bis 1777 durch die Arbeiten verschiedener Chemiker, u.a. Scheele und Priestley, das Element Sauerstoff entdeckt wurde, gelang es dem Franzosen Lavoisier 1783, den Verbrennungsvorgang aufzuklären: Die Verbrennung ist eine Vereinigung mit Sauerstoff. Aus dem französischen Namen oxygène für Sauerstoff erhielt dieser Vorgang den Namen Oxidation. Entzieht man Sauerstoff, spricht man von einer Reduktion. Dazu ist meist ein Reduktionsmittel notwendig. Verallgemeinert man diese Vorgänge, so stellt man fest, dass bei einer Oxidation eine Abgabe von Elektronen, bei der Reduktion die Aufnahme von Elektronen stattfindet. Aus diesem Grund sind beide Reaktionen zwei Seiten eines Prozesses, der so genannten Redoxreaktion. Diese besitzt fundamentale Bedeutung für chemische Vorgänge. Unter Verbindungen | Oxidation-Reduktion finden Sie über 250 Oxidations- und Reduktionsreaktionen, welche Sie kombinieren können.

84

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Wählen Sie dazu sowohl in der linken als auch rechten Liste je eine Reaktion aus. Das Programm ermittelt das Reaktionspotenzial und überprüft, ob beide Reaktionen gleichzeitig ablaufen können. Andernfalls erhalten Sie die Meldung Die Reaktion ist nicht möglich!

Ist die Reaktion möglich, erhalten Sie zusätzlich die linke und rechte Seite der Gesamtreaktion angezeigt.

4.4

Bindungscharakter

Chemische Bindungen beruhen auf Vorgängen, die in den Elektronenhüllen der Atome ablaufen. Die Erklärung dafür gibt die Elektronentheorie der Valenz, welche 1916 von dem deutschen Physiker Kossel und dem US-amerikanischen Chemiker Lewis aufgestellt und in den nachfolgenden Jahren sehr stark weiterentwickelt wurde. Im Teilprogramm Verbindungen | Bindungscharakter berechnet WinFunktion – Chemie & Biologie ausgehend von den Elektronegativitäten zweier Elemente die Art und Stärke einer eventuellen Bindung beider Elemente.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

85

Ausgewiesen werden dabei u

stark polare Bindungen

u

polare Bindungen (Ionenbindung, elektrovalente Bindung)

u

schwach polare Bindung (polarisierte Atombindung)

u

unpolare Bindung (Atombindung, Elektronenpaarbindung)

sowie keine Bindung, wenn diese nicht möglich ist.

4.5

Chemie interaktiv

Das Teilprogramm Verbindungen | Chemie interaktiv beinhaltet eine kleine Sammlung von Simulationen chemischer Experimente. Dazu gehören: u

Temperaturerniedrigung des Lösungsmittels beim Lösen eines Salzes

u

Farbumschlag im Blue-Bottle-Experiment

u

Titration der unbekannten Stärke einer Lauge (Natriumhydroxid)

u

Photosynthese an Elodeasprossen (Abhängigkeit von Licht und Kohlendioxidgehalt)

Temperaturerniedrigung In der Chemie unterscheidet man zwei Arten von Prozessen: Bei exothermen Vorgängen wird während der Reaktion Energie in Form von Wärme abgegeben. Typische Beispiele sind alle Oxidationsvorgänge, also auch die Knallgasreaktion. Endotherme Vorgänge dagegen benötigen Energie. Dazu gehören so einfache Prozesse wie Verdampfen und Schmelzen, aber auch das Auflösen eines Salzes in Wasser. Dabei kühlt sich das System ab! Unter dem Punkt Temperaturerniedrigung können Sie diese Abkühlung einer Salzlösung simulieren. Dazu wird ein Gefäß mit Wasser dargestellt, in welchem ein Thermometer die Temperatur misst. Über den Rollbalken können Sie nun Kochsalz NaCl in das Wasser geben. Obwohl NaCl, im Vergleich zu anderen Salzen, nur eine geringe Lösungswärme besitzt, kühlt sich die Salzlösung bei immer stärkerer Salzzugabe ab.

86

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Hinweis: Wenige Salze, wie z.B. CaCrO4, besitzen eine negative Lösungswärme. Gibt man das Salz in Wasser, so erwärmt sich die Lösung. Dies bedeutet aber auch, dass sich derartige Salze in wärmerem Wasser schlechter lösen als in kaltem! Farbumschlag im Blue-Bottle-Experiment

Bei diesem merkwürdigen Experiment befinden sich in einem Standkolben neben 400 ml Wasser 5 Gramm Natriumhydroxif NaOH, 40 g Glukose und zur Farbbildung 5 ml Methylenblau. Lässt man diese Lösung einige

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

87

Zeit stehen, so entfärbt sich die Flüssigkeit allmählich. Kräftiges Schütteln des Kolbens oder intensives Rühren bringt die kräftige Blaufärbung wieder zum Vorschein. Dieses kleine Experiment können Sie unter Blue-Bottle-Experiment simulieren. Nach dem Markieren des Titels in der Liste beginnt die Flüssigkeit langsam ihre blaue Farbe in Weiß umzuwandeln. Schalten Sie nun am Rollbalken das „Rührgerät“ ein, so wird die Flüssigkeit kräftig gemischt und die blaue Farbe erscheint nach einiger Zeit wieder. Titration Eine der wichtigsten Methoden der Chemie ist die Titration. Darunter versteht man ein Verfahren zur Bestimmung der Stoffmenge einer (unbekannten) Lösung. Bei einer Titration macht man sich dabei die Eigenschaft zunutze, dass Säuren und Laugen sich gegenseitig neutralisieren (Neutralisationsreaktion). Das wichtigste Arbeitsgerät bei einer Titration ist die Bürette. Diese wird mit einer Titrierlösung bzw. einer Säure oder einer Lauge gefüllt, von der die genaue Konzentration bekannt ist. Nun tropft man die Titrierlösung zu der unbekannten Lösung in Portionen so lange hinzu, bis der beigefügte Indikator den Neutralisationspunkt (pH-Wert = 7) anzeigt. Mithilfe von Tabellen oder mathematischen Gleichungen kann dann die Konzentration der zu bestimmenden Säure oder Lauge bestimmt werden. Unter dem Punkt Titration wird dieses Verfahren an einem Beispiel simuliert. In einem Gefäß befindet sich die Lauge mit unbekannter Konzentration, hier Natriumhydroxid. Zusätzlich wurde in die Lauge Indikatorlösung gegeben. Da sich dieser Indikator bei starken Laugen blau färbt, hat die Gesamtflüssigkeit ebenfalls eine blaue Farbe. Am Rollbalken stellen Sie nun ein, welche Menge an Salzsäure HCl Sie in das Gefäß geben. Da sich Salzsäure und Natriumlauge gegenseitig neutralisieren, ändert sich der pH-Wert der Lösung. Durch den Indikator kommt es zusätzlich zu einer Farbänderung. Verfärbt sich der Indikator gelb, so erreicht die Lösung einen pH-Wert von etwa 7. In diesem Fall befinden sich etwa gleich viele H3O+-Ionen (von der Säure) und OH—-Ionen (von der Natronlauge) in der Lösung. Da die Konzentration der Titrierlösung bekannt ist, kann nun aus der zugegebenen Menge auf die Konzentration der unbekannten Lauge geschlussfolgert werden.

88

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Testen Sie das Teilprogramm, so finden Sie im unteren Teil des Fensters eine Übersicht zur Färbung des Indikators bei unterschiedlichen pHWerten. Geben Sie nun die „richtige“ Menge Salzsäure zu, können Sie aus der angegebenen Tabelle die Konzentration von NaOH ablesen. Sie müssten 1,4 % Konzentration der Lauge ermitteln. Sollten Sie dieses Experiment in der Praxis ausführen wollen, so beachten Sie unbedingt den nachfolgenden Sicherheitshinweis.

Vorsicht! Schutzmaßnahmen: Schutzbrille tragen! Säuren und Laugen sind ätzende Stoffe. Jeder Kontakt mit Haut, Augen und Kleidung ist unbedingt zu vermeiden! Im Notfall ist mit viel Wasser zu spülen. Photosynthese an Elodeasprossen Der englische Wissenschaftler Joseph Priestley beobachtete, dass Luft in einem abgeschlossenen Behälter von einer brennenden Kerze oder einer lebenden Maus verändert wird. Die Kerze erlosch nach einiger Zeit und die Maus starb. Brachte er eine brennende Kerze in die „verbrauchte“ Luft der Maus, so ging die Kerze sofort aus. Offenbar wurde die Luft von beiden, Kerze und Maus, grundlegend verändert. Da aber seit Millionen Jahren Lebewesen auf der Erde atmen, müsste theoretisch die Luft irgendwann verbraucht sein. Dass dies nicht der Fall ist, war Priestley klar. Nach jahrelanger Forschung machte er 1771 eine interessante Entdekkung: „... am 17. August 1771 brachte ich einen Minzezweig in eine Luftmenge, in der eine Wachskerze erloschen war, und fand, dass am 27. desselben Monats eine neue Kerze gut darin brannte.“ Priestley schlussfolgerte, dass Pflanzen „verbrauchte“ Luft wieder in „gute“ Luft umwandeln. Er hatte den Vorgang der Photosynthese entdeckt. Nachdem 1779 Jan Ingenhousz die grünen chlorophyllhaltigen Teile der Pflanze als „Quelle“ der guten Luft entdeckt hatte, trugen mehrere Chemiker und Biologen zum weiteren Verständnis der Photosynthese bei:

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

89

u

Lavoisier erkennt Kohlendioxid als Hauptbestandteil der „verbrauchten“ Luft und Sauerstoff als Grundlage der „guten“ Luft.

u

1783 entdeckt der Schweizer Senebier, dass Pflanzen Kohlendioxid aufnehmen.

u

1804 findet de Saussure, dass die Pflanze durch Aufnahme von Kohlendioxid (und zusätzlich Wasser) wächst.

u

1842 stellt der Heilbronner Arzt Robert Mayer die Theorie auf, dass bei der Photosynthese Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt wird.

u

1862 zeigt der deutsche Biologe Julius Sachs, dass sich beim Vorgang der Photosynthese in den Chloroplasten der pflanzlichen Zelle Stärke bildet.

u

1905 untersucht der Engländer Blackman, wie sich unterschiedliche Lichtstärken auf die Pflanzen auswirken.

u

1940 wird nachgewiesen, dass der durch die Pflanzen freigegebene Sauerstoff aus dem Wasser stammt.

Wie wichtig Pflanzen für unser Leben sind, erkennt man an einfachen Zahlen. Eine 100-jährige Buche hat etwa 600000 Blätter, d.h. 1200 m² Blattfläche. An einem einzigen Sonnentag assimiliert der Baum 9400 Liter CO2. Dazu müssen 36 Millionen Liter Luft gefiltert werden. Im Ergebnis produziert die Buche 9400 Liter Sauerstoff, verdunstet 400 l Wasser und bildet 12 kg Kohlenhydrate. Der freigesetzte Sauerstoff entspricht etwa dem Bedarf von 10 Menschen. Dieser für alle Organismen auf der Erde wichtige Vorgang der Photosynthese kann durch ein einfaches Experiment nachgewiesen werden. Wählen Sie den Punkt Photosynthese, so können Sie dies nachvollziehen. In ein Gefäß mit Wasser wird ein Teil einer Elodea-Pflanze (Wasserpest) gegeben. Das Wasser wird durch Zugabe von Natriumkarbonat NaCO3 besonders mit Kohlendioxid CO2 angereichert. Über dem Teil der Wasserpest befindet sich ein mit Wasser gefüllter Zylinder zum Auffangen von frei werdendem Gas, hier von Sauerstoff. Fällt nun Licht auf die Wasserpflanze, so sind alle Bedingungen für die Photosynthese erfüllt. Die Elodeasprosse entnimmt ihrer Umgebung Wasser und Kohlendioxid, wandelt diese in Stärke um und gibt dabei

90

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Sauerstoff an das Wasser wieder ab. Dieser steigt nach oben und wird im Zylinder aufgefangen.

Klicken Sie nun mit der linken Maustaste auf die Darstellung, startet WinFunktion dieses Experiment. Wie schon Blackman feststellte, erhöht sich der Vorgang der Photosynthese, wenn die Pflanzen mehr Licht ausgesetzt sind. Verändern Sie am Rollbalken Lichtstärke die Helligkeit der Glühlampe, so verändert sich auch die Anzahl der von der Wasserpest freigesetzten Luftbläschen. Allerdings kann die Photosyntheserate nicht ins Unermässliche gesteigert werden. Überschreiten Sie einen artspezifischen Lichtsättigungspunkt, so erhöht sich die Sauerstoffproduktion bei zunehmender Lichtstärke nun nicht mehr. Wichtiger Hinweis: Führen Sie das beschriebene Experiment in der Praxis durch, so können Sie den aufgefangenen Sauerstoff durch die Glimmspanprobe nachweisen. Vorsicht! Reiner Sauerstoff kann durch einen Funken zur Explosion gebracht werden! Experimentieren Sie daher unter Berücksichtigung aller Sicherheitsmaßnahmen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

91

Unter dem Punkt Photosynthese 2 können Sie das gleiche Experiment nochmals durchführen. Allerdings stellen Sie nun am Rollbalken nicht die Lichtstärke, sondern die Kohlendioxidkonzentration im Wasser ein. Auch hier existiert ein Sättigungspunkt. Dieser kann aber in der Praxis durch eine größere Lichtintensität erhöht werden. Normale Luft hat im Durchschnitt rund 0,03 Vol % Kohlendioxidgehalt. Bei einer Lichtintensität von 5000 lx (entspricht stark bedecktem Himmel im Sommer) liegt der Sättigungspunkt bei etwa 0,06 Vol % CO2. Bei einer vierfachen Lichtintensität von 20000 lx kann der Sättigungspunkt u.U. bis auf über 0,1 Vol % gesteigert werden. Die Pflanze wächst schneller. Im Sommer erreicht das Sonnenlicht bis 100000 lx!

4.6

Moleküle

Ein besonderer Punkt des naturwissenschaftlichen Programms WinFunktion – Chemie & Biologie ist die Darstellung von Molekülen. Nach dem Aufruf des Unterprogramms Verbindungen / Moleküle können Sie in einer Liste aus über 180 verschiedenen chemischen Verbindungen eine auswählen.

92

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Markieren Sie einen Listeneintrag, stellt WinFunktion – Chemie & Biologie sofort den Aufbau des zugehörigen Moleküls dar. Dabei werden die einzelnen Atome vereinfacht durch Kugeln symbolisiert. Besondere Bindungsverhältnisse, wie Doppel- oder Dreifachbindung, werden (in der Darstellung mittels Kugeln) nicht berücksichtigt. Die relative Lage der Einzelatome zueinander wird berücksichtigt. Die jeweiligen Elemente werden durch unterschiedlich große und verschieden gefärbte Kugeln verdeutlicht. Die am häufigsten auftretenden Elemente sind dabei

Neben den chemischen Verbindungen finden Sie auch Reaktionsgruppen, z.B. die Aldehydgruppe oder Aminogruppe. Die jeweils freien Enden werden durch ein R gekennzeichnet.

Beispiel: Aldehydgruppe

In der Liste der chemischen Elemente finden Sie neben einfachen organischen Verbindungen wie Methan, Äthan usw. auch komplexere Moleküle, darunter verschiedene Aminosäuren (z.B. Alanin, Asparagin, Glutaminsäure), Ringverbindungen (Benzol, Phenol, Phenylalanin), Stickstoffverbindungen usw.

Beispiel: Ammoniumsulfat

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

93

Als Besonderheit können Sie die Veranschaulichung dieser Moleküle erhöhen, indem Sie den Schalter OK oder den Menüpunkt Start wählen. Daraufhin beginnt WinFunktion – Chemie & Biologie die Moleküle zu drehen. Bemerkenswert ist, dass trotz der hohen Drehgeschwindigkeit diese Animation relativ fließend und unter korrekter Berücksichtigung „verdeckter“ Atome erfolgt. Allerdings sollten Sie für eine fließende Bewegung der Moleküle mindestens einen Computer mit Pentium-CPU und höherer Taktfrequenz (ab 350 MHz) besitzen. Hinweis: Sollte die Animation sehr langsam und ruckartig verlaufen, muss dies nicht unbedingt an der Geschwindigkeit Ihres Prozessors liegen. Gerade für schnelle Grafikanwendungen ist die Einstellung der Farbenzahl unter Windows extrem wichtig. TrueColor-Einstellung erhöht gegenüber High-Color-Einstellung die Anforderungen an Ihre Grafikkarte auf ein Vielfaches, verbessert aber natürlich die Darstellung. Während der Animation können Sie folgende Optionen per Tastendruck ab- und zuschalten. Taste

Wirkung

T

Schaltet die Beschriftung der Atome mit den Elementsymbolen aus und zu

H

Schaltet zwischen weißem und schwarzen Hintergrund um

P

Schaltet zwischen farbiger und weißer Darstellung der Atome um

:

Schaltet die Beachtung der Sichtbarkeit verdeckter Atome ein und aus

P und : Schaltet die Kettendarstellung der Verbindungen ein und aus

Insbesondere die aufeinander folgende Nutzung der Tasten Pos und Ende ist interessant. Schalten Sie die Berücksichtigung verdeckter Atome und die farbige Darstellung gleichzeitig aus, zeichnet und bewegt WinFunktion die Kettendarstellung der Verbindungen. Um welche Achsen und wie schnell die Moleküle gedreht werden, legen Sie in den Optionen (Menüpunkt Datei | Optionen) fest. Zusätzlich können Sie während der Animation die Geschwindigkeit und die Drehrichtung steuern.

94

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Taste

Wirkung

W, I, Y, V Änderung der Drehrichtung K-Taste

Zurückstellen aller Werte auf die in den Optionen festgelegten

O

Erhöhung der Drehgeschwindigkeit

U

Senken der Drehgeschwindigkeit

E

Abbruch der Animation

Interessant dürfte auch sein, dass Sie mit einem Druck auf die BackTaste während der laufenden Animation das gerade aktuelle Bild als Momentaufnahme in die Zwischenablage kopieren können. Voreinstellung Im Darstellungsfenster der Moleküle können Sie über Datei | Optionen eine Dialogbox zur Festlegung der Startwerte aufrufen.

Geben Sie zur Festlegung der Startwerte in den Feldern Drehwinkel um ... reelle Zahlen ein. Ein Wert = 0 bewirkt keine Drehung, ein positiver Wert Drehung in Uhrzeigerrichtung. Weiterhin können Sie den Startwinkel je Achse einstellen. Je nach Qualität Ihres Computers (Geschwindigkeit der CPU, aber vor allem der Grafikkarte) sollten Sie für „Ihre Werte“ etwas experimentieren. Interessant ist auch die Nutzung eines schwarzen Hintergrunds. Während der Drehung der Moleküle können Sie die Geschwindigkeit, zusätzlich zu den oben genannten Möglichkeiten, durch einen linken Mausklick in das Fenster um jeweils 20 % erhöhen. Ein rechter Mausklick stoppt die Bewegung kurzzeitig. Entweder brechen Sie mit einem WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

95

weiteren rechten Mausklick ab oder Sie setzen mit einem linken Klick die Drehung fort. Sofort beenden Sie die Drehung mit der ESC-Taste. Zu bemerken wäre, dass nach einer erfolgten Drehung die Darstellung über Datei | Abbildung kopieren in die Zwischenablage kopiert oder über Datei | Abbildung drucken ausgedruckt werden kann. Schalten Sie zu irgendeinem anderen Fenster um oder wählen Sie in der Liste die Substanz erneut, wird sofort die Ausgangslage hergestellt.

4.7

Freie Bewegung der Moleküle

Da Sie sicher die Moleküldarstellungen aus verschiedensten Richtungen auch längere Zeit betrachten möchten, haben Sie über den Menüpunkt Freie Bewegung die Möglichkeit, die Moleküle in beliebiger Richtung und Stärke zu drehen. Haben Sie den Menüpunkt angeklickt, verändert jede Bewegung der Maus die Lage des Moleküls. Waagerechte Bewegung dreht um die z-Achse, senkrechte Bewegung um die y-Achse. Mit etwas Übung sollte es Ihnen so gelingen, die dargestellten Moleküle aus unterschiedlichsten Richtungen zu betrachten. WinFunktion – Chemie & Biologie ermöglicht Ihnen über die einfache Darstellung und die ständige Drehung der Moleküle hinaus zusätzlich die freie Drehung um die Abszissen- und Ordinatenachse. Wählen Sie dazu den Menüpunkt Freie Bewegung oder klicken Sie mit der linken Maustaste einmal in das Darstellungsfenster. Daraufhin interpretiert das Programm jede weitere Mausbewegung als Aufforderung, die Darstellung zu drehen. Eine Mausbewegung nach links oder rechts dreht das Molekül sofort um die y-Achse, das Verschieben der Maus hoch oder runter dreht die Darstellung um die Abszissenachse. Jede Tastatureingabe (außer RETURNTaste) oder ein beliebiger Mausklick beendet diesen Darstellungsmodus. Mit dieser Funktion haben Sie die Möglichkeit, Ihre Darstellung in eine beliebige Lage zu drehen, und sind nicht gezwungen, über die mühevolle Eingabe von Drehwinkeln das Gewünschte zu erzielen. Interessant dürfte dies vor allem auch für die Lagebeziehung der einzelnen Atome in komplexeren Molekülen sein, da Sie die Gebilde aus jeder möglichen Blickrichtung betrachten können. Etwas Übung ist allerdings erforderlich, da jede kleine Mausbewegung die Lage der Atome beeinflusst.

96

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Zusätzlich können Sie während der freien Drehung der Moleküle die Darstellung jederzeit in die Zwischenablage kopieren. Betätigen Sie dazu einfach die RETURN-Taste. Anzumerken ist noch, dass alle Einstellungen, wie zum Beispiel die Berücksichtigung der Lage der Atome oder die Darstellung als Kettenmodell, während der freien Drehung der Darstellung erhalten bleiben.

4.8

Aminosäuren

Aminosäuren (Carbonsäuren) sind Moleküle, die die Aminogruppe -NH2 enthalten. In der allgemeinen Form lautet deren Strukturformel , wobei R einen weiteren Molekülstrang (Alkyl, Aryl oder heterocyclischer Rest) darstellt. Je nach Lage der Aminogruppen zur Carboxylgruppe unterscheidet man zusätzlich α-, β-, γ-, ...-Aminosäuren. Die Bedeutung der Aminosäuren besteht in der Tatsache, dass sie praktisch die Grundlage des Lebens sind. Unter anderem sind diese Grundbausteine der Eiweiße und spielen damit bei der genetischen Verschlüsselung eine fundamentale Rolle. Im menschlichen Körper wurden bisher 25 verschiedene Aminosäuren nachgewiesen. Zehn von diesen sind essentiell, d.h., sie kann der menschliche Organismus nicht selbst herstellen, wodurch sie mit der Nahrung aufgenommen werden müssen. Nach dem Aufruf des Unterprogramms Verbindungen | Aminosäuren können Sie in einer Liste aus 22 verschiedenen Aminosäuren eine auswählen. Markieren Sie einen Listeneintrag, stellt WinFunktion – Chemie & Biologie sofort den Aufbau des zugehörigen Moleküls dar sowie die Strukturformel. Ergänzt wird dies durch Informationen zur Abkürzung, zu der Polarität, dem pH-Wert und der Tatsache, ob diese Aminosäure essentiell ist. Eine essentielle Aminosäure ist für den Menschen unentbehrlich, wird aber von dem menschlichen Organismus nicht selbst aufgebaut. Daher müssen diese Aminosäuren durch die Nahrung zugeführt werden. U.a. sind Isoleucin, Leucin, Lysin, Tryptophan und Valin essentiell.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

97

Beispiel: Phenylalanin

Erneut gelten die unter Verbindungen | Moleküle gemachten Bemerkungen zur Animation und Darstellung dieser Moleküle. In WinFunktion – Chemie & Biologie finden Sie die Aminosäuren u

Alanin, Arginin, Asparagin, Asparaginsäure, Glutamin, Glutaminsäure, Glyzin, Histidin, Isoleucin, Leuzin, Lysin, Methionin, Ornithin, Phenylalanin, Prolin, Serin, Threonin, Thyrosin, Tryptophan, Valin, Zystein, Zystin

4.9

Bibliothek chemischer Verbindungen

Die Bibliothek Verbindungen | Bibliothek chemischer Verbindungen enthält vordefiniert über 860 chemische Verbindungen mit Namen und Summenformel. Diese Liste können Sie erweitern. Geben Sie dazu unter Name die Bezeichnung der Substanz sowie unter Formel die chemische

98

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Kurzschreibweise ein. Mit dem Schalter Neu wird die Eingabe in die Bibliothek aufgenommen. Löschen entfernt einen markierten Eintrag aus dieser Bibliothek.

Beachten Sie, dass die Eingabezeile ein Tiefsetzen der Indizes nicht ermöglicht. Eine Substanz wie z.B. Glucose wird in der Form C6H12O6 eingegeben. In der Darstellung des Fensters Stöchiometrisches Rechnen wird diese Schreibweise korrekt dargestellt. Bitte verwenden Sie möglichst keine eckigen Klammern, sondern ausschließlich runde, d.h. »(« und »)«.

4.10 Eigenschaften chemischer Verbindungen Besitzen schon die über 100 chemischen Elemente eine große Vielfalt verschiedenster Eigenschaften, so sind deren Kombinationen, die chemischen Verbindungen, noch vielfältiger.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

99

Im Teilprogramm Verbindungen | Eigenschaften chemischer Verbindungen können Sie Informationen über eine Vielzahl chemischer Verbindungen erfragen. Für über 130 Verbindungen ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 neben der Formel u

die Dichte in g/cm³

u

die molare Masse in g/mol

u

die Schmelz- und Siedetemperatur in °C

u

die Standard-Bildungsenthalpie, die Standard-Entropie und

u

Besonderheiten

Erneut können Sie diese Liste selbstständig erweitern. Tragen Sie dazu die Ihnen bekannten Werte in die Eingabezeilen der rechten Seite ein und betätigen Sie Neu.

100

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

4.11 Strukturformeln Werden chemische Verbindungen nur als Summenformeln angegeben, ist es teilweise nicht einfach, sofort zu entscheiden, um welche Verbindung es sich handelt bzw. welche Eigenschaften der Stoff besitzt. Unter der unüblichen Formel C2H6O wird man nicht gleich Ethanol vermuten. Deshalb wird normalerweise die Alkanolgruppe OH gesondert ausgewiesen, d.h. also C2H5OH. Noch deutlicher wird die Struktur der Verbindung, wenn diese in Form einer Strukturformel angezeigt wird.

Die zwei gezeigten Strukturformeln sind die von 1-Buten und 2-Buten. Beide Verbindungen haben ebenfalls die gleiche Summenformel C4H8, aber, da die Doppelbindung an unterschiedlichen Stellen liegt, unterscheiden sich beide Substanzen doch in einigen Eigenschaften ziemlich deutlich. Während die Summenformel die Anzahl der einzelnen Atome in einer chemischen Verbindung nur in Symbolen und Zahlen wiedergibt, ist die Strukturformel eine zweidimensionale Wiedergabe der geometrischen Bindungsverhältnisse in einer chemischen Verbindung. Dabei werden international standardisierte Vereinfachungen vorgenommen. Zur Anzeige einer Strukturformel wählen Sie im Teilprogramm Verbindungen | Strukturformeln aus der Liste von rund 380 Verbindungen eine aus. WinFunktion zeigt Ihnen die Strukturformel, wobei Doppel- und Dreifachbindungen sowie zusätzliche Elektronen angezeigt werden. Benzolringe werden in der üblichen Darstellungsform (als regelmäßiges Sechseck mit Kreis) gezeichnet. Besondere strukturelle Gruppen treten nun besonders deutlich hervor.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

101

Beispiel: Acetylbenzol

4.12 pH-Wert Eine Vielzahl chemischer, biologischer und physikalischer Prozesse, z.B. Bodenbildungsprozesse, aber vor allem die Verfügbarkeit und Speicherfähigkeit der Pflanzenstoffe, werden durch den so genannten pH-Wert einer Lösung, im Allgemeinen einer wässrigen Lösung, gesteuert. So ist z.B. auch die chemische Verwitterung vom pH-Wert abhängig. Je niedriger er ist, desto höher ist die chemische Verwitterung. Auch kommt es in diesem Fall zu einer erheblichen Einschränkung der biotischen Aktivitäten. Dauert dieser Zustand über längere Zeit an, etwa durch saure Niederschläge, so werden die Bodenlebewesen geschädigt; erste Opfer sind z.B. die Regenwürmer. Aber auch für den menschlichen Organismus hat der pH-Wert höchste Bedeutung. Magensaft hat zum Beispiel einen pH-Wert von 2-3 und ist

102

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

damit stark sauer. Der pH-Wert des Blutes beträgt 7,4. Für unsere Haut ist ein pH-Wert von 5,5 angenehm, ein zu hoher oder zu niedriger Wert schädigt auf die Dauer die Haut. Der pH-Wert ist für den Ablauf der Vorgänge im Körper entscheidend. So sind z.B. Enzyme nur in bestimmten pH-Bereichen wirksam. Wissenschaftlich gesehen drückt der pH-Wert das Verhältnis von Säure und „Nicht-Säure“ (Base) im Wasser aus; exakt ist der pH-Wert der Zahlenwert des negativen dekadischen Logarithmus der H3O+ Ionen-Konzentration. Dabei wird das Verhältnis chemisch in der Anzahl der Ionen gemessen. Verantwortlich für saures Wasser sind positive H-Ionen. Verantwortlich für alkalisches Wasser sind negative OH-Ionen. Dies zeigt sich auch im Namen. pH-Wert ist eine Abkürzung für lat. potentia hydrogenii = die Kraft / Stärke des Wasserstoffs.

Der Ausgangspunkt der pH-Skala ist neutrales Wasser, welches immer einen pH-Wert von 7 besitzt. Werte unterhalb von 7 zeigen Säuren an, Werte oberhalb von 7 Laugen. Je kleiner der pH-Wert, umso stärker ist die vorhandene Säure. Die Skala ist so abgestuft, dass pro Wert die Säurestärke um den Faktor 10 zunimmt. Eine Säure mit dem pH-Wert 3 ist zehnmal stärker als eine Säure mit dem pH-Wert 4! In reinem Wasser liegen ebenfalls Oxonium-Ionen H3O+ vor, da das Wasser auch zu einem gewissen Grad in Ionen dissoziiert vorliegt:

2 H 2 O ⇔ H 3O + + OH − Dieses Phänomen heißt Eigendissoziation des Wassers. Da das Wasser nur in geringem Maße dissoziiert und sich dabei Oxonium-Ionen und Hydroxid-Ionen zu gleichen Teilen gegenüberstehen, hat reines Wasser einen pH-Wert von 7 und steht damit in der Mitte der pH-Wert-Skala.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

103

Mischt man nun eine Säure und eine Lauge zusammen, so entsteht Wasser und ein Salz. Zum Beispiel: Die H3O+-Ionen der wässrigen Salzsäurelösung und die OH--Ionen der Natronlauge reagieren zu zwei Molekülen Wasser, als zweites Reaktionsprodukt entsteht Kochsalz: u u

Teilreaktion: H O + + OH − → 2 H O 3 2 Gesamtreaktion: H O + + Cl − + OH −

u

d.h.: Salzsäurelösung + Natronlauge à Wasser + Natriumchlorid

3

+ Na + → 2 H 2 O + NaCl

Eine solche Reaktion kann man sich nun zunutze machen, wenn eine zu saure oder zu basische Lösung verändert werden soll. Stimmt man die Mengen der Säure und Lauge genau aufeinander ab, kann sogar ein neutraler pH-Wert von 7 erzielt werden. Da sich dann die H3O+-Ionen und die OH - -Ionen gegenseitig „aufheben“, spricht man von einer Neutralisationsreaktion. Im Teilprogramm Verbindungen | pH-Wert können Sie den pH-Wert von Säuren und Laugen ermitteln und eine Neutralisationsreaktion simulieren. Nach dem Start finden Sie in einer linken aufklappbaren Liste verschiedene Säuren, in einer analogen rechten Liste eine Vielzahl von Laugen (Basen). An je zwei Rollbalken können Sie die Stärke der Säure bzw. Base (Molarität) und das zu benutzende Volumen beider einstellen. Die gewählten Mengen werden in einen darunter befindlichen Messbecher gegeben. In diesem befindet sich voreingestellt eine gewisse Menge Wasser. Diese können Sie an den unteren Rollbalken verändern. Nach der Festlegung von Säure oder Base ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 den pH-Wert der jeweiligen Lösungen. Während sich im linken Gefäß die Säure und im rechten Gefäß die Lauge befinden, simuliert das Programm im mittleren Messbecher die Situation, wenn Sie beide Lösungen mischen würden. In der Gesamtlösung kommt es nun zu einer Neutralisation von H3O+-Ionen und OH—-Ionen, sodass sich der pH-Wert immer zwischen dem der Säure und dem der Lauge einstellt. Im nachfolgenden Beispiel sollen 10 ml 0,22 molarer Salzsäure mit 9 ml 0,25 molarer Natriumlauge untersucht werden. Während die sehr starke Säure einen extrem kleinen pH-Wert aufweist (die Lösung im linken

104

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Messbecher ist sehr stark ätzend!), hat die Natriumlauge natürlich einen hohen basischen pH-Wert. Die Mischung beider Lösungen ist ebenfalls basisch. Dies bedeutet, dass in den 9 ml Natriumhydroxid mehr freie OH—-Ionen vorhanden sind als H3O+-Ionen in der Salzsäure. Erhöhen Sie aber die Menge der Salzsäure auf 11 ml oder deren Konzentration auf eine Molarität von 0,23, so kommt es zu einem sofortigen Umschlag des pH-Werts der Gesamtlösung, da nun (fast) alle OH—-Ionen neutralisiert werden und einige H3O+-Ionen die Lösung sauer reagieren lassen.

4.13 Entropie, Bildungsenthalpien, Lösungsmittel Unter den zwei Menüpunkten Verbindungen | Bildungsenthalpie und Entropie und Verbindungen | Lösungsmittel finden Sie zwei Programmteile, die in Tabellenform Informationen zu

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

105

u

Molaren Bildungsenthalpien

u

Freien Bildungsenthalpien

u

Entropie von Stoffen

u

Eigenschaften von 136 Lösungsmitteln (z.B. Formel, Siedepunkt KP, Schmelzpunkt FP, Flammpunkt, Zündpunkt, Dichte usw.)

geben. Wählen Sie dazu in der Liste jeweils den gesuchten Stoff aus. In beiden Teilprogrammen können Sie die internen Bibliotheken um weitere Stoffe erweitern. Tragen Sie dazu (z.B. für die Bildungsenthalpie in die Zeilen Stoff, Aggregatzustand und Wert) die entsprechenden Größen ein und quittieren Sie mit RETURN bzw. dem Schalter Neu. Einen eingetragenen Wert können Sie über den Schalter Löschen aus den Listen entfernen. Beachten Sie bitte, dass im Teilprogramm Bildungsenthalpie und Entropie drei Tabellen verwaltet werden. Welche Sie nutzen bzw. erweitern möchten, legen Sie an den Markierungsfeldern im rechten oberen Fensterteil fest.

4.14 Gefahrenstoffe „Alle Ding’ sind Gift und nichts ohn’ Gift; allein die Dosis macht, das ein Ding’ kein Gift ist.“ Paracelsus Das besonders Interessante und Faszinierende an der Chemie geht zum Großteil von den Möglichkeiten aus, chemische Experimente durchzuführen. Die unterschiedlichsten Ergebnisse, Farbumschläge, Ausfällen von Stoffen, Flammenbildungen, Rauchentwicklungen, kleinere „Explosionen“ und vieles andere mehr, beeindrucken immer wieder. Aber! Bei aller Experimentierfreude sollte man stets daran denken, dass eine Vielzahl, streng genommen fast alle, chemische Stoffe in irgendeiner Weise dem Menschen gefährlich werden können. Aus diesem Grund existiert eine Gefahrenstoff-Verordnung, welche an jeder Arbeitsschule, in der Schule, aber auch im häuslichen Bereich eingehalten werden sollte.

106

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Je nach Gefahr, welche von einer Verbindung ausgeht, unterscheidet man 10 Hauptkategorien, welche mit einem Buchstaben und einer Warnabbildung gekennzeichnet werden. Chemische Stoffe werden mit folgenden Buchstaben und Gefahrensymbolen gekennzeichnet: Symbol

Buchst.

Erklärung

E

Der Stoff ist explosionsgefährlich, d.h., allein durch Schlag, Reibung usw. kann es zur Explosion kommen (z.B. Ethylnitrat).

F

Der Stoff ist leicht entzündlich (Flammpunkt unter 21 °C) (z.B. Ethanol).

F+

Der Stoff ist hochentzündlich (Flammpunkt unter 0 °C) (z.B. Diethylether).

O

Der Stoff ist brandfördernd, d.h. selbst evtl. nicht brennbar, aber erhöht die Heftigkeit eines Brandes (z.B. Kaliumchlorat).

T

Der Stoff ist giftig bzw. Krebs erregend, schon 200 mg/kg Körpergewicht sind tödlich (z.B. Arsen).

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

107

Symbol

Buchst.

Erklärung

T+

Der Stoff ist sehr giftig, d.h. schon in kleinsten Konzentrationen (weniger als 25 mg/kg Körpergewicht) tödlich (z.B. Kaliumcyanid).

Xn

Der Stoff ist gesundheitsschädigend (mindergiftig, tödlich bei 2002000 mg/kg Körpergewicht) (z.B. Glykol).

Xi

Der Stoff ist für den Menschen reizend, d.h., er ruft bei Kontakt mit Haut, Augen, Atmungsorganen Entzündungen hervor (z.B. Calciumchlorid).

C

Der Stoff ist ätzend, d.h., er zerstört lebendes Gewebe (z.B. Natronlauge mit mehr als 2% Konzentration).

N

Der Stoff ist umweltgefährlich (z.B. Lindan).

Diese Hauptkategorien werden im Allgemeinen weiter unterteilt. Zum Beispiel werden in der Gefahrstoffverordnung alle Stoffe aufgelistet, welche Krebs auslösen können oder im Verdacht stehen. Die Einteilung erfolgt in drei Kategorien: u

Carc. Cat. 1: Stoffe, die beim Menschen erfahrungsgemäß bösartige Geschwulste verursachen können (kanzerogene Stoffe), z.B. Arsensalze, Asbest, Benzol, Dioxin usw.

u

Carc. Cat. 2: Stoffe, die sich im Tierversuch als Krebs erzeugend erwiesen haben, z.B. Cadmium und seine Salze, Chromsalze, Dieselmotorabgase usw.

u

Carc. Cat. 3: Stoffe, bei denen ein Krebs erzeugendes Potenzial zu vermuten ist, z.B. Anilin, Chlorierte Biphenyle (PCB), Cobalt und seine Salze, Ozon usw.

Im Teilprogramm Verbindungen | Gefahrenstoffe finden Sie eine Zusammenstellung von rund 1200 Gefahrenstoffen. Wählen Sie einen Eintrag in der oberen Liste aus, zeigt Ihnen das Programm zum einen die CASNummer (zur eindeutigen Stoffidentifizierung), zum anderen das Gefahrenkennzeichen (Angabe der gefährlichen Eigenschaften) dieser Substanz.

108

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

An den unteren Markierungsfeldern können Sie auswählen, welche Stoffe Sie in der Liste suchen wollen. Entfernen Sie z.B. alle voreingestellten Markierungen bis auf die bei T+, so finden Sie in der Liste nur noch chemische Verbindungen und Elemente, welche als besonders giftig eingestuft wurden. Diese Liste können Sie bearbeiten. Möchten Sie einen Gefahrenstoff in die Tabelle aufnehmen, so tragen Sie den Namen, die Stoffkennzeichnung (CAS) und die Gefahrenklasse ein und betätigen den Schalter Eintragen. Einen in der Liste markierten Stoff entfernen Sie dauerhaft aus der Liste durch Wahl des Schalters Löschen. Beachten Sie, dass WinFunktion nicht nachfragt, ob Sie den Eintrag tatsächlich löschen wollen. Hinweis: Im Lexikon von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 finden Sie unter dem Schlagwort RSSätze eine Liste mit Hinweisen auf besondere Gefahren (R-Sätze), Sicherheitsratschläge (S-Sätze) und Entsorgungsratschläge (E-Sätze).

4.15 Chemische Berechnungen Das Unterprogramm Verbindungen | Berechnungen ermöglicht die Berechnung chemischer, biologischer, aber auch physikalischer Gleichungen. Nach dem Start wählen Sie aus der zum Lieferumfang gehörenden Bibliothek von Gleichungen ein Thema aus. Wählen Sie eine Gleichung, so wird diese und die in ihr enthaltenen Variablen und Konstanten in der Spalte Variable angezeigt. Unter Erklärung finden Sie eine Kurzbeschreibung inklusive der erwarteten Maßeinheit. Unter Werte geben Sie den numerischen Wert (ohne Maßeinheit!) der Größe ein. Für die Eingabe der Zahlenwerte haben Sie mehrere Möglichkeiten. Dezimalzahlen können Sie entweder mit Dezimalkomma, aber auch in der „Computerform“ mit Dezimalpunkt eintragen. Zehnerpotenzen können in der programminternen Form, d.h. zum Beispiel 1.2e13 für 1,2 * 1013 oder 0.23e-4 für 0.23 * 10-4, aber auch direkt in der Form „Faktor * abgetrennte Zehnerpotenz“ genutzt werden, d.h. also 1,2*10^4 oder 0.23*10^-3. Beachten Sie dabei, dass Sie keine Leerzeichen zwischen den einzelnen Zeichen lassen. Vergessen Sie auf keinen Fall das Zeichen „^“ zur Kennzeichnung der Potenz!

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

109

Außer rein numerischen Werten können Sie auch Funktionsterme, wie z.B. SIN(PI/2) oder SQRT(2), eingeben. Dabei sind die in WinFunktion gültigen Regeln für die Funktionsdefinition einzuhalten sowie die Funktionen mit Großbuchstaben einzutragen. Verstoßen Ihre Eingaben gegen diese Festlegungen, erhalten Sie die Fehlermeldung

Überprüfen Sie zuerst die Korrektheit der eingegebenen Zahlenwerte und anschließend die Funktionsterme. Beachten Sie, dass in diesem Unterprogramm ausschließlich mit SIGrundeinheiten, d.h. mit Meter m, Newton N, Kilogramm kg, Sekunde s, Ampere A usw. und aus diesen ohne zusätzliche von 1 verschiedenen Faktor abgeleitete Maßeinheiten gearbeitet wird. Eine Ausnahme bildet die Größe W, welche für einen Winkel vorgesehen ist. Winkelgrößen sind im Gradmaß anzugeben. Das Unterprogramm enthält 17 vordefinierte physikalische Konstanten, deren Wert automatisch ermittelt wird. Dazu gehören Interne Darst.

Wert

Beschreibung

g

#g

6.67259 * 1011 m³ / (kg s²)

Universelle Gravitationskonstante g

g

g

9.80655 m / s²

Standard-Fallbeschleunigung auf der Erde g

c

c

299792458 m / s

Vakuumlichtgeschwindigkeit c

R

R

8.3143 J / (K mol)

Universelle Gaskonstante R

e0

#e

8.854187817 * 10-12 As / (Vm)

Elektrische Feldkonstante e0

-6

m0

#m

1.2566370614 * 10 Vs / (Am) Induktionskonstante µ0

V

V

22.41383 l/mol

h

110

Molares Volumen Vn -34

h

6.6260755 * 10 Js

Plancksches Wirkungsquantum h

k

1.05457266 * 10-34 Js

Drehimpulsquantum

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Interne Darst.

Wert

Beschreibung

s

#s

5.66961 * 10-8 W /(K4 m²)

Strahlungskonstante

w

w

2.897756 * 10-3 m K

Wien-Konstante

-19

e

e

1.60217733 * 10 C

Elementarladung

u

u

1.66057 * 10-27 kg

Atomare Masseneinheit

F

F

96484.6 As / mol

Faraday-Konstante

S

S

1368 W / m²

Solarkonstante S 23

A

A

6.0221367 * 10 1/mol

Avogadro-Konstante NA

H

H

60 km / (Mpc * s)

Hubble-Konstante

Nach der Betätigung von Berechnung ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie entsprechend der Werte von Tabelle bis und in Schritten von den Wert der chemischen Größe. Mit der Schrittweite wird die Größe in der Tabelle verändert. Hängt die Zielgröße von mehreren Größen ab, können Sie durch Wahl eines anderen Auswahlfelds bei Variable die Wirkung einer Veränderung einzelner Werte nachvollziehen (siehe Abbildung auf der folgenden Seite). Beispiel 2: Blutalkoholwerte in Promille Nach Auswahl der Gleichung müssen die Körpermasse (in g), die Menge des aufgenommenen reinen Alkohols (in g) und ein Reduktionsfaktor eingegeben werden. Hat ein 70 kg schwerer Mann (Reduktionsfaktor 0,7) etwa 1 g Alkohol zu sich genommen, so ergibt dies 0,000204 = 0,2 Promille. Trägt man in „Tabelle bis“ 20 und unter „in Schritten von“ 1 ein, so ergibt sich, dass schon bei 3 g Alkohol die im Straßenverkehr juristisch zulässigen 0,5 Promille überschritten sind. Aus Vernunftsgründen ist jeder Alkohol im Straßenverkehr zu vermeiden. Interessant ist, dass der kleinere durchschnittliche Reduktionsfaktor von 0,6 bei Frauen für einen erhöhten Promillewert sorgt, d.h., bei gleicher Alkoholmenge haben Frauen einen höheren Alkoholspiegel als Männer.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

111

Beispiel: Berechnung der wahrscheinlichsten Teilchengeschwindigkeit bei unterschiedlichen Temperaturen

Grafische Darstellung Die im Hauptfenster wähl- und berechenbaren physikalischen Zusammenhänge werden bei Wahl des Schalters Grafik in einem Koordinatensystem grafisch veranschaulicht. Dabei werden die Achsen entsprechend der gewählten physikalischen Größen beschriftet. WinFunktion – Chemie & Biologie versucht die Darstellung in ein Abszissenintervall [0,5] und ein entsprechendes Ordinatenintervall zu zeichnen. Dazu werden Faktoren für die x- und y-Werte abgespaltet und ausgewiesen. Faktor (xAchse) 10 bedeutet z.B., dass die an der x-Achse angegebenen Werte mit 10 zu multiplizieren sind. Beachten Sie: Zur Vermeidung numerischer Überläufe (und Programmabstürze) wird als interner maximaler Wert 1050 verwendet. Sollte während der Berechnung dieser Wert überschritten werden oder eine Division durch Null auftreten, bricht WinFunktion ab und trägt in das Koordinatensystem Numerischer Überlauf

112

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

ein. Ein im Rechner vorhandener numerischer Coprozessor wird unterstützt. Als etwas problematisch erweist sich die Eingabe der griechischen Buchstaben. Dabei hilft Ihnen nachfolgende kleine Tabelle, in welcher Sie jeweils unter dem deutschen Buchstaben (lateinisches Alphabet) den zugeordneten griechischen Buchstaben finden. A Α

B Β

C Χ

D ∆

E Ε

F Φ

G Γ

H Η

I Ι

J ϑ

K Κ

L Λ

M Μ

N Ν

O Ο

P Π

Q Θ

R Ρ

S Σ

T Τ

U Υ

V ς

W Ω

X Ξ

Y Ψ

Z Ζ

a α

b β

c χ

d δ

e ε

f φ

g γ

h η

i ι

j ϕ

k κ

l λ

m µ

N ν

o ο

p π

q θ

r ρ

s σ

t τ

u υ

v ϖ

w ω

x ξ

y ψ

z ζ

Möchten Sie zum Beispiel den griechischen Buchstaben Θ verwenden, müssten Sie damit #Q in die Formel eintragen; für ω wäre #w zu benutzen usw.

4.16 Erweiterung der Berechnungsbibliothek Die Bibliothek der chemischen Gleichungen können Sie selbstständig erweitern. Dabei müssen Sie beachten, dass eine spezielle Form der Neudefinition verlangt wird. Nach dem Aufruf des Menüpunkts Verbindungen | Bibliothek erweitern im Hauptfenster oder von Bibliothek im Teilprogramm Verbindungen | Berechnungen erscheint eine Dialogbox, in welcher Sie festlegen: u

Bezeichnung (der spätere Name in der linken Liste des Berechnungsteilprogramms)

u

Formel (die programminterne Berechnungsgrundlage Ihrer Beziehung)

u

von den maximal 3 chemischen und physikalischen Größen das Symbol sowie eine Erklärung

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

113

u

gegebenenfalls die zu verwendende Naturkonstante

Dabei gelten folgende Besonderheiten: Je Symbol einer physikalischen Größe sind maximal zwei Zeichen zulässig. Das erste Zeichen muss ein Buchstabe sein. WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 unterscheidet nicht zwischen Groß- und Kleinbuchstaben. Möchten Sie griechische Buchstaben verwenden, so müssen Sie diese in diesem Dialog mit einem # kennzeichnen, d.h. zum Beispiel #p für π oder #a für α. Innerhalb des Fensters der physikalischen Berechnung werden diese Variablen dann korrekt dargestellt. Vordefinierte Naturkonstanten müssen Sie in eckige Klammern einschließen, d.h. zum Beispiel [#g] für die Gravitationskonstante, [c] für die Vakuumlichtgeschwindigkeit. Mathematische Standardfunktionen wie Sinus, Wurzel usw. müssen in der Formel großgeschrieben werden, d.h. also SIN und SQRT. Für diese Funktionen gilt die in Programmiersprachen übliche Syntax.

114

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Im Beispiel wurde die physikalische Gleichung – Weg-Zeit-Gesetz des freien Falls – definiert. Nach der Festlegung aller Größen betätigen Sie den Schalter In Bibliothek aufnehmen. Nach dem Schließen des Dialogs finden Sie Ihre neue Gleichung in der Liste der chemischen Berechnungen.

4.17 Grafische Darstellung Die in dem Unterprogramm Verbindungen | Berechnungen wähl- und berechenbaren Zusammenhänge werden in einem Koordinatensystem grafisch veranschaulicht.

Beispiel: Funktionaler Zusammenhang zwischen der Temperatur in Kelvin und der wahrscheinlichsten Teilchengeschwindigkeit. Dabei werden die Achsen entsprechend der gewählten chemischen Größen beschriftet. WinFunktion – Chemie & Biologie versucht die Darstellung in ein Abszissenintervall [0,5] und ein entsprechendes Ordinatenintervall zu zeichnen. Dazu werden Faktoren für die x- und y-Werte abgespaltet und ausgewiesen. Faktor (x-Achse) 10 bedeutet z.B., dass die an der x-Achse angegebenen Werte mit 10 zu multiplizieren sind. Beachten Sie: Zur Vermeidung numerischer Überläufe (und Programmabstürze) wird in der grafischen Darstellung als interner maximaler Wert 1020 verwendet. Sollte während der Berech-

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

115

nung dieser Wert überschritten werden, bricht WinFunktion ab und trägt in das Koordinatensystem Numerischer Überlauf

ein. Drucken der grafischen Darstellung Über den Menüpunkt Bearbeiten | Druckereinstellung können Sie den als Standarddrucker definierten Drucker konfigurieren sowie die Größe des Ausdrucks einstellen. Dabei ist zu beachten, dass die Druckerauflösung (z.B. bei einem HPLJ-Drucker) viel höher als die Bildschirmauflösung ist, d.h., bei Wahl von Gleiche Auflösung erhalten Sie (je nach Drucker) eine sehr kleine Druckausgabe. Erfahrungsgemäß empfiehlt sich die Nutzung der voreingestellten 3fachen Größe bei einer grafischen Darstellung von 640 x 480 Pixel.

Zur Kontrolle der Größe des Druckbilds ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie die voraussichtlichen Abmessungen. In der obigen Abbildung würde die Druckgröße 30.42 x 22.97 cm betragen. Über die Werte für Rand links und Rand oben können Sie die Position Ihres Drucks auf dem Blatt festlegen. Wählen Sie den Menüpunkt Bearbeiten | Drucken, übermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie die aktuelle Anzeige des Grafikfensters sofort an den Drucker. Ein Abbruch ist nicht möglich. Die erfolgreiche Übermittlung wird mit der Meldung Grafische Darstellung übermittelt

116

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

beendet. Zu den eingestellten Werten Rand links und Rand oben kommen druckerinterne Ränder noch dazu. Beachten Sie!!! Die Auswahl eines anderen Druckers im Hauptfenster von WinFunktion – Chemie & Biologie beeinflusst nicht das Ausgabeziel des Grafikdrucks. Es wird stets zum in Windows eingestellten Standarddrucker ausgegeben. Einstellen der Koordinatensystemgröße Nach dem Erststart von WinFunktion – Chemie & Biologie ist das Koordinatensystem auf ein Abszissenintervall von -2 <= x <= 7, das y-Intervall optional im gleichen Maßstab, eingestellt. In dem Unterprogramm Optionen | Größe einstellen des Grafikfensters können Sie die Größe der grafischen Darstellung durch Benutzung zweier Rollbalken auf den individuellen Geschmack einstellen.

Wählen Sie Änderungen speichern, so wird bei Programmende der eingestellte Maßstab sowohl für die x- als auch für die y-Achse in der Initialisierungsdatei gesichert. Beachten Sie: Ist dieses Markierungsfeld gewählt, wird die bei Programmende aktuelle Einstellung des Grafikfensters gespeichert.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

117

Vier voreingestellte Größen des Grafikfensters von 1024 x 768, 480 x 360, 640 x 480 bzw. 800 x 600 Pixel können Sie wählen bzw. über Individuelle Größe in den Feldern Pixel waagerecht und Pixel senkrecht die Größe einstellen. Dabei ist zu beachten, dass Titel- und Menüfeld des Darstellungsfensters in dieser Größe mit enthalten sind. Zur Kontrolle der wahren Größe des Bitmaps erhalten Sie dessen Wert angezeigt. Bei 640 x 480 Pixel Fenstergröße ist das Bitmap 601 x 434 Pixel groß. Wünschen Sie eine grafische Darstellung von genau 640 x 480, so nutzen Sie die voreingestellte individuelle Größe von 679 x 526 Punkten. Beachten Sie: Befinden sich Teile des Grafikfensters außerhalb des sichtbaren Bildschirms, so werden diese Teile nicht in die Neuzeichnung miteinbezogen. Deren Inhalt ist unbestimmt. Normalerweise werden die Achsen mit x und y beschriftet. Möchten Sie eine andere Ausschrift, so tragen Sie diese in den Feldern ein. WinFunktion – Chemie & Biologie ermittelt automatisch die dargestellten und beschrifteten Einheiten auf beiden Koordinatenachsen. Im Punkt Einteilung der x- bzw. y-Achse können Sie dies ausschalten. In diesem Fall verwendet das Programm die von Ihnen eingegebenen Einheiten. Als Einheiten können Sie ausschließlich positive Zahlen festlegen. Beachten Sie: Verändern Sie den Abbildungsmaßstab der Darstellung, werden die von Ihnen gewählten Einheiten nicht verändert. Im Extremfall kann es dazu führen, dass z.B. bei einem Darstellungsintervall von -100 < x < 100 und einer x-Einheit von 1 200 Werte auf der Abszisse angegeben werden (im Linienraster 200 senkrechte Linien gezeichnet werden). Im automatischen Modus wird dies verhindert. Das Punktraster wird nur dargestellt, wenn zwischen benachbarten Punkten sowohl in x- als auch in y-Richtung mindestens 10 Pixel Abstand bestehen. Weitere Einstellungen sind im Menüpunkt Optionen zu verändern. Gleicher Maßstab für x- und y-Achse Insbesondere für die Darstellung von Kreisen, Rechtecken usw. ist es notwendig, dass sowohl in Abszissen- als auch in Ordinatenrichtung ein identischer Darstellungsmaßstab genutzt wird. Andernfalls erscheinen Kreise als Ellipsen, Quadrate als Rechtecke usw. Möchten Sie gleichen Maßstab, so wählen Sie das Feld x-y-Achse gleicher Maßstab.

118

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

In diesem Fall wird stets (!) die y-Achse an die Abszissenauflösung angepasst. D.h.:

u

Eine Veränderung des x-Darstellungsintervalls führt automatisch zur Veränderung der y-Achse.

u

Die Änderung der y-Auflösung über den Rollbalken (siehe oben) ist nicht mehr möglich.

u

Die (weiter unten ausgeführte) separate Änderung der y-Achse über das Anklicken des Achsenpfeils ist nicht mehr möglich.

u

Ausschnittsvergrößerungen bzw. -verkleinerungen über das Aufziehen eines Rahmens beachten ausschließlich den neuen Wert für die x-Achse. Beachten Sie bitte: Schalten Sie diese Option ein und dennoch werden Kreise als Ellipsen dargestellt oder rechte Winkel nicht wirklich als rechte, so kontrollieren Sie bitte die an Ihrem Bildschirm eingestellten Werte für die Länge und Höhe der Bildschirmanzeige.

Logarithmisch geteilte Achsen Funktionale Zusammenhänge mit stark steigenden Funktionswerten können deutlicher in einem Koordinatensystem mit logarithmisch geteilter Ordinatenachse veranschaulicht werden. Dazu können Sie über die entsprechenden Schalter bzw. die Menüpunkte wahlweise u

die Abszissenachse

u

die Ordinatenachse

u

beide Koordinatenachsen

logarithmisch teilen. Beachten Sie, dass nicht alle Darstellungen mit logarithmisch geteilten Achsen genutzt werden können. Zum Zu- und Abschalten des Logarithmenrasters nutzen Sie das Unterprogramm Optionen. Die Option Gleiche Auflösung für x- und y-Achse ist nicht nutzbar.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

119

Beispiel: Darstellung des Zusammenhangs zwischen Pendellänge und der Periodenlänge eines Fadenpendels (aus WinFunktion – Physik & Astronomie Me 2 entnommen) mit logarithmisch geteilter Abszissen- und Ordinatenachse.

Allgemeine Bemerkungen zur grafischen Darstellung Achtung! Alle nachfolgenden Bemerkungen gelten nur für ein fertig gezeichnetes Koordinatensystem. Während des unmittelbaren Vorgangs der grafischen Darstellung sind ausschließlich die ESC-Taste und die linke bzw. rechte Maustaste ansprechbar. Die Festlegung des Darstellungsintervalls für die Abszisse bzw. Ordinate erfolgt am schnellsten mittels Maus. Ein neues Darstellungsintervall erreichen Sie durch Ziehen eines Rahmens innerhalb des Grafikfensters. Halten Sie dazu die STRG-Taste gedrückt. Betätigen Sie nun eine Maustaste und bewegen Sie die Maus (Maustaste weiterhin festhalten!), so erscheint ein Rahmen, welcher das neue Intervall kennzeichnet. Für die linke Maustaste wird nach Loslassen der Tasten der im Rahmen sichtbare Bereich auf die Fenstergröße gezoomt. Nutzen Sie die rechte Maustaste, wird das aktuelle Darstellungsintervall in den Rahmen eingepasst, also verkleinert. Klickt man mit der linken Maustaste auf das Ende des Pfeils bei x, wird das x-Intervall auf 150 Prozent erweitert (Option Koordinatenklick = ein!). Erneutes Betätigen der Maustaste erweitert den aktuellen Wert wieder um 50 Prozent usw. Die Benutzung der rechten Maustaste verringert das Intervall jeweils um die Hälfte, wobei der Koordinatenursprung nicht verschoben wird. Schon gezeichnete Funktionen werden neu dargestellt und dabei gestreckt bzw. gestaucht.

120

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Der maximal darstellbare Bereich beträgt sowohl für die Abszissen- als auch für die Ordinatenachse 600 Einheiten. Befindet sich der Ursprung in der Bildmitte, werden folglich die Bereiche -300 < x < 300 und -300 < y < 300 gezeichnet. Das Zoomen zum Koordinatenursprung ist auf das kleinste Darstellungsintervall von -0.015 < x < 0.015 beschränkt. Versuchen Sie eine weitere Vergrößerung, erhalten Sie eine Fehlermeldung. Zur Veränderung des Abbildungsmaßstabs der Ordinaten ist analog der bei y befindliche Kreis mit der Maus anzuklicken. Wünscht man eine gleichzeitige Veränderung des Abbildungsmaßstabs sowohl in x- als auch in y-Richtung, ist der Kreis im Koordinatenursprung zu verwenden. Befindet sich Ihr Mauszeiger über einem dieser Kreise, ändert er sein Aussehen in die Form einer Hand. Beachten Sie: Haben Sie unter Optionen | Größe einstellen das Feld Gleiche x-y-Auflösung eingeschaltet, wird die y-Achse stets (!) an die Abszissenauflösung angepasst. D.h.: u

Eine Veränderung des x-Darstellungsintervalls führt automatisch zur Veränderung der y-Achse.

u

Die separate Änderung der y-Achse ist nicht mehr möglich.

u

Ausschnittsvergrößerungen bzw. -verkleinerungen über das Aufziehen eines Rahmens beachten ausschließlich den neuen Wert für die x-Richtung.

Ein Verschieben des Ursprungs ist durch einen Doppelklick der linken Maustaste auf den neuen Ort innerhalb des Darstellungsfensters zu erreichen. Entsprechend den neuen Einstellungen werden die darzustellenden Funktionen, Zahlenfolgen, Kurven usw. neu gezeichnet. Möchten Sie den Koordinatenursprung außerhalb des Fensters legen, so können Sie dies über ein Betätigen der Cursor-Tasten des rechten Tastaturblocks (Verschiebung um je 50 Pixel) erreichen. Beachten Sie: Während die maximale Größe des Koordinatensystems auf etwa 600 Einheiten je Achse festgelegt und vom Programm kontrolliert wird, ermöglichen die Cursor-Tasten des rechten numerischen Tastenfelds (N-Taste muss eingeschaltet sein) jede Verschiebung. WinFunktion führt keinen Test durch, ob bei Einsatz dieser Tasten durch PASCAL vorgeschriebene Integer-

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

121

grenzen verletzt werden. Setzen Sie deshalb diese Tasten mit Vorsicht ein. Durch Wahl des Menüpunkts Darstellung | Standardgröße oder durch Betätigen der Leer-Taste bzw. des Toolbar-Schalters stellt WinFunktion – Chemie & Biologie die Standardwerte ein. u

Koordinatenursprung links unten

u

Darstellungsintervall von -2 <= x <= 7

Für eine Feineinstellung des Maßstabs kann der Menüpunkt Optionen | Größe einstellen genutzt werden. Mittels zweier Rollbalken verändern Sie den Maßstab beider Achsen in kleineren oder größeren Schritten von 10 % bis 1000 % der aktuellen Darstellungsgröße. Das Fenster der grafischen Darstellung besitzt einen Rahmen, welcher bei gedrückter linker Maustaste und anschließender Mausbewegung zu einer Veränderung der Fenstergröße führt. Bei Loslassen der Maustaste werden das Koordinatensystem und die definierten Funktionen entsprechend der nun eingestellten Fenstergröße neu gezeichnet. Abbruch der Darstellung Einige grafische Darstellungen benötigen etwas Zeit. Deshalb ist es möglich, das Zeichnen des Funktionsbilds mit der E-Taste oder einer Maustaste abzubrechen. Nutzen Sie die rechte Maustaste stoppt die Darstellung, bei der linken Taste wird zusätzlich das Fenster ikonisiert. Die ETaste beendet den Zeichenvorgang. Es sei nochmals darauf verwiesen, dass während des Zeichenvorgangs ausschließlich diese Tasten ansprechbar ist. Alle anderen Tastatur- bzw. Mauseingaben werden unterbunden. Raster Als weitere Hilfe und Gestaltungsmöglichkeit der Grafen kann in Optionen | Programmoptionen die Anzeige eines Koordinatenrasters eingestellt werden. Die Wahl besteht zwischen: u

Kein Raster: Es werden nur die Koordinatenachsen mit Einheiten gezeichnet.

u

Punktraster: In allen Punkten mit ganzzahligen Koordinaten wird ein Punkt dargestellt.

122

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Linienraster: Alle Geraden der Form X=k und Y=k – k...beschrifteter Achsenwert – werden im Hintergrund gezeichnet.

Während das Linienraster nur in Zusammenhang mit den Koordinatenachsen einsetzbar ist, können Sie das Punktraster auch nutzen, wenn Sie den Punkt Koordinatenachsen ausgeschaltet haben. Für logarithmisch geteilte Achsen wird ein Hilfslinienraster gezeichnet, wenn in Optionen der Punkt logarithm. Raster eingeschaltet wurde. Voreingestellt sind Punkt-Punkt-Linien als Raster. Die Form und Farbe der Rasterlinien können Sie unter Farbeinstellung verändern. Zusätzlich können Sie die Länge des Abstands zweier Punkte der grafischen Darstellung ermitteln. Halten Sie die Umsch-Taste gedrückt und klicken Sie mit der rechten (!) Maustaste einen beliebigen Punkt an. Bewegen Sie die Maus zum zweiten Punkt (bei weiter gehaltener Maustaste), erscheint in der linken Ecke des Fensters der jeweils aktuelle Abstand beider Stellen. Nutzen Sie die linke Maustaste, so wird, wie oben beschrieben, ein Rahmen aufgezogen, dessen Inhalt in die Zwischenablage kopiert wird. Achseneinteilung Für die Darstellung z.B. trigonometrischer Funktionen ist es mitunter günstig, auf der x-Achse eine Teilung in Gradmaß, anstelle linearer Teilung, zu erhalten. Dies kann in Optionen | Programmoptionen ebenfalls eingestellt werden. Wünschen Sie kein Grad-, sondern Bogenmaß, schal-

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

123

ten Sie zusätzlich zur Winkeleinteilung in Optionen das Markierungsfeld Vielfache von PI ein. Normalerweise ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie automatisch die dargestellten und beschrifteten Einheiten auf beiden Koordinatenachsen. Im Punkt Optionen | Größe einstellen | Einteilung der xbzw. y-Achse können Sie dies ausschalten. In diesem Fall verwendet das Programm die von Ihnen eingegebenen Einheiten. Gegenwärtig können Sie ausschließlich positive Zahlen als Einheiten festlegen. Beachten Sie: Verändern Sie den Abbildungsmaßstab der Darstellung, werden die von Ihnen gewählten Einheiten nicht verändert. Im Extremfall kann es dazu führen, dass z.B. bei einem Darstellungsintervall von -100 < x < 100 und einer x-Einheit = 1 200 Werte auf der Abszisse angegeben werden (im Linienraster 200 senkrechte Linien gezeichnet werden). Im automatischen Modus wird dies verhindert. Das Punktraster wird nur dargestellt, wenn zwischen benachbarten Punkten sowohl in x- als auch in yRichtung mindestens 10 Pixel Abstand bestehen. Wünschen Sie keine Koordinatenbeschriftung, schalten Sie in Optionen | Programmoptionen den Punkt Achsen beschriften aus. Haben Sie die Koordinatenachsen außerhalb des Fensters verschoben, ist die Größe des Darstellungsintervalls nicht mehr sofort sichtbar. Schalten Sie dazu in Optionen den Koordinatenrahmen ein. Am linken und oberen Rand des Fensters werden nun die aktuellen Abszissen- und Ordinatenwerte, unabhängig von der Lage der Achsen, angezeigt. Möchten Sie ein akustisches Signal, dass die grafische Darstellung fertig gezeichnet wurde, so schalten Sie in den Optionen den Punkt Tonmeldung ein, andernfalls aus. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die zugeschaltete Tonmeldung allgemein in WinFunktion – Chemie & Biologie wirksam wird. Vorder- und Hintergrundfarbe Standardmäßig besitzt das Grafikfenster einen grauen Hintergrund. Innerhalb der Optionen können Sie eine weiße bzw. schwarze Hintergrundfarbe wählen. Gefällt Ihnen der schwarze Hintergrund nicht, so können Sie diese Hintergrundfarbe in Optionen | Farbeinstellung ändern.

124

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Zur weiteren Gestaltung besteht zusätzlich die Möglichkeit, unter Farbeinstellung die zum Zeichnen der Grafen verwendeten Farben individuell zu wählen. Zusätzlich ist die Stärke der verwendeten Stifte von 1 bis 5 Pixel wählbar. Nach der Fertigstellung einer Darstellung finden Sie im gleitenden Popup-Menü einen Eintrag der zum Zeichnen benötigten Zeit. Menü- und Tastaturfunktionen im Fenster „ Grafische Darstellung“ ACHTUNG! Während des Zeichenvorganges sind nur die ESCund die Maustasten aktiv! Menüpunkt

Bedeutung

Popup-Menü Optionen Größe einstellen

Einstellung der Größe des Koordinatensystems

Programmoptionen

Darstellungsoptionen einstellen

Grafikschrift

Einstellung des Grafikfonts

Farbeinstellung

Wahl der Vordergrundfarben

Popup-Menü Darstellung Neu zeichnen

Bild wird neu gezeichnet

Standardgröße

Zurücksetzen des Koordinatensystems

Logarithmische Achsen · x-Achse · y-Achse · Beide Achsen · Koordinatenrahmen

Einstellung logarithmisch-geteilter Achsen · x-Achse logarithmisch, y-Achse linear geteilt · x-Achse linear, y-Achse logarithmisch geteilt · Beide Achsen logarithmisch geteilt · Beschriftung des linken und oberen Rands mit den Koordinaten · Ein- und Ausblenden des Koordinatensystems · Ein- und Ausblenden des Linien- und logarithmischen Rasters · Vergrößerung des Fensters auf volle Bildschirmgröße

· Koordinatenachsen · Raster · Vollbild Hintergrund umschalten

Zyklisches Umschalten zwischen grauem, weißem und schwarzem Hintergrund

Verschieben ...

Verschiebung des Koordinatenursprungs um jeweils 50 Pixel

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

125

Menüpunkt

Bedeutung

Popup-Menü Bearbeiten Speichern

Speichern der Grafik als Bitmap

Zur Zwischenablage

Kopieren des Bilds in die Zwischenablage

Windows Metafile Speichern als WMF

Speichern der Grafik als Windows Metafile

WMF zur Zwischenablage

Kopieren als Metafile in die Zwischenablage

Druckereinrichtung

Einrichtung des Druckers

Bild drucken

Drucken der grafischen Darstellung

Hilfe

Anzeige des Hilfetextes ‘Grafische Darstellung’

Ende

Ikonisieren des fertig gezeichneten Fensters und Rückkehr zur aufrufenden Dialogbox/Hauptmenü

Ein rechter Mausklick in das Darstellungsfenster bringt ein gleitendes Popup-Menü zur Ansicht mit den Funktionen: Menüpunkt

Bedeutung

[nichts]

Keine Wirkung, Menü wird geschlossen

Neu zeichnen

Bild wird neu gezeichnet

Optionen

Darstellungsoptionen einstellen

Größe

Einstellung der Größe des Koordinatensystems

Farben

Wahl der Vordergrundfarben

Copy

Kopieren des Bilds in die Zwischenablage

Drucken

Drucken der grafischen Darstellung

Beenden

Ikonisieren des fertig gezeichneten Fensters und Rückkehr zur aufrufenden Dialogbox/Hauptmenü

Ein Schließen des Fensters über die Tastenkombination A+$ wird von WinFunktion – Chemie & Biologie mit einer Neuinitialisierung der grafischen Darstellung und einem Ikonisieren des Fensters quittiert.

126

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Taste

Bedeutung

E

Ikonisieren der grafischen Darstellung und Rückkehr zum vorhergehenden Fenster

K-Taste

Zurücksetzen des Koordinatensystems

Ü

Neu zeichnen

!

Aufruf des Hilfetextes

Ist die N-Taste eingeschaltet, können Sie die Tasten des rechten Tastaturblocks zur schnellen Ausführung von Unterprogrammen nutzen. Taste

Bedeutung

1 bis 4, 6 bis 9

Verschieben des Darstellungsbereichs um jeweils 50 Pixel nach links, rechts, oben und unten

5

Invertieren der Grafik

9

Ein- und Ausblenden des Koordinatensystems

-

Ein- und Ausblenden des Rasters

+

Umschalten der Hintergrundfarbe

H++

Umschalten der Achsenteilung (linear, logarithmisch)

H+.

Umschalten und Rückschalten zum Vollbild

Nutzung der Zwischenablage Zur Verbindung von WinFunktion mit anderen Windows-Programmen kann eine grafische Darstellung als Bitmap in die Zwischenablage (Clipboard) über den Menüpunkt Bearbeiten | Zur Zwischenablage eingefügt werden. Mit dieser Funktion eröffnen sich besondere Möglichkeiten des Einbindens von Funktions- und Kurvenbildern aus WinFunktion in Textverarbeitungsprogramme wie Write, Wordpad oder Word. Da die Größe der Darstellung eingestellt werden kann, können Sie in Zukunft Ihre Dokumentationen nach Ihrem Geschmack individuell gestalten.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

127

Zu beachten ist, dass die Grafik nur so lange in der Zwischenablage verbleibt, wie keine neue Darstellung in diese kopiert wurde. Wird das Programm WinFunktion beendet, bleibt der Inhalt in der Zwischenablage erhalten. Unter Umständen können dies mehrere Hundert Kilobyte Bilddaten sein. Ein Übertragen von Bitmaps zwischen einzelnen Windows-Anwendungen beinhaltet das Problem, dass bei einer notwendigen Größenänderung des Bilds (Stauchen oder Strecken) die einzelnen Bits miteinander verbunden werden, sich überlappen und so die Qualität der Darstellung teilweise erheblich sinkt. Wichtige Bildinformationen können so verloren gehen. Günstiger ist die Verwendung eines Vektorgrafikformats, bei welchem keine Bildbits, sondern Zeichenbefehle übertragen werden. Unter Windows sind dafür so genannte Windows Metafiles (WMF) vorgesehen. Anwendungen wie Word, Write, Draw oder Paintbrush unterstützen die Darstellung von Metadateien. Grafische Darstellungen dieser Form werden von der jeweiligen Anwendung selbst gezeichnet, sodass die Größe des Bilds frei wählbar ist. WinFunktion gestattet, seine Darstellungen als Metadateien über die Zwischenablage an andere Tasks weiterzugeben. Nutzen Sie dazu den Menüpunkt Bearbeiten | Windows Metafile WMF | WMF zur Zwischenablage. Von der freien Skalierbarkeit derartiger Darstellungen können Sie sich überzeugen, indem Sie ein Bild in die Zwischenablage kopieren und anschließend die Windows-Zwischenablage (Clipboard) öffnen. Verändern Sie die Größe des Fensters, wird das Bild jeweils an die Fenstergröße angepasst. Vor der Nutzung der Übertragung von WinFunktion-Darstellungen in andere Anwendungen testen Sie bitte, ob diese WMF akzeptieren. Wenn nicht, übertragen Sie Bitmaps (siehe oben). Ein nützlicher Nebeneffekt der Verwendung von Metadateien ist die Tatsache, dass diese sehr oft geringeren Dateiumfang als Bitmaps haben. Allerdings müssen Sie beachten, dass Bilder, die durch eine Vielzahl von Zeichenaktionen erzeugt werden, sehr schnell als WMF gigantischen Umfang annehmen können. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, dass einige Anwendungen, z.B. MS Draw, Metadateien ohnehin nur bis zu einem Umfang von 64 KByte fehlerfrei annehmen.

128

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Speichern einer Darstellung Über den Menüpunkt Bearbeiten | Speichern können Sie die grafische Darstellung als ungepackte Bitmap-Datei dauerhaft auf Ihrer Harddisk speichern. Bei Wahl dieses Menüpunkts werden Sie aufgefordert, eine Dateibezeichnung einzugeben. Je nach Wunsch können Sie zu einem späteren Zeitpunkt dieses Bild z.B. in einem Grafikprogramm weiterverarbeiten. Nutzen Sie eine hochauflösende Grafik von 1024 x 800 Bildpunkten und vergrößern Sie das Grafikfenster auf die volle Bildschirmgröße, werden in Abszissenrichtung tatsächlich 1024 Funktionswerte berechnet und gezeichnet und nicht die 640 VGA-Punkte einfach gezoomt. Die Qualität der Darstellungen wird damit von Ihrer WindowsInstallation bestimmt. WMF-Format Das Ablegen grafischer Darstellungen als Bitmap ist leider sehr speicherintensiv. Möchten Sie Ihre Festplatte nicht zu stark belasten, können Sie die Darstellung als Windows Metafile (WMF-Format) über den entsprechenden Menüpunkt speichern. In diesem Fall werden Zeichenbefehle in die Datei aufgenommen, d.h., WMF bildet ein Vektorgrafikformat. Möchten Sie grafische Darstellungen als WMF speichern, so beachten Sie bitte, dass unter Windows zwei Arten von Metadateien existieren. Neben den sofort „abspielbaren“ Dateien existieren standardisierte, so genannte Placeable Windows Metafiles. Diese besitzen einen Dateiheader (Dateikopf) von 22 Bytes, welcher interne Informationen speichert. Die meisten Windows-Anwendungen verlangen diesen Dateikopf, z.B. Word oder Write. WinFunktion akzeptiert beide Arten. Aus diesem Grund können Sie Ihre Zeichnungen in beiden Formaten ablegen. Wählen Sie dazu zwischen WMF mit Header bzw. WMF ohne Header. Voreingestellt ist Ersteres. Steigt der Umfang Ihrer Metadatei über 64 KByte, werden Sie gefragt, ob tatsächlich ein Header angefügt werden soll. Wünschen Sie dies, bestätigen Sie mit Ja. Der Grund für diese Nachfrage liegt in dem Problem begründet, dass einige Anwendungen WMF-Dateien über 64 KByte nicht mehr akzeptieren, z.B. Microsoft Draw (Windows 3.1). Beachten Sie: Das Abspeichern einer Metadatei benötigt etwa die gleiche Zeit wie das Erstellen der Darstellung selbst. Durch einen rechten Mausklick können Sie das Speichern abbrechen. Der

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

129

Vorteil geringerer Speicherplatzbelastung wird nur für Grafiken wirksam, welche aus „relativ wenig“ Zeichenbefehlen erstellt wurden.

4.18 Materialkonstanten Zur Ergänzung der Formelsammlung und des Lexikons enthält WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 eine Vielzahl von Tabellen zu verschiedenen physikalischen Größen, welche auch in der Chemie für Berechnungen von großer Bedeutung sind. Dazu gehören: u

Mechanische Größen: Dichte, Dichte für Gase, Härtegrad, Elastizität, Kompressibilität, Zugfestigkeit, Schallgeschwindigkeit

u

Thermodynamische Größen: Wärmekapazität, Schmelzwärme, Siedewärme, Schmelztemperatur, Siedetemperatur, Wärmeleitfähigkeit, Längenausdehnung, Volumenausdehnung

u

Elektrodynamische Größen: Spezifischer elektrischer Widerstand

u

Atomphysikalische Größen: Atomradius, Ionenradius, Ionisierungsenergie, Ablösearbeit, Thermische Ablösearbeit

Wählen Sie den Menüpunkt Verbindungen | Materialkonstanten, zeigt WinFunktion – Chemie & Biologie ein Teilprogramm an, welches in der linken Liste physikalische Größen enthält. Wählen Sie eine aus und betätigen Sie Anzeige, zeigt das Programm eine Liste von Stoffen mit der zugehörigen Größe an. Unter Umständen sind dies mehrere Hundert verschiedene Stoffe. Diese Listen können Sie durch eigene Werte erweitern bzw. Werte entfernen oder verändern. Tragen Sie für eine Neueingabe die Bezeichnung des Stoffs in die Zeile Material und den entsprechenden Wert unter Materialwert ein. Beachten Sie bitte die vorgegebene Maßeinheit, welche Sie nicht ändern können. Über den Schalter Neu werden Ihre Eingaben in die Liste aufgenommen. Betätigen des Schalters Löschen entfernt ohne Nachfrage ein markiertes Element der Liste. Durch Kombination von Löschen und Neu können Sie fehlerhafte Eingaben korrigieren. Wählen Sie dazu den fehlerhaften Eintrag aus. WinFunktion zeigt Ihnen jetzt die Werte an. Löschen Sie den Eintrag mit

130

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Löschen und ändern Sie sofort den fehlerhaften Wert. Betätigen Sie nun Neu, wird der Eintrag wieder aufgenommen, nunmehr korrekt.

Im Beispiel sehen Sie eine Liste von Schmelztemperaturen

Anmerkung: Für die Durchführung physikalischer Berechnungen in dem Teilprogramm Verbindungen | Berechnungen benötigen Sie mitunter die in diesen Tabellen enthaltenen Zahlenwerte. Diese müssen Sie nicht abschreiben, da Sie aus den Teilprogrammen Berechnungen jederzeit Zugang zu allen in WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 enthaltenen Tabellen haben.

4.19 Raumgitter Chemische Elemente und Verbindungen liegen im festen Aggregatzustand oft in kristalliner Form vor. Für diese Kristalle existieren 14 verschiedene Raumgitterstrukturen. Die sechs wesentlichsten sind: WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

131

Abbildung

Raumgitter und Eigenschaften Kubisches Gitter a = b = c, alles rechte Winkel Hexagonales Gitter a = b = c <> d; Winkel von d zu a,b,c ist gleich 90° Rhombisches Gitter a <> b <> c, alles rechte Winkel Rhomboedrisches Gitter a <> b <> c, kein rechter Winkel Tetragonales Gitter a = b <> c, alles rechte Winkel Monoklines Gitter a <> b <> c, Alpha <> 90°

In dem Teilprogramm Verbindungen | Raumgitter können Sie sich die prinzipielle räumliche Anordnung dieser Kristallgitter anzeigen lassen. Wählen Sie dazu aus der Listbox eines der Raumgitter aus. Zusätzlich finden Sie einige Verbindungen, wie z.B. Kochsalz NaCl oder Caesiumchlorid. Betätigen Sie OK oder Start, beginnt WinFunktion – Chemie & Biologie das Gittermodell zu drehen. Die Animation steuern Sie mit folgenden Tasten: Taste

Wirkung

I, W, Y, V Drehung des Gitters nach oben, unten, links und rechts K-Taste

132

Drehung entsprechend der Voreinstellung

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Taste

Wirkung

O

Erhöhung der Drehgeschwindigkeit

U

Verringerung der Drehgeschwindigkeit

E

Abbruch der Animation

Beispiel: Hexagonales Raumgitter, jeweils zwei Lagen von je sechs Atomen sind in Form regelmäßiger Sechsecke angeordnet, zusätzlich ist jeweils ein Atom im „Zentrum“ des Sechsecks vorhanden.

Über den Menüpunkt Datei | Optionen können Sie die Grundeinstellungen (Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit und Hintergrundfarbe) ändern. Ein berühmtes Beispiel in Form eines Raumgitters ist das Atomium in Brüssel, welches zur Weltausstellung 1956 errichtet wurde.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

133

Das Bauwerk symbolisiert ein Eisenkristall. Da es auf einer Spitze steht, ist es nicht sofort zu sehen, dass hier ein raumzentriertes kubisches Kristallgitter (Würfel) vorliegt.

4.20 Mineralien Nur die wenigsten chemischen Elemente kommen auf der Erde in gediegener Form, d.h. rein, vor; legendär sind z.B. Goldminen, in denen das Edelmetall praktisch „unverschmutzt“ abgebaut werden konnte. Die überwiegende Mehrzahl aller Elemente wird in Form von Mineralien gefunden. Darunter versteht man alle natürlich gebildeten chemischen Substanzen der Erdkruste, die eine bestimmte, mehr oder weniger homogene chemische Zusammensetzung und eine charakteristische Kristallstruktur aufweisen. Die exakte Anzahl der auf der Erde vorkommenden verschiedenen Mineralien ist nicht anzugeben. Allein in der „ATHENA MINERALOGY Systematic List of Minerals” von Pierre Perroud werden Tausende unterschiedliche Substanzen genannt. Diese Liste können Sie im WinFunktionLexikon unter dem Schlagwort Mineralienliste finden. Über den Menüpunkt Verbindungen | Mineralien starten Sie ein kleines Teilprogramm, in welchem Sie für etwa 170 Mineralien und Gesteine deren Bezeichnung finden.

134

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Wählen Sie in der Liste ein Gestein aus, zeigt Ihnen WinFunktion die chemische Zusammensetzung, spezielle Eigenschaften, Vorkommen usw. sowie eine Abbildung. Weitere Abbildungen und Erklärungen zu Gesteinen finden Sie im Lexikon.

4.21 Clusterbildung Das Bilden von Clustern findet u.a. statt bei Anlagern von Teilchen an Oberflächen, elektrischen Entladungen, Wachstum von Dendriten und Diffusion von Wasser in Öl. Biochemisch interessante Cluster, wie z.B. aus Peptiden oder Nucleotiden, gelten als Modellsysteme für biologische Reaktionsprozesse. Im Englischen spricht man dabei von Diffusion Limited Aggregation (DLA), d.h. durch Diffusion begrenztes Wachstum. Der Mechanismus der Clusterbildung ist theoretisch auch heute noch (im Jahr 2001) nicht voll verstanden. Daher sind Computer-Simulationen dieser Vorgänge von großem Interesse, wenngleich diese sehr rechenaufwändig sind.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

135

Ein einfacher und die Entwicklung von Clustern gut beschreibender Algorithmus ist folgender: u

Auf der Simulationsfläche wird ein beliebiger Punkt zufällig ausgelost.

u

Innerhalb seiner von-Neumann-Umgebung (d.h. nach links, rechts, oben oder unten) wird dieser Punkt zufällig verschoben.

u

Befindet sich nun in der Moore-Umgebung (d.h. links, rechts, oben, unten, links-oben, links-unten, rechts-oben und rechts-unten) ein Cluster-Teilchen, so wird der Punkt gesetzt. Ist sein Abstand vom Startpunkt größer als der momentane Distanzwert, so wird dieser Wert aktualisiert.

u

Kann der Punkt nicht gesetzt werden, wird er so lange in der vonNeumann-Umgebung verschoben und in der Moore-Umgebung getestet, bis er entweder markiert werden kann oder sein Abstand zum Startpunkt den aktuellen Distanzwert um 4 Pixel überschreitet. In diesem Fall wird der Punkt verworfen und von vorn begonnen.

136

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Im Teilprogramm Verbindungen | Clusterbildung können Sie die Bildung dieser Cluster durch den Computer simulieren lassen. Wählen Sie dazu zuerst, ob der Cluster längs einer Geraden oder kreisförmig (Markierung bei Kreiscluster) berechnet werden soll. Weiterhin können Sie farbige Teilchen wählen, andernfalls erfolgt die Darstellung in Schwarz. Der Parameter gibt die Schrittweite bei der zufälligen Ermittlung neuer Teilchen an. Der voreingestellte Wert 0.01 wurde empirisch gefunden und beschreibt die Cluster am besten. Selbstverständlich können Sie auch mit anderen Werten experimentieren. Die Simulation starten Sie mit dem entsprechenden Schalter. Beachten Sie bitte, dass die Berechnung eines Clusters höchste Anforderungen an Ihren Computer stellt. Daher sollten im Hintergrund keine anderen Programme laufen. Der Abbruch der Simulation ist nur über die ESC-Taste möglich. Hinweis: Der in der Abbildung dargestellte Cluster wurde auf einem Pentium-III-Rechner (750 MHz) in etwa 10 Minuten berechnet. Sollte Ihr Computer etwas langsamer sein, so kann die Darstellung durchaus auch eine halbe Stunde oder mehr benötigen. Wie rasant sich die Computertechnik weiterentwickelt hat, erkennt man daran, dass die obige Abbildung auf einem „alten“ 386er-PC mehr als 2 Stunden benötigt.

4.22 Aggregatzustände Alle Stoffe kommen in drei verschiedenen Aggregatzuständen vor: fest, flüssig und gasförmig. Diese Zustände unterscheiden sich energetisch. Führt man einem Stoff nun Wärmeenergie zu, steigt seine Temperatur, bis die innere Struktur und damit seine Eigenschaften verändert werden. Jeder Übergang zu einem höheren Aggregatzustand ist mit Energiezufuhr verbunden; jeder Übergang zu einem niederen Aggregatzustand gibt Energie frei. In dem Unterprogramm Verbindungen | Aggregatzustände können Sie für über 50 Stoffe ein Wärmemenge-Temperatur-Diagramm zeichnen lassen, welches die Phasenübergänge von fest zu flüssig und von flüssig zu gasförmig berücksichtigt. In der Liste Substanz wählen Sie den zu untersuchenden Stoff aus.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

137

Im Beispiel zeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 das Diagramm für Schwefelsäure H2SO4. Bei einer Temperatur von –210 °C liegt Schwefelsäure fest vor. Führt man Wärmeenergie zu, steigt die Temperatur bis 10,5 °C. Weitere Energiezufuhr verwandelt den Feststoff in eine Flüssigkeit; die starken Bindungskräfte des Festkörpers werden durch die zugeführte Energie allmählich aufgelöst. Entsprechend der Schmelzwärme müssten 109 kJ einer Masse von 1 kg Schwefelsäure zum vollständigen Schmelzen zugeführt werden. Im dritten Abschnitt steigt die Temperatur der Schwefelsäure weiter an, bis zum Erreichen des Siedepunkts. Weitere Zufuhr von Energie verwandelt die Flüssigkeit in Gas.

4.23 Gleichgewichtslage Ein System verschiedener chemischer Substanzen, die chemisch miteinander reagieren können, befindet sich im chemischen Gleichgewicht, wenn die Zusammensetzung des Systems zeitlich unverändert bleibt. Dabei reagiert das System auf äußere Einflüsse.

138

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

In dem Unterprogramm Verbindungen | Gleichgewichtslage können Sie den Einfluss der äußeren Einflüsse Temperatur und Druck anhand der Ammoniaksynthese demonstrieren. Das Haber-Bosch-Verfahren zur Ammoniaksynthese wurde zwischen 1905 und 1913 von dem Chemiker Haber und dem Ingenieur Bosch entwickelt. Haber und Bosch fanden durch langjährige Versuche heraus, dass die Reaktion zwischen Stickstoff und Wasserstoff unter folgenden Bedingungen optimal abläuft: 1.

Bei einer Temperatur von 500 °C

2.

Unter sehr hohem Druck: 450 Bar (Atmosphären)

3.

Bei folgendem Mengenverhältnis der Ausgangsprodukte: Stickstoff : Wasserstoff = 3:1

4.

Bei Vorliegen eines Katalysators, welcher die Reaktion beschleunigt

Erst wenn alle vier Reaktionsbedingungen gleichzeitig vorliegen, ist die Ausbeute an Ammoniak optimal. In Einzelheiten läuft das Verfahren wie folgt ab: In einer Pumpe, einem Kompressor, wird das Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff auf 450 Bar erhitzt. In einem Gasreiniger wird das Gasgemisch von unerwünschten Verunreinigungen wie Schwefelverbindungen oder Kohlenmonoxid gereinigt. Im Kontaktofen läuft die eigentliche Reaktion nach der oben beschriebenen Reaktionsgleichung ab. In einem zylinderförmigen, druckfesten Reaktionsrohr wird das Gasgemisch bei 450 Bar auf 500 °C erhitzt. Dabei strömt das Gasgemisch an einer mit dem Katalysator beschichteten Fläche vorbei und reagiert zu Ammoniakgas. Der Katalysator besteht aus einem Gemisch von Eisenoxid und Aluminiumoxid. Außen ist das Reaktionsrohr mit druckbeständigem, dickem Stahl verstärkt. Innen darf kein Stahl verwendet werden, weil der Wasserstoff mit dem im Stahl enthaltenen Kohlenstoff reagieren würde. Deshalb besteht das Innenrohr aus kohlenstoffarmem, reinem Eisen. Im Kühler wird das noch heiße Ammoniakgas abgekühlt. Im Abscheider wird das Ammoniakgas von nicht umgesetzten Ausgangsprodukten (Wasserstoff und Stickstoff) getrennt. Im Kontaktofen setzen sich trotz optimaler Reaktionsbedingungen nur etwa 15 % der Ausgangsstoffe in Ammoniak um. Die nicht umgesetzten Restgase werden dann wieder eingeführt.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

139

Im linken Teil des Fensters finden Sie ein Diagramm, das die Ammoniakausbeute bei verschiedenen äußeren Bedingungen angibt. Betätigen Sie einen der beiden Rollbalken, ermittelt WinFunktion die zu den eingestellten Bedingungen gehörende Ammoniakausbeute. Entsprechend des Prinzips von Le Chatelier ergibt sich z.B.: u

Druckerhöhung: Verschiebung des Systems nach rechts, d.h. höherer Ammoniakanteil

u

Erwärmung: Verschiebung nach links, d.h. weniger Ammoniak

Da Ammoniak der Ausgangsstoff für praktisch alle anderen Stickstoffverbindungen ist, kommt dem Prozess seiner Herstellung außerordentliche Bedeutung zu. Großtechnisch umgesetzt wurde das Haber-BoschVerfahren erstmals 1913 in dem bei Ludwigshafen gelegenen Werk der Badischen Anilin- und Sodafabrik (BASF). Bis zu diesem Zeitpunkt wurde Stickstoff fast ausschließlich aus importierten Chilesalpeter gewonnen. Einen bitteren Beigeschmack hat die Entwicklung der Ammoniaksynthese durch Haber und Bosch jedoch. Beide Wissenschaftler waren 1916 aktiv an der Weiterführung des 1. Weltkrieges beteiligt, in dem sie für ständigen Nachschub an Sprengstoffen sorgten. Haber wurde, da er

140

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

den verbrecherischen Giftgasangriff gegen französische Soldaten anregte, nach Ende des Krieges als Kriegsverbrecher auf die Liste der auszuliefernden Personen gesetzt.

4.24 Verbrennungsanalyse Liegt eine Verbindung unbekannter Substanz vor, ist es notwendig, eine Elementaranalyse durchzuführen. Für eine Verbindung, die nur aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff aufgebaut ist, müssen in der Verhältnisformel CxHyOz die Koeffizienten x, y und z bestimmt werden. Dabei sollten diese Koeffizienten möglichst kleine natürliche Zahlen sein. Liebig entwickelte 1831 die Verbrennungsanalyse. Dabei wird die genau gewogene Masse (die Einwaage) der zu untersuchenden Substanz vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. Unter vorsichtiger Zufuhr von Sauerstoff wird das Kupferoxid CuO stark erhitzt. Sorgt man dafür, dass die Probe mit kleiner Flamme verbrennt und lässt man anschließend die Apparatur im Sauerstoffstrom erkalten, wird das entstehende Wasser vom Calciumchlorid und das Kohlenstoffdioxid vom Natronkalk absorbiert. Aus den Versuchsergebnissen werden die absorbierten Massen von Wasser und Kohlendioxid bestimmt. Damit ist es möglich, die Massen der drei Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff in der Ausgangssubstanz zu berechnen und damit das kleinste ganzzahlige Verhältnis zu ermitteln. Beispiel: Für eine Einwaage von 0,156 g und eine Masse von CO2 = 0,294 g und Wasser = 0,188 g ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie z.B. die Masse von Kohlenstoff zu 0.08018 g. Interessanter ist, dass das Programm versucht das Verhältnis C : H : O zu finden. Hier erhalten Sie in 1. Näherung 2 : 6 : 1, d.h. für die gesuchte Substanz C2H6O1 also Ethanol C2H5OH. In dem Unterprogramm Verbindungen | Verbrennungsanalyse können Sie diese Verbrennungsanalyse auswerten. Geben Sie dazu die geforderten Experimentergebnisse ein und legen Sie fest, welche Substanz – außer Kohlenstoff und Wasserstoff – als vorhanden angenommen wird. Voreingestellt ist Sauerstoff. Nach Ü bzw. Berechnung ermittelt WinFunktion die Einzelmassen und in 1. sowie 2. Näherung das gesuchte Verhältnis. In Abhängigkeit von der Genauigkeit der Messungen kann auch die 2. Näherung das gesuchte Ergebnis widerspiegeln. WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

141

142

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

5

Biologie „Das Bekannte ist endlich, das Unbekannte unendlich; geistig stehen wir auf einem Inselchen inmitten eines grenzenlosen Ozeans von Unerklärlichem. Unsere Aufgabe ist es, von Generation zu Generation ein klein wenig mehr Land trockenzulegen.“ T.H. Huxley, 1887

Unter den drei Menülisten Biologie, Organismen und Mensch finden Sie einige Teilprogramme, welche sich vorwiegend mit biologischen Fragen beschäftigen, u.a. auch zwei Programmteile mit einer Vielzahl von Abbildungen und Fotos von Tieren und Pflanzen.

5.1

Genetischer Code

Proteine und Nucleinsäuren sind die Grundlage der Vererbung. Nachdem der prinzipielle Ablauf der Eiweißsynthese entdeckt wurde, ergab sich ein Problem, das als Problem des genetischen Codes bezeichnet wurde. Proteine sind aus 20 verschiedenen Aminosäuren aufgebaut, die in wechselnder Häufigkeit und Reihenfolge miteinander kettenförmig verbunden sind. Demgegenüber sind aber am Aufbau der Nucleinsäuren nur vier Nucleotidsorten beteiligt. Die Zuordnung beider Makromolekülsorten kann also nicht eineindeutig erfolgen, da dann nur vier Aminosäuren in der DNA (Desoxyribonucleinsäure bzw. -acid) codiert werden könnten. Vielmehr ist ein so genanntes „Codon“ zur Verschlüsselung nötig, eine Folge von verschiedenen Nucleotidsorten. Da eine Zweiergruppe nur 16 Aminosorten beschreiben könnte, sind für die 20 tatsächlich vorkommenden Dreiergruppen notwendig. Ein Codon besteht damit aus drei aufeinander folgenden Nucleinsäuren, welche 64 verschiedene Säuren codieren könnten. In den Jahren 1961 bis 1966 befanden sich weltweit mehrere Laboratorien im Wettstreit, diesen genetischen Code zu entschlüsseln. 1968 erhielten Nirenberg, Holley und Khorona den Nobelpreis. Das Ergebnis dieser jahrelangen Suche ist eine Tabelle, in welcher für jede mögliche Folge der Nucleinsäuren die entsprechende Aminosäure zugeordnet wird. WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

143

Die Dialogbox Biologie | Genetischer Code ermittelt Ihnen zu jedem möglichen Triplett von Purin- bzw. Pyrimidinbasen (Codon) die codierte Aminosäure in der DNA. Markieren Sie dazu von links nach rechts die Folge von Adenin, Uracil, Guanin und Cytosin.

Im Beispiel ermittelt WinFunktion – Chemie & Biologie für die Folge AGC die Aminosäure Serin.

Durch die Kodierung mit jeweils drei Nucleinsäuren könnten 64 verschiedene Aminosäuren bestimmt werden. Da aber nur für 20 die Notwendigkeit besteht, ergeben verschiedene Codons teilweise gleiche Aminosäuren. Zum Beispiel erhält man für die Folgen GGA, GGU, GGG, GGC jeweils Glyzin, für AGA, AGG, CGA, CGC, CGG und CGU Arginin. Aus welchem Grund z.B. für Arginin fünf verschiedene Codons existieren, für Methionin jedoch z.B. nur ein Codon (AUG), ist eine offene Frage der Genetik. Welche Codons zu welcher Aminosäure führen, können Sie schnell und einfach an der im linken Fensterteil abgebildeten „Genetischen Code-Sonne“ ablesen. Wählen Sie von innen nach außen

144

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

die Folge der Nucleinsäuren, so finden Sie außen die Abkürzung der jeweiligen Aminosäure angetragen. Faszinierend ist es, wenn man sich einmal veranschaulicht, welcher Informationsgehalt durch diese „einfache“ Anordnung der Nucleinsäuren erreicht werden kann. Eine einfache Amöbe enthält in ihrer DNS Informationen von rund 400 Millionen Bits, d.h. Informationen, welche achtzig 500-seitige Bände füllen würden. Für einen Menschen braucht die DNA 5 Milliarden Bits, was einer tausendbändigen Bibliothek entspricht. Und diese Informationsmenge ist in jedem Zellkern einer menschlichen Zelle gespeichert!

5.2

Eiweiß-Synthese

Nachdem 1953 Watson und Crick die chemische Struktur der Nucleinsäuren entdeckten, gelang es Nirenberg Ochoa und Khorona im Jahre 1961, den genetischen Code zu entziffern und die Synthese des Eiweißes zu erklären.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

145

Nach der Trennung des Doppelstrangs der DNS (DNA) im Zellkern, wird eine Boten-RNS (m-RNA) gebildet, welche die Informationen eines einzelnen DNS-Strangs zu den Ribosomen der Zelle transportiert. Dort lagern sich Aminosäuren, welche von einer Transport-RNS (t-RNA) zu den Ribosomen gelangen, entsprechend der Information der Boten-RNS an und bilden Polypeptidketten, d.h., Eiweiße werden aufgebaut. In dem Teilprogramm Biologie | Eiweißsynthese simuliert WinFunktion diese Realisierung der Erbinformation. Oben finden Sie eine zufällig erzeugte DNA. In der dritten Zeile wird die zugehörige Boten-RNS (mRNA) angezeigt, wobei zu beachten ist, dass während der Eiweißsynthese nun Thymin durch Uracil ersetzt wird. An der markierten Stelle werden jeweils drei Nucleinsäuren abgelesen und entsprechend der genetischen Codierung (siehe Tabelle im rechten Teil des Fensters) die entsprechende Aminosäure angelagert. Start- und Stop-Codons werden ebenso berücksichtigt. Die vier wichtigen Bestandteile der DNA Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin haben folgende Eigenschaften:

Adenin ist ein Purin aus der Gruppe der 6-Aminopurine. Es bildet mit Thymin in der DNA und mit Uracil in der RNA Paare.

Cytosin (auch Zytosin): Pyrimidinbase (2-Hydroxy-6-amino-pyrimidin), die mit Guanin Paare bildet

146

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Guanin: Purinbase, eine der vier am Aufbau der Nucleinsäuren beteiligten Hauptbasen, die mit Cytosin gekoppelt wird

Thymin: 5-Methyluracil, eine Pyrimidinbase, die zu den Nucleinsäurebasen gehört und die nur mit Adenin gepaart vorkommt; in der RNA durch Uracil ersetzt

Betätigen Sie den Schalter Start oder die Ü-Taste, startet das Programm eine Simulation der Eiweißsynthese. Die Geschwindigkeit der Darstellung können Sie zuvor am Rollbalken Verzögerung einstellen. Die laufende Animation brechen Sie mit der E-Taste ab. Möchten Sie die Replikation der Eiweiße schrittweise verfolgen, so nutzen Sie bitte den Schalter Einzelschritt oder die linke Maustaste. Jeder Klick schaltet um eine Nucleinsäure an der Boten-RNA weiter.

5.3

DNA-Bausteine

Zur Codierung der Erbinformation werden im DNA-Doppelstrang der Zellen acht grundlegende Bausteine genutzt. Dazu gehören neben der Desoxyribose (Zuckermolekül) und Ribose sowie einem Phosphorsäurerest die fünf Bausteine der Nucleinsäuren

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

147

u

Pyrimidine: Cytosin, Thymin, Uracil

u

Purine: Guanin, Adenin

In dem Unterprogramm Biologie | DNA-Bausteine können Sie diese acht Bausteine darstellen und drehen lassen. Zusätzlich finden Sie die chemische Struktur der zwei Nucleotide Thymidin-5’-monophosphat und Uridin-5’monophosphat. Die Bedienung dieses Teilprogramms entspricht der unter Verbindungen | Aminosäuren. Während der Animation können Sie folgende Optionen per Tastendruck ab- und zuschalten: Taste

Wirkung

T

Schaltet die Beschriftung der Atome mit den Elementsymbolen aus und zu

H

Schaltet zwischen weißem und schwarzen Hintergrund um

P

Schaltet zwischen farbiger und weißer Darstellung der Atome um

:

Schaltet die Beachtung der Sichtbarkeit verdeckter Atome ein und aus

P und _ Schaltet die Kettendarstellung der Verbindungen ein und aus

148

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Um welche Achsen und wie schnell die Moleküle gedreht werden, legen Sie in den Optionen (Menüpunkt Datei | Optionen) fest. Zusätzlich können Sie während der Animation die Geschwindigkeit und Drehrichtung steuern Taste

Wirkung

I, W, Y, V Änderung der Drehrichtung K-Taste

Zurückstellen aller Werte auf die in den Optionen festgelegten

O

Erhöhung der Drehgeschwindigkeit

U

Senken der Drehgeschwindigkeit

E

Abbruch der Animation

Ebenso ist die Freie Bewegung der Moleküle wieder möglich. Wählen Sie dazu den entsprechenden Menüpunkt. 1953 gelang den US-amerikanischen Biologen J.D. Watson und F.H.C. Crick durch Kombination chemischer und physikalischer Untersuchungen die Lösung des fundamentalen Problems der Struktur und räumlichen Anordnung der DNA-Moleküle (DNA = Desoxyribonucleinacid bzw. DNS = Desoxyribonucleinsäure). Nach diesen Untersuchungen zeigen die DNA-Moleküle einen periodischen Aufbau und bestehen aus jeweils zwei DNA-Strängen. Die Purinbasen Adenin A und Guanin G sowie die Pyrimidinbasen Thymin T und Cytosin C treten jeweils gleich häufig auf, d.h. A=T, G=C. Ihr Verhältnis

ist artspezifisch. Nach Watson und Crick liegt damit die DNA in Form eines Doppelmoleküls vor, dessen beide Stränge schraubenförmig um eine gemeinsame Achse gewunden sind. In diesem Unterprogramm wird eine vereinfachte Form dieser Doppelspirale oder eines Einzelstrangs dargestellt und auf Wunsch wieder bewegt. Zu beachten ist, dass WinFunktion – Chemie & Biologie in diesem

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

149

Menüpunkt standardmäßig einen weißen Hintergrund wählt. Dies können Sie unter Optionen verändern.

5.4

1.Mendelsches Gesetz

Die Gesetze der Vererbung von einzelnen Merkmalen wurden von dem Lehrer für Naturwissenschaften Gregor Johann Mendel 1865 entdeckt und später nach ihm benannt. Die in der Landwirtschaft und im Gartenbau zur Zeit Mendels üblichen Methoden der Züchtung waren ihm bekannt. Anlass für seine Kreuzungsversuche war die Frage, wie die große Variabilität der Merkmale von Kulturpflanzensorten möglich ist. Die in seinen Kreuzungsexperimenten gefundenen Zusammenhänge und Gesetze werden in diesem und den nächsten Teilprogrammen dargestellt. Von seinen Zeitgenossen wenig beachtet, mussten die Mendelschen Gesetze 1900 von Correns, Tschermak und de Vries wiederentdeckt werden. Nachdem 1875 die Bedeutung der Chromosomen für die Vererbung entdeckt wurde, gelang es 1902 Sutton und Boveri, eine Chromosomentheorie der Vererbung aufzustellen. Im Teilprogramm Biologie | 1. Mendelsches Gesetz zum 1. Mendelschen Gesetz, dem Uniformitätsgesetz, können Sie zwei reinerbige Pflanzen, die sich nur in einem Merkmal, der Farbe, unterscheiden, kreuzen. Nach Mendel gilt dann: „Kreuzt man zwei reinerbige Lebewesen, die sich in einem Merkmal unterscheiden, so entstehen in der F1-Generation mischerbige Lebewesen, die untereinander gleich, d.h. uniform, aussehen. Wählen Sie zuerst, ob der Erbgang dominant-rezessiv oder intermediär sein soll. Im ersten Fall dominiert die Farbe der linken Pflanze, während das zweite Allel (Gene die sich unterscheiden) unterliegt. Im intermediären Fall liegt die Farbe zwischen denen der beiden Elternpflanzen, z.B. bei weißen und roten Ausgangsblüten sind die gezüchteten rosa gefärbt. Die Elternpflanzen bezeichnet man dabei als Parentalgeneration (P) und die „Kinderpflanzen“ als 1. Filialgeneration (F1). Die Farben der Parentalgeneration können Sie an den Auswahlfeldern P-Blüte 1 und PBlüte 2 festlegen.

150

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Nach jeder Änderung der Voraussetzungen zeichnet WinFunktion – Chemie & Biologie das Fenster sofort neu und stellt den korrekten Erbgang dar. In den Kreisen bei den P- oder F1-Pflanzen erhalten Sie zusätzlich die interessierenden Gene angezeigt. Interessant ist, dass beim dominantrezessiven Erbgang das äußere Erscheinungsbild, der Phänotypus, der Pund F1-Pflanzen identisch ist, obwohl der Genotyp unterschiedlich ist. Kreuzt man z.B. gelbe und grüne Erbsen, so ist der Erbgang bezüglich der Farbe dominant-rezessiv, die gelbe Farbe dominiert; die gezüchteten Erbsen sind gelb.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

151

Genotypen, die zweimal den gleichen Erbfaktor haben, z.B. GG oder gg, bezeichnet man als reinerbig oder homozygot. Der Genotyp der Samen aus F1 mit Gg heißt mischerbig oder heterozygot oder hybrid. Zellen, wie die Körperzellen, die für jedes Merkmal zwei Erbanlagen enthalten, heißen diploid. Die Geschlechtszellen, die nur ein Gen enthalten, nennt man haploid. Von Bedeutung wird dies, wenn diese Pflanzen erneut gekreuzt werden. In diesem Fall wirkt dann das zweite Mendelsche Gesetz, das im folgenden Teilprogramm beschrieben wird.

5.5

2. Mendelsches Gesetz

Das Teilprogramm Biologie | 2. Mendelsches Gesetz stellt Ihnen das 2. Mendelsche Gesetz, das Spaltungsgesetz, dar. Dabei werden mischerbige Monohybride der ersten „Kind“-Generation weiter gekreuzt. 2. Mendelsches Gesetz: „Werden Monohybride der F1-Generation untereinander weiter gekreuzt, so sind die Individuen der F2-Generation untereinander nicht gleich, sondern in festen Zahlenverhältnissen aufgespalten.“

152

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Nach dem 2. Mendelschen Gesetz spalten sich die Pflanzen der F2-Generation nach dem genauen Zahlenverhältnis 1:2:1 auf, wobei die äußere Erscheinungsform wieder von der Art des Erbgangs abhängt. Diese Spaltung geht auf die Trennung der homologen Chromosomen in der Meiose zurück. D.h., die haploiden Gameten können nur jeweils eines der zwei unterschiedlichen Allele enthalten, in unserem Beispiel entweder die eine oder aber die andere Blütenfarbe. Dies ist im Gesetz von der Reinheit der Gameten begründet. Da aber die Blüten der F1-Generation im Phänotyp gleich sind, ist es unerheblich, ob die Genherkunft von dem einen oder anderen Elternteil der P-Generation kam. Damit muss sich zwangsläufig das angegebene Verhältnis von 1:2:1 im Genotyp der F2-Generation einstellen. In den dargestellten Kreuzungen zweier Pflanzen entsteht, bezeichnet man die Allele mit B und b, jedesmal die Aufspaltung u

BB : Bb : bb = 1 : 2 : 1

Dennoch sind die Erscheinungsbilder (Phänotype) nicht gleich. Die Ursache liegt in der Art des Erbgangs. Im linken Beispiel erfolgt er dominant-rezessiv, im rechten intermediär, wodurch im ersten Fall die blaue Farbe im Phänotyp im Verhältnis 3:1 überwiegt.

Möchten Sie diesen Erbvorgang untersuchen, stellen Sie erneut zuerst die Art des betrachteten Erbgangs, ob dominant-rezessiv oder intermediär, an den Markierungsfeldern ein. Beachten Sie, dass die F1-Generation WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

153

bei intermediärer Vererbung ein anderes Erscheinungsbild (Mischfarbe!) bietet als bei farb-dominanter Vererbung. WinFunktion stellt dies korrekt ein. Wählen Sie anschließend den Genotyp und die dominante Farbe, welche aber nur für die erste Art der Vererbung von Bedeutung ist. WinFunktion – Chemie & Biologie stellt daraufhin sofort den Vererbungsvorgang dar.

5.6

3. Mendelsches Gesetz

Nach dem 3. Mendelschen Gesetz, dem Unabhängigkeits- und Neukombinationsgesetz, gilt: Werden Individuen einer Art gekreuzt, die sich in mehr als einem Merkmal reinerbig unterscheiden, dann wird jede Erbanlage unabhängig voneinander vererbt und neu kombiniert, sodass in der F2-Generation neben den Merkmalen der Elterngeneration neue Merkmale auftreten. So können reinerbige Individuen mit neu kombinierten Erbanlagen entstehen. Das Teilprogramm Biologie | 3. Mendelsches Gesetz simuliert dieses Gesetz. Als Ausgangsblüten haben Sie zwei vorliegen, welche sich in zwei Merkmalen, zum einen in der Farbe, zum anderen in der Form, unterscheiden. Dabei ist die erste Form dominant, während die Farbe wahlweise dominant-rezessiv oder intermediär vererbt werden kann. Dies stellen Sie erneut an den Auswahlfeldern ein. Ebenso können Sie erneut die Kombinationen der Farben blau-rot, weiß-blau und rot-weiß wählen. Haben Sie für die Farbe einen dominant-rezessiven Erbgang gewählt, müssen Sie zusätzlich noch die dominante Farbe markieren. Während die F1-Generation identisch ist, treten in der F2-Generation die von Mendel vorhergesagten Neukombinationen auf. Obwohl die Stammeltern nur zwei verschiedene Typen zeigen, treten nun vier verschiedene auf. Dies ist die Folge der völlig freien Kombinationsmöglichkeiten der Gene. Allerdings teilen sich die Nachkommen wieder in ein feststehendes Zahlenverhältnis auf: 9 verschiedene Genotypen: AA BB : AA Bb : AA bb : Aa BB : Aa Bb : Aa bb : aa BB : aa Bb : aa bb = 1 : 2 : 1 : 2 : 4 : 2 : 1 : 2 : 1 Dagegen sind die Phänotypen untereinander teilweise wieder identisch. Im dominant-rezessivem Fall existieren vier verschiedene Erscheinungs-

154

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

formen im Verhältnis 9 : 3 : 3 : 1, im intermediären Fall sechs Phänotypen im Verhältnis 3 : 3 : 6 : 2 : 1 : 1. Diese Verhältnisse entstehen, da in diesem Teilprogramm für die Form der Blüten stets die Dominanz der ersten Form festgesetzt wurde.

Beispiel: Dominant-rezessiver Erbgang von weißen und blauen unterschiedlich geformten Blüten

Die Bedeutung dieses Mendelschen Gesetzes ist für die Evolution der Organismen fundamental. Treten z.B. durch Mutation 10 abweichende neue Rassen einer Art auf, so würde bei einer ungeschlechtlichen Fortpflanzung, d.h. also ohne die Möglichkeit der Neukombination der Gene, die Anzahl der abweichenden Organismen bei 10 bleiben. Durch die Neukombination kann aber jedes abweichende Gen mit jedem anderen kombiniert werden, wodurch aus den 10 ursprünglichen Neubildungen nunmehr 210 = 1024 neue Genotypen entstehen können, mit der entsprechenden Weiter- und Höherentwicklung der Art.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

155

5.7

Geschlechtsvererbung

Das Teilprogramm Biologie | Geschlechtsvererbung simuliert die Vererbung des Geschlechts beim Menschen. Die Ausprägung des Geschlechts wird beim Menschen sofort mit der Befruchtung der Zygote festgelegt. Der Chromosomensatz einer Frau und eines Mannes unterscheidet sich neben den individuellen Eigenschaften vor allem im 23. Chromosomenpaar. Während bei einer Frau dieses Chromosomenpaar aus zwei so genannten X-Chromosomen besteht, sind in den männlichen diploiden Zellen je ein X- und ein wesentlich kleineres Y-Chromosom enthalten. Die Meiose (Bildung der haploiden Zellen) bewirkt damit nur beim Mann eine Trennung in zwei verschiedene Gametensorten, zum einen mit einem X-, zum anderen mit einem YChromosom. Während der Befruchtung ist damit die Wahrscheinlichkeit für die Kombination zweier X-Chromosomen auf der einen Seite oder eines Paares bestehend aus X- und Y-Chromosomen auf der anderen Seite theoretisch gleich. Der entscheidende Faktor für das Geschlecht eines Kindes ist damit die Belegung der befruchtenden Samenzelle, welche entweder X- oder Y-Chromosom enthält. Zur theoretischen Untersuchung in diesem Teilprogramm wählen Sie zuerst, welches Geschlechtschromosom in den haploiden Zellen der Mutter und des Vaters auftreten, indem Sie das entsprechende Auswahlfeld mit der Maus markieren. In der grafischen Veranschaulichung sind sowohl die diploiden als auch die haploiden Zellen dargestellt. WinFunktion ermittelt sofort das Geschlecht des Kindes. Betätigen Sie den Schalter Start oder die Ü-Taste, simuliert das Programm zusätzlich jeweils 10000 zufällige Geburten. In der Auswertung finden Sie die (theoretische) Anzahl Mädchen und Jungen sowie deren prozentualen Anteil. Läuft die Simulation mehrfach ab, konvergieren die Anteile, wie zu erwarten und oben ausgeführt, gegen jeweils 50 %. Dieses Ergebnis ist theoretisch. In der Praxis werden etwas mehr Jungen als Mädchen geboren. Die Ursache liegt aber nicht in unterschiedlichen Wahrscheinlichkeiten der Aufspaltung der männlichen diploiden Geschlechtszellen, sondern in Faktoren, welche während der Schwangerschaft etwas öfter zu, in jedem Fall sehr tragischen, Fehlgeburten bei Mädchen als bei Jungen führen.

156

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

5.8

Blutgruppenvererbung

Bei der Untersuchung von Zusammenballungen der Erythrocyten bei Vermischung von Blut des Menschen fand Karl Landsteiner im Jahre 1901 die Ursache für das bis dahin rätselhafte Phänomen. Im menschlichen Blut sind teilweise Antikörper enthalten, welche fremdes Blutplasma als fremdartigen Organismus erkennen und diesen „bekämpfen“. Ein Erythrocyt trägt etwa 30 verschiedene genetisch determinierte Gene, die jeweils die Zugehörigkeit zu einer Blutgruppe beschreiben. Insgesamt gibt es die sagenhafte Zahl von 1011 möglichen, verschiedenen Blutgruppen. Medizinische Bedeutung hat das von Landsteiner gefundene AB0System, welches das menschliche Blut in vier Gruppen einteilt. Dabei enthalten die Blutgruppen: Blutgruppe A

Anti-Gen A

Blutgruppe B

Anti-Gen B

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

157

Blutgruppe AB

Anti-Gen A und Anti-Gen B

Blutgruppe 0

keine Anti-Gene

Damit ist ein Mensch mit der Blutgruppe 0 der ideale Spender (Universalspender), während die Blutgruppe AB der ideale Empfänger ist. Dennoch ist im konkreten Fall eine Kontrolle vor einer Blutübertragung stets notwendig, zumal auch andere Faktoren, zum Beispiel der Rhesusfaktor, von entscheidender Bedeutung sind. Für die Vaterschaftsbegutachtung einer strittigen Vaterschaft wird eher das MN-Blutgruppensystem mit nur zwei Allelen M und N herangezogen. Da die zwei Allele A und B sich nicht gegenseitig ausschließen, sondern im Falle des Zusammentreffens beide ihre spezifischen Eigenschaften ausprägen (Kondominanz), existieren vier Phänotypen und sechs verschiedene Genotypen. Phänotyp

Genotypen

A

AA, A0

B

BB, B0

AB

AB

0

00

Hinweis: Die Reduzierung auf „nur“ vier Blutgruppen in diesem Teilprogramm ist beabsichtigt und entspricht der in einer Vielzahl von Veröffentlichungen (siehe „Biologie“ von Prof. Dr. Buselmaier, Bechtermünz Verlag). Für das darzustellende Prinzip der Blutgruppenvererbung ist die Berücksichtigung der unterschiedlichen Gruppen A1 und A2 hier nicht notwendig. Unter dem Menüpunkt Biologie | Blutgruppenvererbung können Sie die Kombinationsmöglichkeiten der Vererbung der Blutgruppen beim Menschen untersuchen. Wählen Sie zuerst einen der sechs möglichen Genotypen der Mutter und des Vaters. WinFunktion – Chemie & Biologie ermittelt daraufhin alle theoretischen Möglichkeiten für die Blutgruppe des Kindes.

158

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Zum Beispiel können Kinder, deren Mutter die Blutgruppe A mit dem Genotyp A0 und deren Vater die Blutgruppe AB besitzt, drei verschiedene Blutgruppen A, B und AB ausprägen. Da die Blutgruppe A in zwei verschiedenen Genotypen AA und A0 auftreten kann, bedeutet dies für die Kinder, dass mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % die Blutgruppe A vorliegt sowie mit jeweils 25 % die Gruppen AB oder B.

Anmerkung: Sollte ein Kind dieser Mutter die Blutgruppe 0 besitzen, so kann damit der im Beispiel angegebene Mann als Vater vollständig ausgeschlossen werden. Der tatsächliche Vater müsste dann einem der Genotypen A0, B0 oder 00 angehören.

5.9

Genetische Distanz

Als Maß für die genetische Unterschiedlichkeit verschiedener Völker wurde in der Biologie die genetische Distanz eingeführt. Dazu untersucht man die auftretende Häufigkeit der Hauptblutgruppen des Volkes. Als genetische Distanz definiert man nun den Winkel zwischen den BlutWinFunktion Chemie & Biologie Me 2

159

gruppen-Einheitsvektoren, womit die Berechnung zu einer biologischen Anwendung der Vektorrechnung wird. Dabei werden die relativen Häufigkeiten der Blutgruppen zu den Einheitsvektoren zusammengefasst. In Deutschland besitzen 40.5 % aller Einwohner Blutgruppe A, 4.9 % AB, 15.5 % B und 39.1 % Blutgruppe 0. Damit ergibt sich der Vektor

Beabsichtigt man die genetische Distanz zu einem anderen Volk zu berechnen, stellt man dessen Vektor auf und ermittelt über das vierdimensionale Skalarprodukt den Winkel zwischen beiden Vektoren (siehe Programm WinFunktion – Mathematik Me 2). Im Unterprogramm Biologie | Genetische Distanz können Sie für verschiedene Völker die Blutgruppenhäufigkeit auswählen. Insgesamt sind 24 verschiedene Menschengruppen von den Ainu, den Bewohner der Kurilen und Hokkaidos, bis zu der schwarzen Bevölkerungsgruppe der USA aufgeführt. In jeder der vier Listen wählen Sie eine der Gruppen aus. WinFunktion – Chemie & Biologie berechnet Ihnen sofort die Einheitsvektoren sowie die Winkel zwischen diesen. Je kleiner der Winkel ist, desto näher sind die Völker genetisch verwandt. Je größer der Winkel, desto größer sind die Unterschiede. Stellen Sie zum Beispiel in den Listen die Völker Deutsche, Polen, Engländer und Buschmänner ein, so ergibt dies Deutsche Deutsche

Polen

Engländer

Buschmänner

7.5 °

8.9 °

16.9 °

16.1 °

23.1 °

Polen

7.5 °

Engländer

8.9 °

16.1 °

Buschmänner

16.9 °

23.1°

10.6 ° 10.6 °

Als Auswertung erhalten Sie, dass wir Deutschen näher mit den Polen (7.5°) als mit den Engländern (8.9°) genetisch verwandt sind. Die Eng-

160

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

länder wiederum stehen vom Standpunkt der Genetik den Buschmännern (10.6°) näher als dem polnischen Volk (16.1°) usw. Achtung! Der Programmautor weist ausdrücklich darauf hin, dass die Berechnung der genetischen Distanz nichts, aber auch gar nichts mit der Bewertung der „Qualität von Völkern und Rassen“ zu tun hat. Die genetische Distanz ist ausschließlich eine wissenschaftliche Größe, mit deren Hilfe Aussagen z.B. über die historische Entwicklung bestimmter Volksgruppen gewonnen werden können. Ungezügelter Nationalismus und geisteskranker Rassenwahn haben nichts mit Wissenschaft zu tun und sollten sich auf Grund der Geschichte des 20. Jahrhunderts, insbesondere der deutschen Geschichte, endgültig erledigt haben. Leider ist diese Bemerkung auf Grund der jüngsten Ereignisse wieder notwendig geworden!

5.10 Zeitliche Entwicklung der GenotypVerteilung In einer Population seien die Genotypen AA, Aa und aa mit den prozentualen Anteilen p, q und r vertreten, wobei p+q+r = 100 % ist. Durch Kreuzung der Population mit einer anderen Genotyp-Verteilung, evtl. einer reinerbigen, d.h. AA = 100 % und sowohl Aa als auch aa = 0 %, erhält man in der Tochtergeneration eine neue Verteilung. Gilt für die Muttergeneration AA = 10 % Aa = 20 % aa = 70 % so erhält man nach der Kreuzung die Wahrscheinlichkeiten für die Genotypen AA = 20 % Aa = 80 % aa = 0 %. Kreuzt man diese erneut mit der 2. Population und so fort, so stellt sich nach einigen Generationen eine konstante Verteilung ein, welche nur (!) von der Verteilung der Genotypen in der Ausgangs-Kreuzungspopulation abhängt. Im genannten Beispiel pegelt sich der Wert nach nur 16 Kreuzungen auf AA ≈ 100 % ein.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

161

Dies steht scheinbar im Widerspruch zu den Mendelschen Gesetzen, nach denen rezessive Allele im Laufe der Zeit durch dominante zurückgedrängt werden müssten. Dass dies nicht der Fall ist, konnten 1908 Hardy und Weinberg nachweisen. Bei einer hinreichend großen Population und der Berücksichtigung aller möglichen Paarungstypen der dominanten und rezessiven Merkmale pegelt sich ein Gleichgewicht ein. In dem Teilprogramm Biologie | Genotyp Verteilung können Sie die zeitliche Entwicklung der Verteilung der Genotypen berechnen und darstellen lassen. Tragen Sie zuerst die Anteile der Genotypen AA, Aa und aa der Mutter- und Kreuzungspopulation ein. Nach Betätigen des Schalters Berechnung und Darstellung bzw. der Ü-Taste berechnet WinFunktion die Anteile in den nachfolgenden Generationen. Zum Beispiel ergeben sich bei einer Anfangs-Muttergeneration AA = 10 % Aa = 20 % aa = 70 % nach mehreren Kreuzungen mit verschiedenen Kreuzungsgenerationen folgende konvergente Zustände:

162

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Kreuzungsgeneration

konvergenter Zustand

AA = 20 % Aa = 80 % aa = 0 %

AA = 36 % Aa = 48 % aa = 16 %

AA = 20 % Aa = 60 % aa = 20 %

AA = 25 % Aa = 50 % aa = 25 %

AA = 0 % Aa = 100 % aa = 0 %

AA = 25 % Aa = 50 % aa = 25 %

AA = 50 % Aa = 0 % aa = 50 %

AA = 25 % Aa = 50 % aa = 25 %

AA = 0 % Aa = 50 % aa = 50 %

AA = 6.25 % Aa = 37.5 % aa = 56.25 %

Betragen die Summen der von Ihnen eingegebenen Anteile an den Blutgruppen nicht genau 100 %, so erhalten Sie die Fehlermeldung Verteilung der Kreuzungsgeneration ergibt keine 100 % bzw. Verteilung der Muttergeneration ergibt keine 100 % Überprüfen Sie bitte in diesem Fall die Eingaben. Im rechten Teil des Fensters erhalten Sie zusätzlich in einem Diagramm die Darstellung der Veränderungen im Genotyp der späteren Generationen. Beachten Sie bitte, dass in der Natur Abweichungen vom Hardy-Weinberg-Gesetz auftreten. Die Ursachen sind z.B. Auslese, Inzucht, Spontanmutationen, Selektion, Gendrift usw.

5.11 Diffusion und Mischung Zu den wichtigsten physikalischen Vorgängen innerhalb von Organismen zählt die Diffusion von Molekülen durch Membranen. Schichtet man Alkohol vorsichtig über Wasser, so wird die anfänglich scharfe Trennfläche immer diffuser. An der Trennfläche vermischen sich die Teilchen beider Stoffe. In Flüssigkeiten kann dies Stunden dauern, in Gasen läuft ein solcher Vorgang sehr schnell ab. Eine solche Diffusion tritt u.a. bei dem Sauerstoff- und Kohlendioxidaustausch in der Lunge oder bei der Übertragung von Aktionspotenzialen an Nervenzellen auf. Der Diffusionsvorgang wird in dem Unterprogramm Biologie | Diffusion und Mischung simuliert.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

163

Zu Beginn befinden sich 40 kleine Moleküle und 10 Moleküle mit größerem Radius oberhalb einer Membran. Markieren Sie das Feld Bewegungssimulation simuliert WinFunktion – Chemie & Biologie die Molekularbewegung dieser Teilchen. Mit dem Schalter Einzelschritt wird nur eine Bewegung der Teilchen ermittelt. Auf Grund der Größe der „Löcher“ in der Membran können nun die kleinen Moleküle in den unteren Fensterbereich gelangen, sie diffundieren, während die größeren Moleküle zurückgehalten werden.

Die Anzahl der Teilchen beider Sorten (maximal 100 für Molekül A und 30 für Molekül B) sowie die Temperatur können Sie an den Rollbalken einstellen. Erhöhen Sie die Temperatur, steigt die mittlere kinetische Energie der Teilchen. Dadurch läuft der Diffusionsvorgang schneller ab. Entfernen Sie die Markierung bei Membran, können auch die großen Moleküle in den unteren Bereich gelangen. Bei geringer Temperatur benötigt der Vorgang längere Zeit. Allerdings ist es völlig gleichgültig, welche Werte Sie festlegen. Entsprechend der statistischen Gesetze der Molekularbewegung erfolgt immer die Einstellung

164

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

eines Gleichgewichts. D.h., im Durchschnitt befinden sich etwa gleich viele Teilchen im oberen wie im unteren Bereich. Der Testrechner mit einer Pentium-III-CPU benötigte mit 650 MHz etwa 3 Minuten für die Erzeugung der Beispieldarstellung, bei einer Temperatureinstellung von 200 K dagegen nur wenige Sekunden. Beachten Sie bitte, dass diese Simulation hohe Anforderungen an Ihren Computer stellt. Auch auf einem sehr schnellen Rechner wird die Berechnung und Darstellung etwas ruckartig erfolgen, wenn Sie z.B. alle möglichen 100 Moleküle A und 30 Moleküle B benutzen. Abbrechen können Sie mit E oder über die Maustasten. Ein linker Mausklick in das Darstellungsfenster während der Animation erhöht die eingestellte Temperatur, wodurch die Bewegung der Teilchen beschleunigt wird. Mischungsprozess Die Markierung des Felds Mischungsprozess ergänzt den Programmteil Biologie | Diffusion. Hier können Sie die Diffusion und Durchmischung zweier Molekülsorten durch eine beidseitig durchlässige Membran simulieren. Für beide Molekülarten können Sie maximal 100 Teilchen einstellen. Auch hier gilt: Es ist gleichgültig, welche Temperatur Sie einstellen. Nach hinreichend langer Zeit stellt sich garantiert ein statistisches Gleichgewicht ein. Die oben zur Diffusion gemachten Bemerkungen zur Bedienung und Geschwindigkeit der Darstellung gelten hier analog.

5.12 Osmose Neben der Diffusion kommt der Osmose fundamentale Bedeutung zu (Unterprogramm Biologie | Osmose). Dabei treten Moleküle durch eine halbdurchlässige Membran und werden in den Kreislauf des Lebewesens einbezogen, z.B. bei der Aufnahme von Nährstoffen aus der Erde in die Wurzelfasern oder der Wasserrückresorption in den Nieren der Tiere und Menschen. Zu Beginn befinden sich im linken Teilfeld, d.h. außerhalb des Organismus, kleinere Moleküle. Im rechten Feld, z.B. die Wurzelfaser, befinden

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

165

sich andere Teilchen. Nach dem Start der Simulation bewegen sich die rechten Teilchen innerhalb des Organismus nach oben, während die kleineren Moleküle die Möglichkeit haben, durch die Membran zu diffundieren. Treten diese vollständig hindurch, werden sie in den Kreislauf des Organismus mit einbezogen und bewegen sich nach oben. Damit sinkt die Konzentration der kleineren Moleküle mit dem Ergebnis, dass im Laufe der Zeit immer weniger Moleküle diffundieren können.

Die Simulation starten Sie wieder, indem Sie das Feld Bewegungssimulation markieren. Einen einzelnen Simulationsschritt erhalten Sie mittels der Taste Einzelschritt. Während der Demonstration können Sie die Größen, z.B. die Temperatur, weiterhin an den Rollbalken verändern.

5.13 Brownsche Bewegung Im Jahre 1827 machte der englische Botaniker Robert Brown bei der mikroskopischen Beobachtung von Schwebeteilchen in einer Flüssigkeit eine verblüffende Beobachtung. Die kleinen Teilchen bewegten sich in der

166

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Flüssigkeit in regellosen Zickzackbewegungen. Sein Verdienst ist der erste Erklärungsversuch. Ursache ist die Molekularbewegung der Moleküle und Atome auf Grund ihrer vorhandenen kinetischen Energie. Während dieser Bewegung stoßen diese auch makroskopische Teilchen an und sorgen so für deren scheinbar regellose Bewegung. Da diese Entdekkung von keinem Physiker gemacht wurde, wurde sie noch jahrelang übersehen. 30 Jahre nach Brown suchte z.B. Rudolf Clausius nach einer Möglichkeit, die Molekularbewegung nachzuweisen. Da er die Brownsche Bewegung nicht kannte, suchte er leider vergeblich. Diese Brownsche Bewegung können Sie in dem Teilprogramm Biologie | Brownsche Bewegung für ein einzelnes makroskopisches Teilchen simulieren. Stellen Sie dazu an den Rollbalken die Anzahl der darzustellenden Gesamtschritte (10000 bis 1 Million) sowie alle wie viel Schritte die neue Position des Teilchens gezeichnet werden soll (Anzeigeschritte, 1 bis 100) ein.

Beispiel: Brownsche Bewegung eines makroskopischen Teilchens

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

167

Wählen Sie nun den Schalter Darstellung, verfolgt das Programm die Zickzackbewegung des Teilchens und stellt dessen neue Position entsprechend Ihrer Einstellungen dar. Da es sich um eine stochastische Bewegung handelt, ist nicht vorherzusagen, in welchem Bereich des Fensters sich das Teilchen befindet und nach welcher Zeit es seine Position deutlich verändert. Oft verbleibt es längere Zeit in einem Gebiet, um dann (scheinbar ohne Grund) seinen Ort erheblich zu verändern. Diese Simulation können Sie wieder mit der Taste E abbrechen. Hinweis: Die Brownsche Bewegung kommt natürlich auch in Gasen vor. Wäre das menschliche Ohr ein klein wenig empfindlicher, würden wir die molekularen Schwankungen der Luft, d.h. die Brownsche Bewegung des Trommelfells, als ständiges Störrauschen wahrnehmen. Die Schallintensität des „rauschenden“ Trommelfells ist etwa 1,2*10-17 W/cm², die Hörschwelle 10-16 W/cm². Zum Glück hat die Natur unser Ohr optimal „konstruiert“.

5.14 Räuber-Beute-System Populationen sind stetigen Veränderungen der Größe und der Dichte durch Zuwanderung, Abwanderung, Geburt und Tod ausgesetzt. Mit der aufkommenden Computertechnik und vielversprechenden Ergebnissen der Chaosforschung trat vor Jahren erneut die Problematik der Untersuchung einer Populationsdynamik in den Vordergrund. Dabei benutzt man vorwiegend die von dem italienischen Mathematiker Volterra 1926 gefundenen Grundregeln. Liegt eine Anfangspopulation p0 vor, welche jährlich mit dem Parameter p wachsen soll, so ergibt sich nach n Jahren pn = p0 * (1+p)n. Diese für die Berechnung von Zinseszinsen durchaus brauchbare Gleichung ist für die Beschreibung des Populationsverhaltens jedoch ungeeignet, da bremsende Einflüsse (‘Absterben’) keine Berücksichtigung finden. Eine Erweiterung des Definitionsbereichs von p auf negative Werte genügt nicht, da in der Realität die Dynamik einer Population von mehreren Faktoren, u.a. auch von der Populationsgröße selbst (!), abhängig ist. Mit Einführung eines dies beinhaltenden Wachstumsparameters w erhält man u

pn+1 = pn * w - pn2w

168

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

d.h. einen linearen “treibenden” Term und einen nichtlinearen “bremsenden” Term. Da eine Umwelt sowohl durch äußere als auch durch innere Einflüsse verändert wird, kann w nicht konstant bleiben, sondern unterliegt einer Vielzahl von verändernden Größen. Untersuchungen mit variablen Wachstumsparametern ergeben verblüffende Ergebnisse, bis hin zu chaotischem Verhalten der Population. An dieser Stelle setzt der Gedanke ein, Populationsverhalten mittels komplexer Systeme auf Computern zu simulieren. Insbesondere wurde dazu ein Modell entwickelt, welches das zeitliche Verhalten von Räuber- und Beutetieren in einem abgeschlossenen System simuliert. Dieses Modell können Sie unter dem Menüpunkt Biologie | Räuber-Beute-System untersuchen. Irgendwo, weitab von unserer Erde, existiert der sagenhafte Planet „WaTor“. Dieser, mit der Form eines Torus, ist über und über mit Wasser bedeckt. Bewohnt wird der Planet von Fischen und Haien, welche herumschwimmen, sich vermehren, und wo darüber hinaus die Haie die Fische fressen, wodurch die Populationen von Fischen und Haien Schwankungen unterworfen sind. Zu Beginn der Simulation müssen Sie einige Parameter festlegen: u

prozentualer Anteil der Fische

u

prozentualer Anteil der Haie

u

Brutzeit der Fische: Zeit in „Chrononen“ (die Zeiteinheit auf WaTor), nach welcher ein Fisch einen Jungfisch (auf einem evtl. freien Feld) gebären kann

u

Brutzeit der Haie: Zeit in „Chrononen“, nach welcher ein Hai einen Junghai (auf einem evtl. freien Feld) gebären kann

u

Fastenzeit der Haie: Zeit in „Chrononen“, nach welcher ein Hai verhungert, wenn er inzwischen keinen Fisch fressen konnte

Voreingestellt sind: 50 % Fische, 3 % Haie, 6 Chrononen Fischbrutzeit, 12 Chrononen Haibrutzeit und 3 Chrononen Fastenzeit. Ändern können Sie diese Werte im Menüpunkt Optionen. Nach dem Start schwimmen alle Bewohner frei herum, wobei ein Hai das dringende Bedürfnis hat, einen Fisch zu fressen. Nutzt man ähnliche Startwerte wie die Schöpfer dieses Systems Dewdney und Wiseman, so stellt sich ein interessanter Effekt ein. Die Fische vermehren sich, wo-

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

169

durch mehr Haie überleben und sich ebenfalls vermehren können. Dadurch wird eine größere Zahl Fische gefressen, deren Population geht zurück. Die Haie verhungern, wodurch wieder mehr Fische überleben usw. usf.

Beispiel: Einzelsituation auf Wa-Tor, 18 Haie und 446 Fische

Damit erhalten Sie die Simulation eines klassischen Räuber-Beute-Systems. Im Extremfall sterben alle Haie bzw. Fische (und damit auch die Haie, sie verhungern!) aus. Vergleicht man die Verlaufsdiagramme mit statistisch ermittelten Werten in der realen Natur, so stellt man fest, dass dieses System nicht die gewünschten Ergebnisse bringt. Eine Modifikation des Original-„Wa-Tors“ durch E. Couda können Sie als Variante 2 nutzen. In diesem System gewinnt ein Hai Lebenskraft, je mehr er frisst, und überlebt somit länger.

170

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die damit erzielten Diagramme sind Daten, welche zwischen 1850 und 1890 von der Hudson’s Bay Company über die Menge von Luchsen und Hasen gewonnen wurden, sehr ähnlich. Die Berechnung, aber insbesondere die grafische Darstellung einer Generation ist zeitaufwändig. Wünschen Sie nicht die Darstellung jeder einzelnen Generation, so erhöhen Sie unter Optionen den Wert Anzeige. Bei einem Eintrag von 50 wird nun nur jede 50. Generation grafisch veranschaulicht, mit dem Ergebnis einer deutlich erhöhten Gesamtgeschwindigkeit. Neben einer ständig ablaufenden Simulation können Sie durch Betätigen der L eer-Taste oder des entsprechenden Toolbarschalters in Einzelschritten zur jeweils nächsten Generation weiterschalten. Diagramm Diese Simulation können Sie in einem Diagramm grafisch auswerten. Dazu wird eine Datei angelegt und auf Bedarf gelesen und gezeichnet. Schalten Sie unter Optionen | Einstellung den Punkt Diagrammdatei aus, so ist diese Auswertung nicht mehr verfügbar. Der Vorteil besteht darin, dass die Berechnung und Darstellung durch den Verzicht des Speicherns der Zwischenergebnisse (je nach Qualität Ihrer Festplatte) deutlich beschleunigt werden. Toolbarbelegung / Menü Bei Nutzung eines der Schalter in der oberen Schalterleiste erhalten Sie die Funktion:

Hinweis: Die Volterraschen Gesetze haben nur Modellcharakter. Die Bedingungen in der Natur sind in Wirklichkeit so komplex, dass dieses Modell kaum grundlegende Aussagen ermöglicht. Allerdings ist es eine gute erste Näherung.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

171

6 6.1

Organismen Tier- und Pflanzenfotos

Innerhalb des Lexikons von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 finden Sie mehrere Hundert Beschreibungen von Tieren und Pflanzen mit Text und Bild. Zusätzlich enthält das Programm eine größere Menge von Fotos, welche Tiere und Pflanzen verschiedenster Art zeigen. Zur Anzeige wählen Sie eines der Teilprogramme Organismen | Tierfotos bzw. Organismen | Pflanzenfotos. In dem jeweiligen Programmteil finden Sie nun rechts eine Liste, in welcher die Namen der Abbildungen zu finden sind. Wählen Sie einen Eintrag aus, zeigt Ihnen das Programm das zugehörige Foto. Über die Menüpunkte Liste an | aus und Sortierte Liste an | aus können Sie die rechte Auflistung der Namen zu- und abschalten bzw. im ersten Fall eine Reihenfolge der Fotos einstellen, welche nicht alphabetisch, sondern entsprechend der Tiergruppen sortiert ist.

172

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Außer über die Markierung eines Listeneintrags können Sie auch über die beiden Schalter ç und è oder die Cursor-Tasten I und W zu einem anderen Foto schalten. Beachten Sie: Für die Nutzung dieser Teilprogramme muss die Original-CD von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 in Ihr CD-Laufwerk eingelegt sein. Beachten Sie bitte weiterhin, dass die 680 Tier- und 370 Pflanzenfotos urheberrechtlich geschützt sind.

6.2

Systematik des Tierreichs und des Pflanzenreichs

Die Vielfalt des Lebens auf der Erde ist faszinierend. Mit Sicherheit existieren weit mehr als 1 Million verschiedene Tierarten und Hundertausende von Pflanzenarten. Täglich werden neue Arten entdeckt. Die meisten Tierarten (etwa 90 %) sind Wirbellose, die Avertebraten, d.h. Tiere ohne inneres knöchernes oder knorpeliges Skelett. Zu den Avertebraten gehören so verschiedene Stämme wie die Schwämme (Porifera), Quallen (Coelenteraten), Würmer (Anneliden), Muscheln (Mollusken), Seesterne (Echinodermaten) und die Arthropoden, die Gliederfüßer. Die verbleibenden 10 % Chordatiere werden vor allem von den Wirbeltieren, wie Fische, Lurche, Reptilien, Vögel und Säugetiere, gebildet. Die Angehörigen des Tierreichs sind so verschieden, dass es außer wenigen Eigenschaften kaum Gemeinsamkeiten gibt. Die Gemeinsamkeiten bestehen vorwiegend in: u

Tiere sind heterotroph, d.h., sie können ihre Nahrung nicht selbst produzieren, sondern müssen pflanzliche oder tierische Nahrung zu sich nehmen.

u

Tiere speichern Nährstoffe als Fett oder Glykogen, nachdem sie die Nährstoffe im Verdauungstrakt aufgeschlossen haben.

u

Die meisten Tiere können sich mithilfe von Muskeln fortbewegen, die aus kontraktilen Zellen oder Fasern bestehen. Manche Tiere, wie z.B. die Schwämme, bewegen sich nur im Larvalstadium.

u

Das Wachstum der Tiere endet meist mit der Reife, in der sie sich geschlechtlich fortpflanzen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

173

Dagegen sind Pflanzen eine formenreiche Organismengruppe, die gemeinsam mit Tieren und Menschen die Biosphäre besiedelt. Sie sind autotroph, d.h., sie bauen im Prozess der Photosynthese mithilfe des Sonnenlichts ihre organische Körpersubstanz aus anorganischem Material auf. Damit sind sie unabdingbare Voraussetzung für die Existenz heterotropher Organismen, die ihre Körpersubstanz nur aus organischem, letztendlich von den Pflanzen hergestellten Material bilden können. Ein wichtiges Ziel muss es sein, eine Ordnung, eine Systematik des Tierund Pflanzenreichs, zu finden. Derartige Versuche sind schon bis zu den großen griechischen Denkern zurückzuverfolgen. Besonders wichtig wurden im 18. Jahrhundert die Arbeiten Carl von Linnés. In seinem Werk „Systema naturae“ von 1735 schuf er die binäre Nomenklatur, mit der er für jedes Lebewesen lateinische Gattungs- und Artnamen als international verständliche Bezeichnung einführte. Zwar war Linnés System künstlicher Natur und wurde später durch natürliche Systeme ersetzt, dennoch behielt man die Nomenklatur bei. Heute unterteilt man alle Organismen in fünf Reiche: Reich

Organismen

Monera

Bakterien und Cyanobakterien (= Blaualgen)

Protista

einzellige Eukaryonten

Plantae

Pflanzen

Fungi

Pilze

Animalia

Tiere

Während die Unterschiede zwischen Monera, Protista, Plantae und Animalia offensichtlich sind, könnte man die Pilze leicht dem Pflanzenreich zuordnen. Dies ist aber falsch. Pflanzen sind wie oben erwähnt autotroph. Pilze haben dagegen kein Blattgrün und leben saprophytisch, indem sie tote pflanzliche und tierische Reste abbauen. Ausgehend von den Reichen werden in der Zoologie die nachfolgenden Kategorien eingehalten. Anhand des Beispiels „Honigbiene“ soll es erläutert werden:

174

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Kategorie

Beispiel

Reich (regnum)

Tiere (Animalia)

Unterreich (subregnum)

Vielzeller (Metazoa)

Abteilung (divisio)

Echte Vielzeller (Eumetazoa)

Unterabteilung (subdivisio)

Bilateria

Stamm (phylum)

Gliederfüßer (Arthropoda)

Unterstamm (subphylum)

Tracheenatmer (Tracheata)

Klasse (classis)

Insekten (Insecta)

Überordnung (superordo)

Hymenopteroidea

Ordnung (ordo)

Hautflügler (Hymenoptera)

Unterordnung (subordo)

(… mit Giftstachel) Aculeata

Überfamilie (superfamilia)

Bienen (Apoidea)

Familie (familia)

Apidae

Unterfamilie (subfamilia)

Apinae

Sippe (tribus) Gattung (genus)

Apis

Art (species)

Honigbiene (Mellifica)

Unterart (subspecies)

Ligustica

Für das Reich der Pflanzen weichen die Kategorien etwas ab. In absteigender Reihenfolge werden betrachtet: u

Abteilung, Unterabteilung, Klasse, Unterklasse, Reihengruppe, Überordnung, Reihe/Ordnung, Unterreihe, Familiengruppe, Familie, Unterfamilie, Tribus, Subtribus, Gattung, Untergattung, Sektion, Untersektion, Serie, Art, Unterart, Varietät, Untervarietät, Form

Im Programm WinFunktion werden zur Erhöhung der Übersichtlichkeit einige Kategorien zusammengefasst. Zum Beispiel erfolgt keine Unterscheidung von Ordnung und Unterordnung oder Familie und Gattung.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

175

Im Beispiel sehen Sie die Familie der Finken.

Die Teilprogramme Organismen | Systematik des Tierreichs und ... | Systematik des Pflanzenreichs geben Ihnen die Möglichkeit, jeweils für einige Tausend Tiere (5200) bzw. Pflanzen (3600) eine Systematik zu nutzen. Dazu wählen Sie in den aufklappbaren Listen Stamm, Unterstamm, Klasse und Unterklasse, Ordnung und Unterordnung sowie Familie und Gattung jeweils einen Eintrag aus. WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 zeigt Ihnen daraufhin sofort (bei markiertem Feld Arten sofort anzeigen) jeweils eine Liste mit deutschen und eine Liste mit lateinischen Namen der zugehörigen Organismen. Zwischen den zwei Listen Deutscher Name und Lateinischer Name besteht eine Verbindung. Markieren Sie in einer der beiden Listen einen Eintrag, sucht WinFunktion sofort die zugehörige Bezeichnung in der zweiten Liste. WinFunktion – Chemie & Biologie enthält in seinem lexikalischen Teil die Beschreibung einiger Hundert Tiere und Pflanzen. Ist für ein in diesem Unterprogramm genanntes Tier oder eine Pflanze eine ausführlichere Beschreibung vorhanden, erscheint ein Schalter Beschreibung anzeigen. Wählen Sie diesen, wird dieses Teilprogramm geschlos-

176

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

sen und im Lexikon sofort das gesuchte Tier, die interessierende Pflanze angezeigt. Hinweis: Die Listen enthalten sehr viele Einträge. Da erfahrungsgemäß das Lesen auf dem Computerbildschirm bei größeren Datenmengen mühsam ist, finden Sie am Ende dieses Handbuchs im Anhang B und C eine Übersicht der Tier- und Pflanzensystematik. Hinweis 2: Durch mehrere Nutzer der Version 2000 wurde darauf hingewiesen, dass Pilze nicht zu den Pflanzen gehören. Dies ist vollkommen korrekt. Dennoch bleibt WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 dabei, die Pilze im Rahmen der Pflanzen weiterhin zu führen. Der programmtechnische Aufwand, eine Sonderregel für Pilze einzuführen, steht in keinem Verhältnis zum Nutzen. Der Autor geht einfach davon aus, dass die überwiegende Zahl der Nutzer die spezielle Art der Pilze kennt (siehe Erklärung weiter oben).

6.3

Tier- und Pflanzenliste

Das WinFunktion-Lexikon enthält neben vielen Fakten zu chemischen und biologischen Fragen und Problemen auch eine umfangreiche Sammlung von Tier- und Pflanzenbeschreibungen in Wort und Bild. Über die Schlagwörter Tiere und Pflanzen können Sie im Hauptfenster sofort zu Übersichten weiterschalten, in denen alle näher beschriebenen Tiere und Pflanzen aufgelistet sind. Eine weitere Hilfe, z.B. das gesuchte Tier schnell zu finden, gibt Ihnen das Teilprogramm Organismen | Tierliste. Für das Pflanzenlexikon wählen Sie Organismen | Pflanzen. In beiden Unterprogrammen finden Sie zwei Listen, in welche alle im Lexikon beschriebenen Tiere und Pflanzen eingetragen sind. Die linke Liste enthält deutsche Namen, die rechte die lateinische Fachbezeichnung. Markieren Sie in einer Liste einen Eintrag, ermittelt das Programm sofort den zugehörigen zweiten Begriff. Betätigen Sie nun den Schalter Beschreibung anzeigen, wird dieses Teilprogramm geschlossen und WinFunktion – Chemie & Biologie zeigt Ihnen die Lexikonseite mit dem gesuchten Tier, der gesuchten Pflanze. Voreingestellt ist jeweils, dass alle

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

177

im Lexikon erwähnten Organismen aufgelistet werden. Wünschen Sie dies nicht, können Sie durch Entfernung der Markierungen bei den Tierbzw. Pflanzengruppen nur ausgewählte Tiere und Pflanzen auflisten.

Gegenwärtig beinhaltet das Tierlexikon 465 Arten (davon 122 Säugetiere, 140 Vögel, 49 Reptilien usw.), das Pflanzenlexikon 310 verschiedene Pflanzen und Pilze (davon 33 Pilze).

6.4

Tierische Zelle

Im Jahr 1665 veröffentlichte Robert Hooke sein bedeutendes Werk „Micrographia“, in welchem er die berühmt gewordene Zeichnung der Zellen des Flaschenkorkes gab. Bis jedoch die von Hooke selbst als Gelegenheitsbeobachtung bezeichnete Entdeckung zur Grundlage der modernen Zellenlehre wurde, mussten noch 200 Jahre vergehen. 1838 begründeten die Botaniker Matthias Jakob Schleiden und Theodor Schwann diesen neuen Zweig der Biologie. Die Bedeutung dieses Teilge-

178

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

biets wurde schnell erkannt, was sich zum Beispiel in der 1861 von Max Schultze gegebenen Zelldefinition widerspiegelt: „Die Zelle ist ein mit den Eigenschaften des Lebens begabtes Klümpchen Protoplasma, in welchem ein Zellkern liegt.“ In dem Unterprogramm Organismen | Tierische Zelle können Sie über die wichtigsten Bestandteile einer tierischen Zelle Informationen erhalten. Wählen Sie dazu einen der zehn Schalter, so zeigt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 einen Beschreibungstext.

Das vollständige Fenster können Sie über den entsprechenden Menüpunkt ausdrucken. Haben Sie die Absicht, diesen Text für eigene Ausarbeitungen weiter zu verwenden, so können Sie die Zwischenablage von Windows nutzen. Markieren Sie mit einem linken Mausklick die Anfangsstelle des Textes und bewegen Sie die Maus (Taste festhalten) zum Ende des Textabschnitts. Windows markiert dabei den Abschnitt farbig. Mittels Tastenkombination S+*kopieren Sie den Text in die Zwischenablage und können diesen in Ihrer Zielanwendung einfügen. WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

179

6.5

Mitose, Meiose

Grundlage des Wachstums und der Fortpflanzung fast aller Organismen ist die ständige Vermehrung von Körperzellen. Dabei existieren zwei grundlegende Prozesse, die Mitose (Reduktionsteilung) und die Meiose (Reifeteilung). Im Teilprogramm Organismen | Mitose, Meiose werden Ihnen die grundlegenden Vorgänge dieser beiden Prozesse demonstriert. Mitose Als Mitose wird in der Biologie im Allgemeinen der Prozess der Kern- und Zellteilung polipotenter, noch nicht vollständig ausdifferenzierter Zellen bezeichnet. Bei einigen Zelltypen kann dabei die eigentliche Teilung der Zelle unterbleiben, wobei es nur zu einer Vervielfältigung des Zellkerns kommt, es entstehen polynucleare Zellen. Im Regelfall vollzieht sich die Mitose in vier Schritten und dient der Zellvermehrung, dem Wachstum sowohl der Zellpopulation als auch des ganzen Organismus und der schrittweisen Differenzierung von omnipotenten (Vorläuferzellen für viele verschiedene Zelltypen; zeitlebens teilbar) zu hochspezialisierten, ausdifferenzierten Zellen (nicht mehr teilbar; optimal an ihre Funktion angepasst). Im ersten Schritt, der Prophase, kondensiert das gesamte Erbgut des Zellkerns durch Aggregation mit verschiedenen Histon-Komplexen und anderen Gerüstproteinen. Damit wird der DNA-Protein-Komplex unter dem Mikroskop in Form von (46; diploid) doppelsträngigen 2-ChromatidChromosomen sichtbar. Die Zentriolen aus dem Zytoplasma trennen sich und beginnen ihre Wanderung zu entgegengesetzten Polen der Zelle. Dabei beginnen sie mit der Anheftung und Organisation der zelleigenen Mikrotubuli zu Spindelfasern. Der oder die Nucleoli des Zellkerns, als Bestandteil des Erbgutes, verliert seine Form und wird mit in die Chromosomen eingearbeitet. Einige Biologen unterscheiden den nun folgenden Zusammenbruch der Zellkernmembranen als eigenständige Prometaphase, obwohl es nicht falsch ist, diesen Schritt mit zur Prophase zu rechnen.

180

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Von links nach rechts: Prophase, Metaphase, Anaphase, Telophase / Cytokinese

In der anschließenden Metaphase nehmen die Zentriolen über die gebildeten Spindelfasern Kontakt mit den nun im Zytoplasma schwimmenden Chromosomen auf. Dabei heftet sich je eine Faser von jedem der beiden Zentriolen an das Zentromer eines jeden Chromosoms. Als Zentromere werden die Bereiche der 2-Chromatid-Chromosomen bezeichnet, an denen beide Chromatiden miteinander verknüpft sind. Durch Kontraktion der Mikrotubulieinheiten der Spindelfasern üben die Zentriolen einen Zug von zwei Seiten auf jedes der 46 Chromosomen aus, die sich unter der gerichteten Krafteinwirkung in der Zelläquatorebene versammeln. Teilungsschritt Nummer drei ist die Anaphase, die durch die Trennung der Schwesterchromatiden jedes Chromosoms gekennzeichnet ist. Dabei wird die Zentromerregion jedes Chromosoms gespalten und durch das zelleigene Enzymsystem wieder repliziert. Da nun auf jedes Chromatid nur noch die Zugkraft eines Zentriols einwirkt, beginnen die nun 1Chromatid-Chromosomen ihre Wanderung zu den entgegengesetzten Zellpolen. In der abschließenden Telophase beginnt das Zellskelett mit der Einschnürung der nun Mutterzelle in der Äquatorialebene. Die neuen Kernmembranen werden um beide Chromosomenhaufen ausgebildet, deren Chromatin bereits dekondensiert, d.h. die sichtbare, kompakte Form verliert, und mit der Synthese der ersten wichtigen RNA-Fragmente beginnt. Die Nucleoli werden wieder sichtbar und beginnen mit der rRNASynthese. Als Cytokinese bezeichnet man die endgültige Durchschnürung der Mutterzelle unter Ausbildung zweier Tochterzellen, wobei sämtliche Zellorganellen per Zufall auf die beiden verteilt werden. Dabei ist zu beachten, dass die Tochterzellen noch immer einen diploiden! Chromosomensatz aufweisen, jetzt eben nur noch einzelsträngig. WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

181

Meiose Als zweite wichtige Form der Zellteilung kennt man die Meiose, die Reifeteilung der Keimbahnzellen sowohl beim Mann als auch bei der Frau. Prinzipieller Unterschied zur Mitose ist der Ablauf zweier kompletter Teilungszyklen ohne zwischengeschaltete DNA-Verdoppelung. Dabei wird in der ersten Teilung aus dem diploiden 2-Chromatid-Chromosomensatz ein haploider 2-Chromatiden-Satz, der in der zweiten Teilung (die identisch wie die Mitose abläuft) zu einem haploiden 1Chromatid-Bestand reduziert wird. Es entstehen also vier Tochterzellen, die alle nur noch einen einfachen (griech. haplo = einfach) Chromosomensatz in einfacher Ausführung (nur ein Chromatid) besitzen. Zur Weitervermehrung der Tochterzellen wird nun ein zweiter Chromosomensatz benötigt, der im Allgemeinen von den Keimzellen des anderen Geschlechtspartners geliefert wird. Wie oben bereits erwähnt, verläuft die zweite Reifeteilung, die so genannte Äquationsteilung, in jedem Schritt wie die Mitose der übrigen Körperzellen. Für die erste Reifeteilung, die Reduktionsteilung, trifft dies nur in beschränktem Umfang zu, da hier in der Prophase erhebliche Unterschiede bestehen. Der Biologe unterteilt diese erste Phase in fünf einzelne Stufen, die durch besondere Ereignisse gekennzeichnet sind.

182

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Im Leptotän kondensiert das Chromatin und wird in Form von 2Chromatid-Chromosomen sichtbar. Die Enden der einzelnen Chromatide heften sich daraufhin an die innere Kernmembran, man spricht vom Bukett-Stadium. Durch die Wanderung der Chromosomenenden in der Membran finden sie ihr homologes Äquivalent und heften sich mit ihm zu so genannten Tetraden (2 Chromosomen mit je 2 Chromatiden) zusammen. Diesen Vorgang bezeichnet man als Synapsis oder auch Zygotän. Das nun folgende Pachytän stellt den wichtigsten Schritt in der Entwicklung der Keimzellen, das Crossing-over. Dabei werden Verknüpfungen zwischen identischen Abschnitten beider homologer Chromosomen ausgebildet, die im Diplotän bei der Trennung der Tetraden als Chiasmata sichtbar werden. In der letzten Stufe, der Diakinese, lösen sich die Kernmembranen auf und die Chromatiden jedes Chromosoms rücken ein wenig auseinander. Nun folgen wie in der Mitose die Metaphase, Anaphase und Telophase. Durch die Ausbildung der Chiasmata kann es bei der Trennung der homologen Chromosomen in der Anaphase zum Austausch von genetischem Material zwischen väterlichen und mütterlichen Chromosomen kommen. Dies wird als eine der wichtigsten Ursachen für die Weiterentwicklung und Evolution der Arten angesehen. Anmerkung: Nur bei der männlichen Reifeteilung werden vier identische Keimzellen ausgebildet. Bei der weiblichen Reifeteilung bildet sich durch eine Ungleichverteilung des Zytoplasmas auf die Tochterzellen nur eine einzige Keimzelle und drei absterbende Polkörper. Während die Samenzellen des Mannes außerdem bei ihrer Entwicklung in einem Zuge beide Reifungsteilungen absolvieren, stoppen die weiblichen Oozyten im Diplotän der Reduktionsteilung und setzen die Meiose erst beim Einsetzen des Eisprungs weiter fort. Ein zweiter Stopp wird nach dem Abschluss der Prophase der Äquationsteilung eingelegt, der nur bei einer erfolgreichen Befruchtung beendet wird. Andernfalls wird die unreife Oozyte abgestoßen und stirbt ab. Auf Grund des langen Verharrens der Eizellen im Diplotän kann es besonders bei älteren Frauen zu Gendefekten und Fehlverknüpfungen in den Chiasmata kommen. Daher steigt die Wahrscheinlichkeit einer Fehlgeburt ab dem 40. Lebensalter der Frau rapide an.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

183

Möchten Sie nun die beiden Zellteilungsprozesse an Originalaufnahmen nachvollziehen, so können Sie an dem Rollbalken die einzelnen Phasen einstellen. Markieren Sie das Schaltfeld Simulation, so spielt WinFunktion – Chemie & Biologie in einer Endlosschleife die Abbildungen ab. Die laufende Darstellung beenden Sie durch Entfernen der Markierung.

6.6

Wirbeltier-Organe

Die vergleichende Anatomie befasst sich mit der Untersuchung von heute lebenden und fossilen Organismen. Aus gemeinsamen oder unterschiedlichen Merkmalen kann man auf den Verwandtschaftsgrad von Organismengruppen und auf gemeinsame Vorfahren schließen. Im Teilprogramm Organismen | Wirbeltier-Organe haben Sie die Möglichkeit, einfache Vergleiche von Gliedmaßenskeletten und Gehirnen von Wirbeltieren durchzuführen.

184

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Wählen Sie dazu zuerst an den zwei Markierungsfeldern, ob Sie den Aufbau der Gliedmaßen oder der Gehirne vergleichen möchten. Gehirnaufbau Das Gehirn der Wirbeltiere besteht aus fünf Abschnitten: Nachhirn (verlängertes Mark), Kleinhirn, Mittelhirn, Zwischenhirn und Vorderhirn. Diese üben verschiedene Funktionen aus. Von allen Gehirnabschnitten hat das Nachhirn seinen Aufbau und seine Funktion am wenigsten geändert; es reguliert bei allen Wirbeltieren die grundlegenden Funktionen des Körpers wie Atmung und Blutkreislauf. Wählen Sie in beiden Listen je eine Tiergruppe aus, so können Sie aber feststellen, dass andere Abschnitte deutliche Veränderungen erfuhren. Fische, welche beim Schwimmen schnelle Bewegungen ausführen, haben so ein stark ausgebildetes Kleinhirn, welches die Koordinierung der Bewegungsorgane regelt. Bei Vögeln ist zusätzlich das Vorderhirn besonders entwickelt, da diese nicht nur schnelle, sondern auch komplizierte Bewegungen ausführen. Das Gehirn der Säugetiere, den am höchsten entwickelten Wirbeltieren, ist durch eine besondere Entwicklung des Vorderhirns, insbesondere der Hirnrinde, gekennzeichnet. Dabei sind die Unterschiede zwischen niederen und höheren Säugetieren sehr groß. Besonders stark ist die Hirnrinde beim Menschen ausgebildet. Gliedmaßenskelette Die Vordergliedmaßen verschiedener Wirbeltiere haben sehr unterschiedliche Funktionen, z.B. Kriechen, Fliegen, Laufen, Arbeiten. Sie bestehen aber alle aus einander entsprechenden Knochen: aus einem Oberarmknochen, zwei Unterarmknochen und den Handknochen. Die Gliedmaßenskelette aller rezenten Landwirbeltiere zeigen den gleichen Bau, sodass man schlussfolgern kann, dass diese Tiere und der Mensch von gemeinsamen Vorfahren abstammen. Aber selbst bei Wal oder flugfähigen Organismen wie Flugsaurier, Vogel oder Fledermaus sind die typischen Knochen ausgebildet, wenngleich verschiedene Knochen besonders ausgebildet sind. Bei den Walen sind die Gliedmaßen äußerlich zwar flossenähnlich, ihr Skelett stimmt jedoch mit dem der land- und luftlebenden Wirbeltiere überein.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

185

Zum Vergleich der Vordergliedmaßen wählen Sie einfach die Sie interessierenden Lebewesen in der rechten Liste aus.

6.7

Pflanzliche Zelle

Das Unterprogramm Organismen | Pflanzliche Zelle ergänzt das Unterprogramm zu tierischen Zellen. Hier erhalten Sie Informationen zu den wesentlichsten Bestandteilen einer pflanzlichen Zelle. U.a. finden Sie eine Erklärung der Plastiden, welche im Cytoplasma aller Zellen autotroph lebender Pflanzen vorkommen. Diese Zellorganellen, die aus Eiweißstoffen aufgebaut und von einer Doppelmembran umhüllt sind, dienen hauptsächlich der Photosynthese. Ihre Form und Anzahl je Zelle ist bei den verschiedenen Pflanzengruppen unterschiedlich. Plastidenfrei sind die Zellen der Pilze, der Blaualgen und der photoautotrophen Bakterien. Nach dem Vorhandensein oder Fehlen von Farbstoffen werden die Plastiden in drei Hauptgruppen eingeteilt: u

Chloroplasten (Blattgrünkörnchen): In allen grünen Pflanzen sind sie vorhanden. Entsprechend der den verschiedenen Pflanzen zur Verfügung stehenden und der von ihnen hauptsächlich genutzten Lichtqualität (Wellenlänge) sind grüne (Chloroplasten), braune (Phaeoplasten) und rote (Rhodoplasten) Chromatophoren ausgebildet. Alle enthalten Chlorophyll und je nach Zugehörigkeit zu den einzelnen Pflanzengruppen weitere Assimilationsfarbstoffe. Das Blattgrün (Chlorophyll) ist der wichtigste bei der Photosynthese wirksame Farbstoff.

u

Leukoplasten: Die Leukoplasten haben meist Speicherfunktionen. Sie enthalten keine Farbstoffe und kommen besonders in Pflanzenteilen vor, die nicht dem Licht ausgesetzt sind, z.B. in Wurzeln und in verschiedenen Speicherorganen.

u

Chromoplasten: Den Chromoplasten fehlt Chlorophyll. Deshalb sind sie photosynthetisch inaktiv. Sie haben sehr verschiedene Formen, enthalten Karotinoide und bedingen die Gelb- bis Rotfärbung zahlreicher Blüten und Früchte. Aber auch in Wurzeln, z.B. Möhrenwurzeln kommen, sie vor. Die Chromoplasten stellen umgebildete Chloroplasten dar.

186

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Erklärung der Plastiden pflanzlicher Zellen

6.8

Gebirgspflanzen

Urlaub im Gebirge wird für viele Menschen von Jahr zu Jahr attraktiver. Zum einen fliehen viele vor dem täglichen Stress in die Ruhe und Abgeschiedenheit der Berge, zum anderen bieten sich im Gebirge vielfältige Gelegenheiten zur aktiven Erholung, zum Wandern, für Geübte zum Bergsteigen usw. Besonders interessant und ansprechend ist im Frühling und Sommer die Pflanzenwelt der Berge. Blühende Alpenrosenwiesen üben einen besonderen Reiz aus und gehören mit zu den schönsten Eindrücken, welche die alpine Flora bietet. Bei einer Wanderung über Bergwiesen findet man aber außer den geläufigen Pflanzen, wie z.B. Löwenzahn, Alpenrosen, Enzian und (sehr, sehr selten!) Edelweiß, auch andere, weniger bekannte, aber dennoch interessante Pflanzen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

187

Das Teilprogramm Organismen | Gebirgspflanzen gibt einen ersten Überblick über die in den europäischen Gebirgen vorwiegend den Alpen vorkommenden Pflanzen. In der Liste Pflanzen finden Sie eine Aufstellung in großer Höhe anzutreffender Pflanzen. Klicken Sie auf einen Eintrag, zeigt WinFunktion, wenn in der Datenbank vorhanden, eine Abbildung des Organismus. An den zwei Rollbalken Höhe von und Höhe bis können Sie einen Bereich einstellen, für den das Programm die in diesen Höhen über NN vorkommenden Pflanzen auswählt. Diese trägt WinFunktion in die obere Liste ein.

Im Beispiel finden Sie ab 2480 m Höhe über dem Meeresspiegel außer Löwenzahn auch die Frühlings-Miere, das Stengellose Leimkraut oder aber Silberwurz. Am höchsten „klettert“ das Alpen-Hornkraut, welches noch in 2700 m Höhe zu finden ist. Hinweis: Die Höhenangaben sind Näherungen, d.h., je nach geografischer Lage und meteorologischen Bedingungen kann die eine oder andere Pflanze auch in etwas größerer Höhe anzutreffen sein als angegeben. Insbe-

188

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

sondere in Alpengärten, z.B. auf der Villacher Höhe, gelingt es, Pflanzen anzusiedeln, welche eigentlich nicht mehr in dem Bereich auftreten.

6.9

Fortbewegung von Tieren

Einer der offensichtlichsten Unterschiede zwischen Tieren und Pflanzen ist, dass Tiere im Allgemeinen ihren Ort selbstständig ändern können. Tiere laufen, kriechen, krabbeln, fliegen, schwimmen, hüpfen usw. Das Teilprogramm Organismen | Fortbewegung von Tieren gibt Ihnen kleine Simulationen dieser typischen Bewegung von verschiedenen Tieren, z.B. eines Kängurus, eines Rentiers oder einer Katze. In der Liste Auswahl der Bewegung finden Sie acht Einträge, welche Sie durch einen Mausklick zu- und abschalten können. Haben Sie wenigstens ein Tier gewählt und betätigen den Schalter Start, zeigt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 in einer kleinen Simulation die typische Bewegung des gewählten Tiers.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

189

Die Geschwindigkeit der Darstellung regeln Sie über den Rollbalken Verzögerung. Abbrechen können Sie wieder mit ESC. Der Schalter Nächste Bewegungsphase bewirkt bei allen acht Darstellungen die Anzeige der nächsten Sequenz. Damit können Sie die einzelnen Bewegungsphasen schrittweise nachvollziehen.

Zum Beispiel beinhaltet das Programm für die Bewegung der Katze diese neuen Bewegungsphasen. Werden diese relativ schnell hintereinander abgespielt, erscheint es dem menschlichen Auge, dass die Bewegung „fließend“ ist.

6.10 Tierreich in Zahlen Im Teilprogramm Organismen | Tierreich in Zahlen finden Sie zwanzig Tabellen mit Zahlenmaterial bzgl. Tieren, u.a. über Längen von Tieren, Wirksamkeit von Schlangengift usw. Insgesamt stehen zur Verfügung: u

Ausgestorbene Wirbeltiere

u

Flügelschlag von Vögeln und Insekten

u

Maximale Geschwindigkeiten der Tiere, Vogelzuggeschwindigkeiten

u

Länge von Vogelzugstrecken

u

Größe von Fischen, Hunderassen, Amphibien, Reptilien, Säugetieren, Pferden

u

Spannweite von Vögeln

u

Sprungweiten von Tieren

u

Höchstalter der Tiere

u

Größe von Hörnern und Zähnen, Wirbelanzahl

190

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Wirksamkeit von Schlangengift und Tiergift im Allgemeinen

u

Tiefseefauna

Wählen Sie in der Liste Größe einen Fakt aus und bestätigen Sie mit Liste neu anzeigen. Zum Beispiel finden Sie, dass von allen Vögeln der Albatross mit 3,20 m die größte Flügelspannweite hat, einer der kleinsten Vögel, die Hummelelfe, nur 1,6 g Masse hat usw. WinFunktion – Chemie & Biologie zeigt Ihnen im rechten Fensterteil die zugehörigen Daten in alphabetisch sortierter Reihenfolge. Möchten Sie die Daten nach Größe sortiert betrachten, so entfernen Sie die Markierung vom Feld Liste sortieren.

6.11 Expertensystem Das Unterprogramm Organismen | Expertensystem simuliert ein einfaches Expertensystem, d.h. ein Programm, welches selbstständig während des Einsatzes lernen kann. Dabei haben Sie die Möglichkeit, durch die Beantwortung von Alternativfragen ein gedachtes Tier zu erraten.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

191

Nach der Installation von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 kann dieses Teilprogramm „nur“ 60 Tierarten bestimmen, wird aber durch Ihre Eingaben auf Wunsch immer umfangreicher. Gehen Sie wie folgt vor: Nach jedem Neustart müssen Sie beginnend mit der Startfrage Ist das Tier ein Wirbeltier? durch Betätigen der Schalter Ja oder Nein eine Folge von Fragen beantworten. Ist das Programm nach einer ausreichenden Menge von Antworten in der Lage, das gedachte Tier zu bestimmen, erhalten Sie dieses Tier angezeigt. War das Tier in der Datenbank enthalten, müsste das Ergebnis mit dem Gesuchten übereinstimmen. Bestätigen Sie dies mit Ja. Sollte die Bestimmung nicht korrekt sein, so können Sie die Datenbank erweitern. Wählen Sie Nein, erscheint auf dem Bildschirm ein Eingabefenster.

In dieses tragen Sie nun eine Alternativfrage ein, welche das angezeigte Ergebnis von Ihrem gedachten Tier eindeutig unterscheidet. Danach tragen Sie den Namen des gesuchten Tiers ein sowie welches der beiden Tiere mit einer bejahenden Beantwortung der Frage gefunden werden soll. Quittieren Sie alle Eingaben mit Ü bzw. Speichern, trägt WinFunktion alle Eingaben in die Datenbank ein. Bei einem Test mit den gleichen Antworten werden Sie auf Ihre Frage treffen, welche von nun an verfügbar ist. Damit können Sie dieses Programm selbstständig „anlernen“. Mit jeder weiteren Frage wird dieses kleine Expertensystem intelligenter. Beenden Sie dieses Unterprogramm, werden Sie gefragt, ob die geänderte Datenbank dauerhaft auf Ihrer Festplatte gespeichert werden soll. Bestätigen Sie mit Ja, sind bei einem Neustart alle Erweiterungen verfügbar. Wählen Sie Nein, gehen die in dieser Sitzung gemachten Eingaben wieder verloren. Möchten Sie eine völlig neue Datenbank anlegen, wählen Sie den Menüpunkt Neustart.

192

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

7

Mensch

Unter dem Menüpunkt Mensch finden Sie Teilprogramme, die sich mit dem menschlichen Körper (Anatomie) und verschiedenen Vorgängen in unserem Körper (z.B. dem Sehvorgang) beschäftigen.

7.1

Anatomie / Aufbau des menschlichen Körpers

Die Anatomie (griechisch anatome = Sektion) ist ein Teilgebiet der Medizin und Naturwissenschaft, das sich mit dem Körperbau der Lebewesen beschäftigt. Die ersten Anfänge der Anatomie reichen mehrere Tausend Jahre zurück. Anfänglich wurden Erkenntnisse nur aus dem Sezieren von Tieren und Pflanzen gewonnen. Der menschliche Körper war tabu, altägyptische Kenntnisse gingen im Laufe der Zeit wieder verloren. Als Erste sezierten die griechischen Wissenschaftler Heriphilos und Erasistratos Leichen. Dabei fanden sie erste Körperfunktionen (Nervensystem, Muskeln). Jahrhundertelang wurden die anatomischen Bücher praktisch nur abgeschrieben. Erst 1543 begründete der belgische Mediziner Vesalius die anatomische Forschung neu. Mit der Entwicklung des Mikroskops erreichte die Anatomie im 17. Jahrhundert einen Höhepunkt. Weitere bedeutende Wissenschaftler waren Cuvier (vergleichende Anatomie) und Morgnani (pathologische Anatomie). Die heutige Anatomie bedient sich modernster Methoden, wie Computertomographie, Kernspinresonanzverfahren oder Ultraschalldarstellung. Alle Funktionen des menschlichen Körpers beruhen auf dem Zusammenwirken einer Reihe verschiedenartigster Organsysteme. So setzt sich das Skelett eines Menschen aus über 200 Knochen zusammen. Diese sind durch Bänder miteinander verbunden. Die Bewegungen des Skeletts werden durch die Kontraktion der Skelettmuskeln, die über Sehnen mit den Knochen verbunden sind, bewirkt. Und die Muskelkontraktion wird wiederum vom Nervensystem gesteuert. In den Unterprogrammen Mensch | Blutkreislauf bis ... Genitalsystem (weibl.) von WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 können Sie sich

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

193

über die Lage der wichtigsten Teile des menschlichen Körpers informieren. Dabei gibt das Programm Auskunft über Bestandteile unseres u

Blutkreislaufs

u

Skelettsystems

u

Muskelsystems

u

Nervensystems

u

Verdauungssystems

u

Drüsen- und Harnsystems

u

Genitalsystems (weiblich und männlich)

Markieren Sie jeweils in der linken Listbox eines der aufgenommenen Objekte. WinFunktion – Chemie & Biologie kennzeichnet sofort in der Zeichnung die entsprechende Stelle. Haben Sie das Feld Automatikrollen markiert, wird die Darstellung gegebenenfalls so verschoben, dass das betreffende Teil sichtbar wird.

194

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Bei gewähltem Feld Textausgabe trägt das Programm in die Darstellung zusätzlich den Begriff ein. Möchten Sie alle in der Liste enthaltenen Teile markieren, wählen Sie Alle markieren. Klicken Sie nun mit der Maus auf einen der dargestellten Kreise, zeigt Ihnen WinFunktion an, um welchen Bestandteil des Körpers es sich handelt. Da die Abbildungen im Allgemeinen größer sind als die Fensterhöhe, wird nur ein Teil dargestellt. Mithilfe der Rollbalken im rechten Teil des Fensters können Sie den angezeigten Teil verschieben. Beachten Sie aber, dass bei markiertem Feld Automatikrollen WinFunktion stets versucht, das in der Liste ausgewählte Objekt in der Mitte der Darstellung zu platzieren.

7.2

Histologie

Die Histologie ist die Wissenschaft vom mikroskopischen Aufbau des tierischen und pflanzlichen Gewebes. Jedes Gewebe besteht aus ähnlich aufgebauten Zellen, die untereinander in Verbindung stehen und gemeinsam eine bestimmte biologische Aufgabe erfüllen. Wertvolle Hinweise über Krankheiten erhält der Arzt durch eine Biopsie; histologische Untersuchungen nach einer Autopsie liefern dagegen Aufschlüsse über Gewebeveränderungen, die zum Tod geführt haben. Erst mit dem 19. Jahrhundert erhielt die Histologie die heutige Bedeutung. Nach modernen Änderungen am klassischen Lichtteleskop, werden heute auch Elektronenmikroskope eingesetzt. Das Teilprogramm Mensch | Histologie enthält über 80 Fotos vom Zellgewebe des menschlichen Körpers. Zur Anzeige wählen Sie in der rechten Liste einen Eintrag aus. Erneut können Sie auch über die beiden Schalter oberhalb der Liste oder mit den Cursor-Tasten vorwärts und rückwärts schalten.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

195

Abbildung: Gewebe aus der menschlichen Hypophyse (Hirnanhangdrüse)

7.3

Bildentstehung am Auge

Das menschliche Auge, vielleicht unser wichtigstes Sinnesorgan, hat einen Durchmesser von etwa 24 mm. Der kugelige Augapfel ist in die Augenhöhle eingebettet, die von Stirnbein, Jochbein und Oberkieferknochen gebildet wird. Er umschließt die mit Kammerwasser gefüllte vordere und hintere Augenkammer sowie den Glaskörper. Der Augapfel wird von der Lederhaut, Aderhaut und Netzhaut ausgekleidet. Die aus derbem Bindegewebe bestehende Lederhaut bildet die äußerste Schicht. Sie geht im vorderen Teil des Auges in die durchsichtige Hornhaut über. Die Hornhaut richtet als Sammellinse die Lichtfülle, die die Augenoberfläche trifft, nach innen und hilft, sie zu ordnen, sodass auf der Netzhaut ein scharfes Bild entstehen kann.

196

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Der Menüpunkt Mensch | Bildentstehung am Auge simuliert Ihnen den Sehvorgang am menschlichen Auge. Dabei werden in einer einfachen Skizze die wichtigsten Teile des Auges dargestellt und das Bild eines Gegenstandes (Apfel) über den Verlauf von zwei Lichtstrahlen auf der Netzhaut erzeugt. Verändern Sie die Gegenstandsweite des Apfels, verändert WinFunktion – Chemie & Biologie die Krümmung der Augenlinse und erzeugt entsprechend ein größeres oder kleineres Bild.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

197

Durch krankhafte oder altersbedingte Veränderungen des Auges besitzen nur wenige Menschen die Fähigkeit, ohne optische Hilfsmittel korrekt zu sehen. Neben der Normalsichtigkeit tritt vor allem Kurz- und Weitsichtigkeit auf. Zur Veranschaulichung können Sie an den Schaltfeldern kurz- oder weitsichtige Sehqualität einstellen. Dabei wird das Bild vor oder erst hinter der Netzhaut scharf abgebildet, sodass der Mensch ein unscharfes Bild erkennen würde. Markieren Sie Sichtkorrektur, schaltet das Programm eine konvexe oder konkave Korrekturlinse (Brille) in den Strahlengang ein, wodurch der Sehfehler korrigiert wird.

7.4

Augenfehler

Während im vorhergehenden Teilprogramm der prinzipielle Sehvorgang kurz erläutert wurde, finden Sie unter Mensch | Augenfehler die drei typischsten beim Menschen auftretenden Sehfehler. Diese sind u

Kurzsichtigkeit, Myopie

u

Weitsichtigkeit, Hyperopie

u

Alterssichtigkeit, Presbyopie

Die Ursache für die ersten beiden Sehfehler liegt in einer Veränderung des Augapfels. Alterssichtigkeit ist in der im Alter nachlassenden Elastizität der Augenlinse begründet. Nach dem Teilprogrammstart sehen Sie im linken Teil die Abbildungen, welche verschwommen, eben mit einem Augenfehler, wahrgenommen werden. Markieren Sie die Simulation, schaltet das Programm entsprechend des Augenproblems eine konvexe bzw. konkave Linse in den Strahlengang. Die Abbildungen sind nun scharf zu sehen.

198

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

7.5

Farbwahrnehmung

Obwohl das menschliche Auge das wichtigste Sinnesorgan des Menschen darstellt, ist es doch in seiner Leistungsfähigkeit etwas begrenzt und kann sich mit den Augen einiger Tiere nicht messen. Insbesondere die Wahrnehmung der Farben ist begrenzt. Nach der Theorie des Farbensehens von Young (1773-1829) und von Helmholtz (18211894) wird diese Dreikomponententheorie oder Theorie des trichromatischen Sehens genannt. Dabei befinden sich in der Netzhaut des menschlichen Auges drei Typen von Zapfen, welche für unterschiedliche Frequenzen des Lichts empfindlich sind. Die maximale Empfindlichkeit ergibt sich für u

Blauviolettrezeptor bei 450 nm

u

Grünrezeptor bei 530 nm und

u

Rotrezeptor bei 570 nm

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

199

Trifft Licht nun auf die Netzhaut, werden diese Rezeptoren unterschiedlich stark gereizt und diese Reize im Gehirn zu dem Farbeneindruck „gemixt“. Einheitlich gefärbte Flächen kann der Mensch sehr gut unterscheiden. Wird die Fläche aber mit einem Raster von zwei verschiedenen Farbpunkten überzogen, tritt der Effekt ein, dass man bei hinreichend kleinen Punkten die zwei verwendeten Farben nicht mehr exakt trennen kann und eine Mischfarbe wahrnimmt. Dieser Effekt wird z.B. beim Druck von Fotos und Abbildungen in Zeitungen und Zeitschriften verwendet, wo diese Abbildungen aus sehr kleinen Punkten der drei Grundfarben Rot, Grün und Blau zusammengesetzt werden. Dieses Verfahren wird ebenso bei der Erzeugung des farbigen Fernsehbilds oder bei einem Computer-Farbdrucker verwendet.

Im Teilprogramm Mensch | Farbwahrnehmung können Sie die Wahrnehmung der Mischfarbe testen. Wählen Sie zuerst eine der neun Farbkombinationen aus. Verringern Sie nun schrittweise die Größe der Farbpunkte von 12 Punkten Durchmesser auf 1 Punkt, so tritt der Effekt ein, dass ab einer bestimmten Punktgröße die mittlere Fläche zwar noch aus Farbpunkten zusammengesetzt wahrgenommen wird, aber nun in

200

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

der Mischfarbe erscheint. Die auftretende Farbmischung ist additiv (siehe nachfolgendes Teilprogramm Mensch | Farbmischung).

7.6

Farbmischung

Angeregt von der Newtonschen Entdeckung der spektralen Zerlegung von weißem Licht beschäftigte sich Goethe intensiv mit der Optik und veröffentlichte seine Farbenlehre. Nach seiner Theorie entstehen Farben durch Zusammentreffen verschiedener Grade von Helligkeit und Dunkelheit. Kritischen Einwürfen begegnete Goethe energisch: „Es freut mich, dass meine Farbenlehre als Zankapfel die gute Wirkung tut. Meine Gegner schmatzen daran herum, wie Karpfen an einem großen Apfel, den man ihnen in den Teich wirft. Diese Herren mögen sich gebärden wie sie wollen, so bringen sie wenigstens dieses Buch nicht aus der Geschichte der Physik heraus.“ Dennoch. Nach relativ kurzer Zeit war Goethes Theorie „vom Tisch“, denn hier irrte er. Das menschliche Auge empfindet das zeitliche Nacheinander oder das enge räumliche Nebeneinander von verschiedenen Farben als Farbmischung. In diesem Fall addieren sich die Wellenlängen der Einzelfarben. Eine solche Farbmischung wird additiv genannt. Blendet man mittels Filter einzelne Farben aus dem weißen Licht aus, tritt eine subtraktive Farbmischung auf. In dem Teilprogramm Mensch | Farbmischung können Sie beide Farbmischungsmethoden demonstrieren. WinFunktion – Chemie & Biologie bietet Ihnen 230 verschiedene Farben, welche Sie in der Farbpalette sehen können. Beachten Sie, dass Ihr Windows-System mit mindestens 65000 Farben eingerichtet sein muss. Andernfalls können Sie dieses Teilprogramm nur mit Einschränkung benutzen. Die je Mischung verwendeten drei Farben stellen Sie an den Rollbalken ein. In der linken Darstellung werden die Farben additiv verknüpft, rechts subtraktiv. Rechts neben den Rollbalken finden Sie drei Zahlenwerte, welche den Rot-, Grün- und Blauanteil an der jeweils ausgewählten Farbe angegeben. Dabei entspricht der Wert 255 einem 100-prozentigen Anteil. Für einen Wert 0 ist in der dargestellten Farbe die Teilfarbe Rot, Grün oder Blau gar nicht enthalten. WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

201

7.7

Braille-Schrift

Das WinFunktion-Teilprogramm Mensch | Braille-Schrift gibt Ihnen die Möglichkeit, einen maximal 240 Buchstaben langen Text in die BrailleSchrift zu transformieren. Diese heute international anerkannte Blindenschrift wurde 1829 durch den französischen Blindenlehrer Louis Braille (geb. 1809, gest. 1852) geschaffen.

Dabei werden Buchstaben, Ziffern und Sonderzeichen durch sechs erhobene oder vertiefte Punkte gekennzeichnet, welche in zwei Spalten zu je drei Punkten angeordnet sind. Da jeder Punkt entweder erhöht oder vertieft sein kann, kann man somit 26 = 64 verschiedene Zeichen darstellen. Ändern Sie die vorgegebene Eingabezeile, so wandelt WinFunktion den Text sofort in die Blindenschrift um. Umgekehrt können Sie durch einen linken Mausklick auf die sechs möglichen Punkte eines Blindenschriftbuchstabens den Text in Braille-Schrift eintragen. In diesem Fall transformiert das Programm den Text sofort in die „normale“ Schrift. Beach-

202

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

ten Sie bitte, dass nicht jede Kombination der sechs Punkte ein korrektes Zeichen darstellt.

7.8

Nahrungsmittel

In dem Teilprogramm Mensch | Nahrungsmittel können Sie den Nährwert (Energieinhalt) von verschiedenen Nahrungsmitteln ermitteln. In der Liste finden Sie über 150 verschiedene Grundnahrungsmittel. Wählen Sie eines aus und geben Sie in dem Feld Gramm enthalten die Masse ein, berechnet WinFunktion – Chemie & Biologie den Energieinhalt sowohl in Kilojoule (kJ) als auch in der früher üblichen Maßeinheit Kilokalorie (kcal). Die Maßeinheit Kilokalorie entspricht natürlich 1000 Kalorien, sodass auch das durch die Werbung berühmte, atemerfrischende „Bonbon“ nicht 2 Kalorien, sondern 2000 Kalorien = 2 kcal enthält.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

203

Zusätzlich können Sie Ihre Tagesliste zusammenstellen. Ein ausgewähltes Lebensmittel tragen Sie mit dem Schalter Aufnehmen à in diese Liste ein. Einen Listeneintrag entfernen Sie mit dem Schalter ß Entfernen. WinFunktion addiert alle Werte auf und zeigt Ihnen den Gesamtnährwert.

7.9

Alkohol-Spiegel

Volksdroge Nummer 1 ist in Deutschland, Österreich und der Schweiz der Alkohol. Ethanol C H OH, also Alkohol, kommt in Spuren in Früch2 5 ten vor, wird aber in alkoholischen Getränken in großer Konzentration konsumiert. Ethanol wird dabei durch Diffusion schnell resorbiert, sodass die berauschende Wirkung mit nur kurzer Verzögerung auftritt. Obwohl Menschen seit Jahrtausenden Alkohol trinken und dessen Wirkung ein sehr beliebtes Forschungsgebiet ist, kennen wir heute noch nicht den vollen Wirkungsmechanismus. Sicher ist nur, dass Alkohol ähnlich wie Narkotika die Membransysteme von Neuronen beeinflusst. Im Teilprogramm Mensch | Alkohol-Spiegel können Sie den Alkoholspiegel eines Menschen nach dem Konsum von Alkohol annähernd berechnen. Im Organismus wird Ethanol sehr schnell verteilt. Dabei nehmen Muskulatur und Gehirn viel, Fettgewebe und Knochen nur wenig auf. Näherungsweise kann sich Alkohol daher in etwa 70 % des Körpers verteilen. Ermittelt man nun die aufgenommene Alkoholmenge a bei einem Menschen mit einer Masse m, so ergibt sich der Blutspiegel zu

a . 0 .7 * m Angegeben wird der Blutspiegel in Promille. Zum Beispiel führt eine 0,5Liter-Flasche Bier bei einem 70 kg schweren Menschen zu einem Blutspiegel von

0,5 * 4Vol.% * 0,79 0,7 * 70kg

204

kg l = 0,33 Promille (7,2mM).

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die letale Konzentration des Alkohols im Blut liegt bei durchschnittlich 3,5 Promille (76 mM).

Nach der Eingabe der Körpermasse können Sie in zehn Eingabefeldern die Menge der alkoholischen Getränke eintragen. Bier und Wein werden dabei in Litern angegeben, „höherprozentige“ Getränke in Zentilitern. Klicken Sie auf den Berechnungsschalter, ermittelt das Programm die aufgenommene Alkoholmenge und den Alkoholspiegel in Promille. Im Beispiel ergeben 4 Flaschen Bier und 2 „große“ Doppelkorn eine Alkoholmenge von 87,2 g und bei einem Körpergewicht von 700 N (Masse 70 kg) einen Blutalkoholspiegel von 1,78 Promille. Eine der größten Gefahren des Alkohols liegt im Fahren eines Autos unter Alkoholeinfluss. Dabei wird immer wieder unterschätzt, wie langsam im Körper der Abbau des Alkoholspiegels eigentlich erfolgt. Im Durchschnitt sinkt dieser je Stunde um etwa 0,15 Promille, bei Gelegenheitstrinkern sogar noch langsamer. Immer wieder angebotene „Wunderdrogen“, mit denen der Alkohol viel schneller abgebaut würde, erweisen

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

205

sich stets als sehr preisintensive Mittelchen, die alles bewirken können, nur nicht das Gewünschte. WinFunktion – Chemie & Biologie berechnet nun, wie lange der Körper benötigt, um wieder nüchtern zu werden (Ausnüchterungszeit) bzw. welche Zeit verstreichen muss, um auf einen Wert unter 0,5 Promille bzw. 0,3 Promille zu gelangen. Mit den seit 2001 geltenden neuen Verkehrsregeln ist das Fahren mit einem Blutalkoholspiegel über 0,5 Promille strafbar! Bei mehr als 0,3 Promille gilt man als fahruntüchtig und muss bei einem Unfall ebenfalls mit harter Bestrafung rechnen. Im gezeigten Beispiel müssten mindestens 8 h 30 min bzw. 9 h 30 min vergehen, bis man diese beiden Grenzen erreicht hätte. Unter dem Feld der Masseneingabe haben Sie die Möglichkeit, zusätzlich den Zeitpunkt des Endes der alkoholhaltigen Festlichkeit einzutragen. Voreingestellt ist 22 Uhr. Von dieser Zeit ausgehend ermittelt das Programm, ab welcher Zeit Sie wieder fahrtüchtig sind. Das Ergebnis wird innerhalb der grafischen Darstellung angezeigt. Im Beispiel wäre man erst ab 9 Uhr des nächsten Tages wieder in der Lage, ohne Gefahr für die anderen Verkehrsteilnehmer ein Fahrzeug zu führen. Bei diesem Ergebnis ist zu beachten, dass nach dem letzten Glas noch 60 bis 90 Minuten vergehen, bis der höchste Alkoholspiegel erreicht wird. Erst danach kann der Abbau des Alkohols erfolgen. Neben der unmittelbaren Störung des Nervensystems hat Alkohol auch eine schleichende, aber „garantierte“ Schädigung der Gesundheit zur Folge. Die tägliche Aufnahme von „nur“ 4 Flaschen Bier oder (nicht und!) einer Flasche Rotwein führt bei 50 % der Menschen zu einer Fettleber. Nimmt man sogar mehr als 160 g Alkohol (10 Flaschen Bier) täglich zu sich, ist eine oft tödliche Lebercirrhose vorprogrammiert. Zusätzlich ist Alkohol ein sehr energiereiches „Nahrungsmittel“. Die im Beispiel genannten 4 Bier und 2 Doppelkorn erbringen immerhin 610 kcal! Auch dieser Wert wird berechnet. Hinweis: Natürlich kann man antworten, dass diese Aussagen nur Durchschnittswerte und dazu noch „hoffnungslos übertrieben“ sind. Im Zeitalter der BSE-Hysterie sollte man aber folgendes bedenken. Die Wahrscheinlichkeit, durch infiziertes Rindfleisch an der Creutzfeldt-JakobKrankheit zu sterben, ist wissenschaftlich noch nicht einwandfrei bewiesen und wenn sie überhaupt besteht, so liegt sie höchstens bei 1 : 1 Million. Tägliches Alkoholtrinken von 4 Flaschen Bier führt aber mit

206

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

einer Wahrscheinlichkeit von 1 : 2 (!) zu einer Fettleber. Und dies ist wissenschaftlich exakt bewiesen. Übrigens ist die schädigende Wirkung des Alkohols bei Frauen etwa 20 % höher als bei Männern!

7.10 Lebenserwartung Dass Rauchen gesundheitsschädigend ist, dürfte mittlerweile allgemein bekannt sein. Praktisch ist es nicht mehr vorstellbar, dass es in entwikkelten Industrieländern noch irgendeinen Raucher gibt, der nicht weiß, was er mit dem Rauchen seinem Körper und seinen Mitmenschen antut. In den Vereinigten Staaten wurde mit der Framingham-Studie ein langjähriger Test durchgeführt, bei welchem der Einfluss des regelmäßigen Tabakkonsums und einer vorhandenen Zuckerkrankheit überprüft wurde. Daraus resultiert eine theoretische Abschätzung der Verringerung der durchschnittlichen Lebenserwartung. Das Teilprogramm Mensch | Lebenserwartung enthält die von der Framingham-Studie gefundenen durchschnittlichen Zusammenhänge. Tragen Sie zuerst das Alter der Testperson ein und markieren Sie das Geschlecht. Beachten Sie, dass erst für Personen über 20 Jahre die Studie Ergebnisse liefert. Anschließend tragen Sie, wenn bekannt, den systolischen und diastolischen Blutdruck (zur Erklärung lesen Sie bitte im WinFunktionLexikon) sowie die Cholesterin-Werte ein. Sollten Sie diese nicht kennen, lassen Sie die Zeilen frei. WinFunktion wird Ihnen mittlere Werte berechnen, welche allerdings von denen der untersuchten Person teilweise erheblich abweichen können. Im Übrigen können Sie Ihre persönlichen Werte jederzeit von Ihrem Hausarzt erfragen. Vor der Berechnung müssen Sie nun noch angeben, ob die Person einer der Risikogruppen angehört, d.h. Diabetiker oder Raucher ist. Das Feld Raucher müssen Sie auch markieren, wenn noch bis vor einem Jahr geraucht wurde. Betätigen Sie nun den Schalter Berechnung, wertet WinFunktion Ihre Angaben aus und vergleicht diese mit den Ergebnissen der Framingham-Studie.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

207

In der linken Liste gibt das Programm Ihnen die durchschnittliche Wahrscheinlichkeit für einen Herzinfarkt in den nächsten 20 Lebensjahren an. Sollten Sie Raucher sein, erhalten Sie in der rechten Liste die Werte für den Fall, dass Sie sofort das Rauchen einstellen. Zusätzlich gibt das Programm Zahlen an, welche die Lebenserwartung charakterisieren. Achtung! Wichtig! Die hier berechneten Werte sind Durchschnittswerte, welche sich aus der langjährigen Studie ergeben. Dies bedeutet nicht, dass dies konkret für Sie zutrifft. Bekommen Sie also keine „Panik“, wenn dieses Teilprogramm Ihnen z.B. 5 % Wahrscheinlichkeit für einen Herzinfarkt ausgibt, ändern Sie vielmehr Ihre Lebensweise, hören Sie auf zu rauchen, ernähren Sie sich vernünftig, vermeiden Sie unnötigen Stress, was natürlich leicht gesagt ist; das verändert die Blutdruck- und CholesterinWerte zum Positiven und Ihr Herzinfarkt-Risiko nimmt ab. Andererseits glauben Sie nicht, dass eine vom Programm genannte Lebenserwartung größer als 100 Jahre Ihnen garantiert, dass Sie tatsächlich so alt werden. Da die Studie nur wenige Parameter berücksichtigt, bedeutet dies nur, dass Sie im Großen und Ganzen gesund leben.

208

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

7.11 Gedächtnistest „Im Spiel kann man einen Menschen in einer Stunde besser kennen lernen als im Gespräch in einem Jahr.“ Plato Das Unterprogramm Mensch | Gedächtnistest ist als kleine Unterhaltung für den „gestressten Nutzer“ gedacht, kann aber auch eine echte Herausforderung werden. Getestet wird die Fähigkeit, nur kurze Zeit sichtbare abstrakte Zeichen korrekt aufzunehmen und zu reproduzieren, d.h. also das Kurzzeitgedächtnis in Zusammenwirkung mit der optischen Wahrnehmungsfähigkeit. Wählen Sie zuerst, ob Sie nur Zahlen oder Buchstaben bzw. beide im „Mix“ ausprobieren möchten. Nach dem Betätigen von Start zeigt Ihnen WinFunktion – Chemie & Biologie zuerst eine Ziffer (bzw. einen Buchstaben ...) für einen Bruchteil einer Sekunde an. Danach werden Sie aufgefordert, diese Ziffer einzugeben. Quittieren Sie mit Ü und ist die Antwort richtig, zeigt Ihnen das Programm zwei Ziffern. Ist Ihre Eingabe erneut korrekt, drei Ziffern usw. Dabei wird die Zeit, in welcher die Vorgabe sichtbar ist, schrittweise erhöht. Haben Sie einen Fehler begangen, wird Ihnen das korrekte Ergebnis angezeigt.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

209

Anmerkung: Bei einem Test mit Schülern der 10. und 12. Klasse eines Gymnasiums mit vertiefter Ausbildung in mathematisch-naturwissenschaftlicher Richtung erreichte ein Schüler, 10 Buchstaben und Ziffern korrekt einzugeben. Probieren Sie es selbst; 10 korrekte Zeichen der Zahlen-Buchstaben-Kombination sind eine Glanzleistung!

7.12 Gedächtnistest 2 Während im ersten Gedächtnistest Ihre Fähigkeit, Ziffern- und Buchstabenfolgen zu erkennen, getestet wird, finden Sie unter Mensch | Gedächtnistest 2 ein weiteres Teilprogramm, bei welchem nun die Wahrnehmung und Wiedergabe von Mustern (Abbildungen) getestet wird. Nach dem Programmstart finden Sie einen Schalter Test und eine Kurzbeschreibung des Wahrnehmungstests. Nach Quittieren des Schalters zeigt WinFunktion – Chemie & Biologie Ihnen für einen Bruchteil einer Sekunde (Voreinstellung 0,2 Sekunden) mehrere Muster an.

210

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Danach erscheint auf dem Bildschirm eine Übersicht mit allen 20 verschiedenen Abbildungen. Ihr Auftrag besteht nun darin, mit der Maus jedes der angezeigten Bilder anzuklicken. Wurden z.B., wie in der Abbildung, sieben Muster kurzzeitig eingeblendet, müssen Sie auch sieben Bilder anklicken. WinFunktion prüft nun Ihre Antwort und gibt Ihnen die Anzahl der „Richtigen“ an. Weitere Spielregeln sind: 1.

Bei Start des Teilprogramms ist die Schwierigkeitsstufe 3 voreingestellt.

2.

In der Stufe 3 werden vier Abbildungen gezeigt, in der Stufe 4 genau fünf, in der Stufe 5 genau sechs usw.

3.

Klicken Sie alle angezeigten Bilder richtig an, gelangen Sie in die nächste Spielstufe.

4.

Die höchste Spielstufe ist 7 mit acht Bildern.

5.

Können Sie kein einziges Bild korrekt auswählen, so verringert sich die Spielstufe, die niedrigste Stufe ist 1.

6.

Können Sie nicht alle Abbildungen finden, so bleiben Sie in Ihrer Stufe. Dabei erhöht sich automatisch die Zeit, in welcher die Bilder sichtbar bleiben.

7.

Gelingt Ihnen nun die Erhöhung der Spielstufe, so wird die Anzeigezeit wieder auf den Grundwert eingestellt.

Ziel sollte es sein, die Spielstufe 7 zu erreichen und dort alle acht Bilder exakt zu erkennen. Aber! Dies ist sehr schwer! Wahrscheinlich werden Sie dies nur mit Training schaffen. Sollten Sie allerdings sehr schnell diese Aufgabe erfüllen, können Sie von sich zurecht behaupten, ein visueller Typ zu sein. Insgesamt wählt das Programm aus 20 verschiedenen Abbildungen:

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

211

Da die angezeigten Abbildungen tatsächlich per Zufall ermittelt werden, kann unter Umständen ein Bild auch mehrfach auftreten. Anmerkung: Dieses Teilprogramm wurde nach einer Idee des computerunterstützten Informationsstands in den Technischen Sammlungen der Stadt Dresden gestaltet.

7.13 Biorhythmus Dem Programmautor ist klar, dass dieses Teilprogramm von WinFunktion – Chemie & Biologie bei einigen Nutzern Kopfschütteln hervorrufen wird. Die Theorie des Biorhythmus von Menschen ist wissenschaftlich umstritten und besitzt einen Hauch von Esoterik. Allerdings ist dies nicht mit Astrologie zu vergleichen, da die völlige Sinnlosigkeit astrologischer Aussagen wissenschaftlich bewiesen ist, dagegen die Biorhythmustheorie vielleicht nur fragwürdig ist und kaum zur Verdummung der Menschen (wie die Astrologie!) führt. Dennoch stellt das Unterprogramm Mensch | Biorhythmus zu diesem Thema eine Ergänzung von WinFunktion dar, vielleicht auch als Warnung vor derartigen Theorien.

212

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Die Verfechter des Biorhythmus gehen davon aus, dass vier periodische Zyklen das Leben eines Menschen von der Geburt bis zum Tod begleiten. Dabei treten in regelmäßigen Abständen Phasen der erhöhten Leistungsfähigkeit auf, welche von Abschnitten mit verminderter Lebensqualität abgelöst werden. Zum Beweis werden Beispiele herangezogen, wie z.B., dass am Todestag Ludwig van Beethovens dessen körperlicher Biorhythmus unter dem Nullpunkt lag. Gerade dieser Nachweis über Einzelbeispiele ist wissenschaftlich natürlich nicht exakt. Andererseits konnte in den 70er Jahren in der Schiffswerft von Odessa (Ukraine) die Zahl der Arbeitsunfälle radikal gesenkt werden, als man dazu überging, Arbeiter an deren kritischen Tagen nur für einfache und ungefährliche Arbeiten einzusetzen. Inwieweit allerdings ein rein psychologischer Effekt hier eine Rolle spielte, wurde nicht geklärt. Folgende Biorhythmus-Kurven werden berechnet: u

physischer (körperlicher) Zyklus mit einer Periode von 23 Tagen

u

emotionaler (seelischer) Zyklus mit einer Periode von 28 Tagen

u

intellektueller (geistiger) Zyklus mit einer Periode von 33 Tagen

u

intuitiver Zyklus mit einer Periode von 38 Tagen

Werden diese Zyklen vom Geburtsdatum an berechnet und grafisch veranschaulicht, erhalten Sie vier sinusförmige Kurven, welche periodisch über bzw. unter dem Nullpunkt liegen. Verläuft eine der Kurven im unteren Bereich, soll dies verminderte Leistungsfähigkeit bedeuten, z.B. im physischen Zyklus Müdigkeit, Abgespanntheit, Anfälligkeit gegenüber Krankheiten usw. Als besonders kritisch werden Tage angesehen, an welchen mehrere Kurven gleichzeitig den Nullpunkt kreuzen. Sollten sich drei oder mehr Linien gleichzeitig kreuzen, läge ein besonders kritischer Tag vor. Gerüchten nach stehen Anhänger des Biorhythmus an diesen Tagen gar nicht aus dem Bett auf?! Nach dem Start dieses Unterprogramms geben Sie zuerst das Geburtsdatum der Person ein. Danach stellen Sie an den Rollbalken das gewünschte Anzeigedatum ein und betätigen OK bzw. Datum übernehmen. Daraufhin berechnet WinFunktion – Chemie & Biologie die Kurven und stellt

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

213

diese dar. Markieren Sie das Schaltfeld Allgemeinbefinden, wird die Summe über alle vier Leistungskurven gebildet. Zu Anzeige anderer Tage schalten Sie an den Rollbalken weiter.

Im Beispiel sehen Sie das Biorhythmus-Profil von Albert Einstein am 18.4.1955. An diesem Tag war er zwar physisch „nicht gut drauf“, aber im aufsteigenden Zweig und schon gar nicht an einem kritischen Tag. Interessant wäre zu wissen, wie Biorhythmus-Anhänger dies mit der Theorie vereinbaren. Denn an diesem Tag starb Einstein.

214

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

8

8.1

Datei

Taschenrechner

Während der Arbeit mit diesem Naturwissenschaftsprogramm können einfache Berechnungen anfallen, für die Sie einen Taschenrechner benötigen. Mit dieser Version bietet WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 einen eigenen Rechner für reelle Zahlen an. Sie rufen diesen über den Menüpunkt Datei | Rechner oder aber aus dem Programmmanager bzw. Explorer usw. auf.

Dieser Taschenrechner ermöglicht Ihnen Standardberechnungen an reellen Zahlen im Zahlenbereich von rund 10-4000 bis 104000 und entsprechend den negativen Zahlen. Die Eingabe der Zahlen und Operationen erfolgt über einen Mausklick bzw. die Tastenkürzel der nachfolgenden Tabelle. Die im Rechner enthaltenen Schalter haben folgende Wirkung:

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

215

Schalter

Taste

Beschreibung, Wirkung

0 bis 9

0 bis 9

Zifferntasten

.

. oder ,

Dezimalpunkt (-komma)

±

Vorzeichenwechsel

EXP

Eingabe der abgetrennten Zehnerpotenz

+-*:

+, -, H++, H+. (auch H+7)

Operationstasten

=

Ü

Berechnung

CE

Korrektur der Eingabe

C

Löschen der letzten Rechnung, Reset

M+

Anzeige zum Speicherinhalt addieren

M in

Anzeige in Speicher kopieren

X<>M

Anzeige und Speicherinhalt austauschen

MR

Speicherinhalt ausgeben

( [ ...

Klammer öffnen

... ] )

Klammer schließen

π

p

Kreiszahl π

1/x

r

Berechnung des Reziproken

2

q

Berechnung des Quadrats

x

√x

w

Berechnung der Quadratwurzel

xy

H+p

Berechnung der y.ten Potenz von x

y

Öx

H+w

Berechnung der y.ten Wurzel von x

sin, cos, tan

s, c, t

Trigonometrische Funktionen

arcsin, arccos, arctan

H+s, H+c, H+t

Umkehrfunktionen

lg, ln x

10 , e

Dezimaler und natürlicher Logarithmus x

Exponentialfunktionen

°,rad

H+| Ö

Umschaltung zwischen Grad- und Bogenmaß

OFF

E |

Beenden des Taschenrechners

216

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Folgende Besonderheiten sind zu beachten: Tritt während einer Berechnung ein mathematischer Fehler (Zahlbereichsüberlauf, Division durch Null, undefinierter Funktionswert usw.) auf, schaltet der Rechner auf ein Zwischenergebnis 0 und zeigt unterhalb der Ergebnisanzeige die Ausschrift Fehler. Weiterarbeiten können Sie, indem Sie einen der Schalter C oder CE oder auch eine Zifferntaste betätigen. Befindet sich im internen Speicher eine von Null verschiedene reelle Zahl, so erscheint in der Anzeige ein M. Die Umschaltung zwischen Gradund Bogenmaß für die trigonometrischen Funktionen erfolgt mit dem Schalter °,rad. Je nach Einstellung erscheint in der Anzeige DEG (Gradmaß) oder RAD (Bogenmaß). Zu beachten ist, dass die Umschaltung sofort die aktuelle Anzeige umwandelt. Klammerebenen können Sie theoretisch mehrere Hundert benutzen. Beschränken Sie dies aber auf weniger als 10, um die Übersicht zu behalten. Zur weiteren Erleichterung der Arbeit und vor allem zur Verbindung mit anderen Windows-Programmen haben Sie die Möglichkeit, Zwischenergebnisse in die Zwischenablage zu kopieren bzw. aus dieser heraus einzufügen. Nutzen Sie dazu die Menüpunkte Bearbeiten | Kopieren und Bearbeiten | Einfügen bzw. die Tastenkombinationen S+* für das Kopieren und H+* für das Einfügen des Zahlenwerts. Beachten Sie bitte, dass WinFunktion das Zwischenergebnis als Zeichenkette kopiert und einfügt. Damit können Sie Werte z.B. direkt in Textverarbeitungen einfügen. Menüpunkt

Wirkung

Ende

Beendet den Taschenrechner

Bearbeiten | Kopieren

Kopiert die aktuelle Anzeige als Zeichenfolge in die Zwischenablage

Bearbeiten | Einfügen

Fügt den Text der Zwischenablage als Zahlenwert in die Rechnung ein

?

Zu- und Abschalten der Kurzhilfe

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

217

8.2

Maßeinheiten

„Der wichtigste Schritt für den Fortschritt einer jeden Wissenschaft ist das Messen von Größen.“ James Clerk Maxwell Das Umwandeln von Maßeinheiten gehört, obwohl eigentlich relativ einfach, zu den mühevollen und oft fehlerbehafteten Arbeiten mit physikalischen Größen. In dem Unterprogramm Datei | Maßeinheiten können Sie Maßeinheiten und Größen ineinander umwandeln. Nach dem Start wählen Sie einen der zwanzig farbigen Schalter aus. Diese rufen Listen von Maßeinheiten folgender physikalischer Größen auf (von links nach rechts):

u

Masse, Länge, Zeit, Fläche, Energie, Kraft, Winkel, Volumen, Druck, Geschwindigkeit, Leistung, Beschleunigung, Vorsilben, Leuchtdichte, Datengröße (Computer), Stromstärke, Spannung, Konzentration, Frequenz, Zählmaße

Zur Umwandlung einer Einheit in eine andere markieren Sie links die Ausgangsgröße, in der rechten Liste die Zielgröße. Oberhalb beider Listen zeigt WinFunktion – Chemie & Biologie den Umrechnungsfaktor an. Tragen Sie unter Wert eine Zahl ein, ermittelt das Programm automatisch das Ergebnis in der anderen Maßeinheit. Dabei werden hier unter „Maßeinheit“ neben korrekten physikalischen Maßeinheiten (SI-Einheiten und veraltete Einheiten) auch konkrete Werte aus der Natur verstanden. Zum Beispiel können Sie unter dem Punkt Energie berechnen, wie viel Joule das menschliche Herz durchschnittlich je Herzschlag an Arbeit leistet. Insgesamt enthält WinFunktion für alle 20 physikalischen Größen über 1000 Einheiten. Damit sind über 108000 verschiedene Umwandlungen möglich.

218

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Im Beispiel erhalten Sie, dass 1 Erdmondmasse = 8.1027 * 1019 US-amerikanische Short Tonnen beträgt.

In den Listen finden Sie neben SI-Einheiten auch alte, teilweise nicht mehr gebräuchliche Einheiten sowie konkrete konstante Größen, z.B. eben die Erdmondmasse, die Elektronenmasse, die Masse eines Flusspferds usw. Erweiterung der Listen Die Listen der Maßeinheiten und der konkreten Werte aus Natur, Wissenschaft und Technik können Sie wieder erweitern bzw. auf Wunsch auch Werte löschen und verändern. Wählen Sie dazu in dem Unterprogramm Maßeinheiten den Menüpunkt Bibliothek. WinFunktion zeigt Ihnen dabei stets die Liste der aktuell gewählten Maßeinheiten an. Wollen Sie also eine Maßeinheit der Länge ergänzen, müssen Sie zuvor den Schalter Länge betätigt haben. Tragen Sie Ihre neue Maßeinheit sowie ein bekanntes Verhältnis zwischen dieser und einer anderen schon in der Liste enthaltenen Maßein-

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

219

heit ein. Nach quittieren mit Neu übernimmt WinFunktion Ihre Eingabe. Eine in der Listbox gewählte Einheit entfernen Sie – ohne Nachfrage durch das Programm – mit Löschen. Im Beispiel soll eine neue Einheit der Masse in die Bibliothek aufgenommen werden. Zuerst wird im Unterprogramm der Schalter Masse und anschließend der Menüpunkt Bibliothek gewählt. In die Eingabezeilen werden nun eingetragen: u

Unter Neue Maßeinheit die Bezeichnung Tonne (lton) (GBR). Dabei sollten Sie beachten, dass es zu keiner Doppelbenennung kommt.

u

Unter Einheiten und entsprechen ... Einheit von ist das Verhältnis der Maßeinheiten festzulegen. Da 1 lton = 1016.1 kg gilt, tragen Sie diese Werte ein.

u

In der Liste ist zusätzlich die Zielmaßeinheit zu markieren, d.h. also in diesem Beispiel Kilogramm (kg).

Anschließend bestätigen Sie Ihre Werte mit dem Schalter Neu. Schließen Sie den Dialog über Abbruch, finden Sie nun die neue Maßeinheit in Ihren Auswahllisten.

220

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

8.3

Kalender

Kalender bieten Gelegenheit zu einfachen, aber aufwändigen Berechnungen. Insbesondere die Bestimmung der veränderlichen Feiertage erfordert mehrere Überlegungen. Auf den ersten Blick hat ein Kalender für chemische oder biologische Fragen weniger Bedeutung. Dies täuscht aber, da praktisch für jede Wissenschaft die Notwendigkeit besteht, sich in der Zeit zu orientieren. Außerdem enthält dieses Teilprogramm die Möglichkeit, an verschiedenen Tagen des Jahres bedeutende Chemiker und Biologen zu würdigen (siehe weiter unten). Ausgehend vom tropischen Jahr, d.h. der Zeitdauer der scheinbaren Bewegung unserer Sonne von Frühlingspunkt zu Frühlingspunkt = 365 d 12 h 44 min 3 s, wurde der Julianische Kalender durch Julius Cäsar im Jahre 46 v.Z. eingeführt. Die Abweichung dieses Kalenders zum tropischen Jahr um wenige Minuten führte bis zum 16. Jahrhundert zu einer Verschiebung des Frühlingsbeginns um 11 Tage, sodass Papst Gregor XIII. eine Kalenderkommission zur Neubearbeitung ins Leben rief; mit dem Ergebnis, dass auf den Donnerstag, 4. Oktober 1582, sofort der Freitag, 15. Oktober, folgte. Dieser Gregorianische Kalender gilt heute noch, wenngleich weitere kleine Änderungen vorgenommen wurden. In der heutigen Zeit gleicht man Abweichungen zum Sonnenjahr (Differenzen von mehr als 0,7 Sekunden) durch das Einfügen oder Streichen von Schaltsekunden am Ende eines jeden Jahres aus. Die allgemeine Schaltregel besagt: Gemeinjahre haben 365 Tage. Schaltjahre 366. Schaltjahr ist jedes ohne Rest durch 4 teilbare Jahr, mit Ausnahme der durch 100 ohne Rest teilbaren. Alle durch 400 ohne Rest teilbaren Jahre sind Schaltjahre, d.h., das Jahr 2000 ist Schaltjahr, 1900 war es nicht. Nach Aufruf des Unterprogramms Datei | Kalender berechnet WinFunktion für den aktuellen Monat den Kalender und stellt diesen dar. An den Rollbalken können Sie Monat und Jahr ändern. Geben Sie Zahlenwerte in die Felder ein, ist mit Ü oder dem Schalter Berechnung & Anzeige zu bestätigen. Grundlage der Berechnung ist der Gregorianische Kalender, für Daten vor dem 15. Oktober 1582 schaltet WinFunktion automatisch auf den Julianischen Kalender, sodass z.B. das Osterfest auch vor dem Jahr 1582

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

221

korrekt ausgewertet wird. Ein Vergleich mit dem Datum des ersten Frühlingsvollmondes verdeutlicht die entstandene Differenz, welche zur Kalenderreform führte. Die maximale Laufzeit des Kalenders ist das Jahr 8200. Negative Jahreszahlen, d.h. Jahresangaben vor der heutigen Zeitrechnung, können nicht genutzt werden.

Beispiel: Monatskalender April 2001 mit Ostern und 6 Geburtstagen bedeutender Chemiker und Biologen, Vollmond ist am 8. April

Beachten Sie: Der Gregorianische Kalender wurde zwar von den katholischen Staaten im Jahr 1582 übernommen, galt in Deutschland aber erst per Gesetz ab März 1700, in Großbritannien ab 1752, in der Türkei ab 1927. Zusätzlich trägt das Programm die wesentlichsten Feiertage im deutschsprachigen Raum ein, d.h. Neujahr, Heilige Drei Könige, Fasching, Karfreitag, Ostersonntag und -montag, Maifeiertag, Himmelfahrt, Pfingsten, Fronleichnam, Reformationstag (Halloween), Allerheiligen, Bußtag und Weihnachten.

222

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Ostern wird am ersten Sonntag nach dem ersten Frühlingsvollmond gefeiert. Präzisiert ist diese Regel im Computus ecclesiasticus (siehe WinFunktion – Mathematik Me 2), wodurch im Jahre 1974 Ostern am 14. April gefeiert wurde, während der erste Frühlingsvollmond am 6. April war. Ursache ist, dass der Vollmond nach der kirchlichen Regel berechnet wird und damit nicht dem realen, astronomischen Vollmond entspricht. Außerdem wird für die kirchliche Rechnung angenommen, dass das Äquinoktium (Frühlingsbeginn) immer auf den 21. März fällt, was nicht korrekt ist. Das nächste Mal weicht der kirchliche Ostertermin vom astronomischen im Jahr 2038 ab. Als 23-Jähriger fand Carl F. Gauß die Gleichung zur Berechnung des Osterdatums, welche in WinFunktion verwandt wird und korrekte Ergebnisse im Zeitraum von 1583 bis 8200 liefert. Für den Zeitraum vor 1583 wird die 1879 in Butcher’s Ecclesiastical Calendar veröffentlichte Berechnungsvorschrift benutzt. Da WinFunktion – Chemie & Biologie keinen Terminkalender oder Ähnliches darstellt, sondern ausschließlich die mathematische Berechnung im Vordergrund steht, wirkt ein Kalender mit den wenigen Feiertagen etwas leer. Deshalb werden außerdem die Geburtstage von etwa 100 bedeutenden Chemikern und Biologen (mit der Nummer des Jahrestages) eingetragen. Zu den gewürdigten Wissenschaftlern gehören u.a.: u

Otto Hahn, Robert Koch, Fritz Haber, Albertus Magnus, Marie und Pierre Curie, Linus Pauling, Emil von Behring, Francis Crick, James Watson, Peter Debye, Michael Faraday, Paul Ehrlich, Lise Meitner, Friedrich Wöhler, Nils Bohr, Max Born, Antony van Leeuwenhoek, Gregor Mendel, Dimitrij Mendelejew usw.

Weitere Informationen zu diesen Wissenschaftlern finden Sie im Biografieteil des Lexikons. Mittels anspruchsvoller Berechnungen erhalten Sie außerdem in jedem Monat das Datum des Vollmondes angezeigt. Weiterhin können Sie die Zeitdauer zwischen zwei Daten ermitteln. Tragen Sie Start- und Zieldatum im Format dd.mm.jjjj ein und betätigen Sie den Schalter Berechnung. Zeitdifferenzen können Sie ab dem 1. Januar des Jahres 1 berechnen lassen. Zu beachten ist, dass im Ergebnis der Starttag, aber nicht der Zieltag enthalten ist.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

223

8.4

Optionen

Zum individuellen Gestalten des Programms WinFunktion können Sie über den Menüpunkt Datei | Optionen verschiedene Einstellungen, vor allem für die grafische Darstellung von Funktionen, ändern: Markierungsfeld Koordinatenachsen Ist dieses Feld ausgeschaltet, werden ausschließlich die Grafen der Funktionen und Kurven ohne Darstellung der Koordinatenachsen gezeichnet. Nur wenn dieses Feld markiert ist, haben die Einstellungen von Darstellung farbig, Linienraster und Winkeleinteilung Bedeutung. Markierungsfeld Koordinatenrahmen Befinden sich die Koordinatenachsen außerhalb des sichtbaren Fensters, können Sie über diesen Punkt die Angabe der Abszissen- und Ordinatenwerte am linken und oberen Fensterrand einschalten. Markierungsfeld Achsen beschriften Zu- und Abschalten der Beschriftung der Achsen mit Koordinaten. Markierungsfeld Punktraster Im Koordinatensystem wird ein Punktraster gezeichnet. Alle Punkte mit ganzzahligen Koordinaten werden markiert. Markierungsfeld Linienraster Für alle beschrifteten Abszissen und Ordinaten werden zu den Koordinatenachsen senkrechte Hilfslinien, ein Linienraster, dargestellt. Markierungsfeld Logarithmisches Raster Wird eine Achse logarithmisch geteilt, können Sie hier Hilfslinien einund ausschalten. Markierungsfeld Hilfskreise Bei markiertem Feld werden in den grafischen Darstellungen die Achsenenden sowie der Koordinatenursprung mit einem Kreis markiert. Dadurch sind die für eine Veränderung des Darstellungsintervalls anzuklickenden Stellen leichter zu finden.

224

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Markierungsfeld Winkeleinteilung Statt der voreingestellten linearen Teilung der x-Achse, erreichen Sie durch das Markieren dieses Felds, dass die Abszisse im Gradmaß geteilt wird. Markierungsfeld ... Vielfache von PI Wünschen Sie die Winkeleinteilung nicht im Grad-, sondern im Bogenmaß, so schalten Sie zusätzlich dieses Markierungsfeld ein. An der xAchse werden dann Vielfache von PI angetragen. Ohne das Feld Winkeleinteilung hat ...Vielfache von PI keine Wirkung. Markierungsfeld Funktionsnamen Im eingeschalteten Zustand werden die Bezeichnungen der Kurven und Funktionen im Grafikfenster angegeben. Markierungsfeld Darstellung farbig Die funktionalen Zusammenhänge werden bei gekennzeichnetem Feld in unterschiedlichen Farben gezeichnet, andernfalls schwarz. Grafikauflösung Eine Funktion wird in Echtzeit gezeichnet, d.h., Berechnung und Darstellung der Funktionswerte erfolgen gleichzeitig. Entsprechend der Grafikauflösung (in Pixel) werden Stützstellen ermittelt. Für eine Auflösung von 1 erhalten Sie damit bei einem Grafikfenster von 640 Pixel Breite auch 640 Stützstellen. Eine Erhöhung der Auflösung beschleunigt die Berechnung und Darstellung, bewirkt aber andererseits eine gröbere Grafik. Voreingestellt ist 1. Markierungsfeld Bild neu zeichnen Bei Verlassen des Dialogs wird die grafische Darstellung (Hauptfenster) nur dann neu gezeichnet, wenn dieses Feld markiert wurde. Markierungsfelder Grafikhintergrund Wünschen Sie an Stelle des Fensterhintergrunds im Borland-Stil einen weißen oder schwarzen Hintergrund für das Grafikfenster, so wählen Sie den entsprechenden Schalter.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

225

Druckbereich erweitert In jedem Teilprogramm können Sie über die Menüpunkte Fenster drukken, Druckereinstellung und Fenster kopieren den Inhalt ausdrucken bzw. in die Zwischenablage kopieren. Voreingestellt übermittelt das Programm ausschließlich den weißen Bereich. Wünschen Sie aber, das vollständige Fenster inkl. Überschrift usw. auszudrucken, so markieren Sie dieses Markierungsfeld Druckbereich erweitert.

8.5

Ende

Der Menüpunkt Datei | Beenden beendet ohne Rückfrage das Programm WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2.

226

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

9

9.1

Bemerkungen

Aufruf des Hilfetextes

Der Menüpunkt ? startet das Hauptfenster der Online-Hilfe. Diese enthält in komprimierter Form dieses Handbuch.

9.2

Drucken

Die Funktion Datei | Drucken des Hauptmenüs gewährleistet den Ausdruck der angezeigten Seite des Lexikons. Innerhalb verschiedener Unterprogramme von WinFunktion können Sie ermittelte Ergebnisse, Zahlenwerte usw. über den jeweiligen Menüpunkt Drucken direkt auf Ihren Drucker ausgeben. Ausdruck des vollständigen Fensters In praktisch jedem Unterprogramm können Sie weiterhin das vollständige Fenster als Bitmap auf Ihren Drucker ausgeben. Die Größe (in cm einstellbar) des Druckbilds legen Sie in dem jeweiligen Menüpunkt Druckereinrichtung fest. Beachten Sie bitte, dass dieser Ausdruck stets nur auf dem als Standarddrucker gewählten Gerät geschieht. Ausdruck der grafischen Darstellung Für den Druck der grafischen Darstellung gelten die unter diesem Punkt gemachten besonderen Bemerkungen. Druckereinrichtung Der Menüpunkt Drucken | Druckereinrichtung ermöglicht die Auswahl eines anderen Druckers als den in Windows festgelegten Standarddrucker. Darüber hinaus können die Optionen des gewählten Druckers verändert werden (z.B. Größe des Ausdrucks, Auflösung usw.).

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

227

Beachten Sie: Die Wahl eines anderen Druckers als des Standarddruckers ist nicht für die Ausgabe einer grafischen Darstellung und Bildausschnitte der Unterprogramme wirksam.

9.3

Vollständige Installation

Während der Arbeit mit WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 muss normalerweise die Original-CD-ROM in Ihrem CD-Laufwerk eingelegt sein. Dies bringt den großen Vorteil, dass Ihre Festplatte nur relativ wenig „belastet“ wird, bedeutet aber auch, dass ein Geschwindigkeitsverlust bei der Arbeit mit dem enthaltenen Lexikon in Kauf genommen werden muss. Sollten Sie jedoch eine sehr große Festplatte besitzen und WinFunktion so gut finden, dass Sie auch einen großen Bereich Ihrer Festplatte nutzen können, so besteht die Möglichkeit, mit etwas „Handarbeit“ das Programm so zu installieren, dass Sie die CD nicht mehr einlegen müssen. Gehen Sie wie folgt vor: u

Installieren Sie WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 wie gewohnt, z.B. in das Verzeichnis C:\WINFKT\WINCHEM.

u

Kopieren Sie von der CD die vollständigen Verzeichnisse ABG, AVI, BMP, BMPH, BMPP, BMPT in neue Verzeichnisse C:\WINFKT\WINCHEM\ABG, ...\AVI usw.

u

Starten Sie WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 und drücken Sie im Hauptfenster gleichzeitig die Tasten STRG und Q. Die Frage, ob der Bildpfad verändert werden soll, beantworten Sie bitte mit Ja.

Danach ist das Programm in seinem vollen Umfang nutzbar, ohne dass die CD in das Laufwerk eingelegt werden muss. Beachten Sie aber bitte! Die vollständige Installation belegt auf Ihrer Festplatte 650 MByte! Als etwas Platz sparende Alternative können Sie auch auf das Verzeichnis AVI verzichten. Dies spart rund 360 MByte. Allerdings können Sie dann diese Videos innerhalb von WinFunktion nicht mehr nutzen, auch wenn Sie die Original-CD wieder einlegen! Eine „Misch“-Installation, d.h. ein Teil der Abbildungen usw. auf der Festplatte, ein Teil verbleibt auf der CD, ist nicht möglich.

228

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

9.4

WinFunktion in einem Netzwerk

WinFunktion – Chemie & Biologie ist als Einzelplatzcomputerprogramm konzipiert! D.h., in der ursprünglichen Zielstellung war ein Einsatz in einem Netzwerk (z.B. in einer Schule) nicht geplant. Dennoch gibt es die Möglichkeit, das Programm auch in diesem Fall zu nutzen, wobei unbedingt ein paar Hinweise beachtet werden müssen. Hinweis: Die weiteren Ausführungen sind allgemeine Bemerkungen. Bei der Vielzahl existierender Lösungen für Computernetze kann durch den Programmautor nicht garantiert werden, dass WinFunktion auf Ihrem Netz komplikationslos läuft. Unter Umständen ist es vielleicht überhaupt nicht möglich, das Programm in Ihrem Netz zu verwenden. Im Weiteren wird mit Server der Zentralrechner Ihres Netzes bezeichnet, mit Terminal der konkrete Arbeitsplatz. Vor der eigentlichen Installation müssen Sie zuerst prüfen, ob von jedem Terminal aus ein Zugriff auf das CD-Laufwerk Ihres Servers möglich ist. Wenn ja, ist weiterhin zu prüfen, ob dieses CD-Laufwerk und Ihr internes Netz in der Lage sind, mehrere CD-Zugriffe der Terminals inkl. der Datenübertragung zu realisieren. Im Normalfall wird dies kaum möglich sein. Aus diesem Grund wird folgende Vorgehensweise empfohlen: Variante 1 1.

Kopieren Sie den vollständigen Inhalt der CD in ein temporäres Verzeichnis der Festplatte Ihres Servers (z.B. X:\WCHEM).

2.

Entfernen Sie von allen Dateien des temporären Ordners (auch Unterordner) die Read-only-Markierungen.

3.

Führen Sie die Installation auf dem Server aus. Das WinFunktionVerzeichnis sei dabei z.B. X:\WINCHEM.

4.

Je nach Netzart könnte es zusätzlich notwendig sein, allen Dateien die Eigenschaft shareable zu geben, um den gleichzeitigen Zugriff verschiedener Terminals auf gleiche Dateien zu ermöglichen.

5.

Erzeugen Sie auf jedem Terminal eine Verknüpfung zum WinFunktion-Programm im Verzeichnis X:\WINCHEM des Servers.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

229

6.

Tragen Sie in jede win.ini-Datei eines jeden Terminals die WinFunktion-Zeilen ein, welche auf dem Server vorhanden sind. Für das Beispiel wären dies [WINCHEMIE] Pfad=X:\WINCHEM Bildpfad=X:\WCHEM\WINCHEM

Punkt 5 und 6 können Sie sehr einfach realisieren, wenn Sie die Möglichkeit haben, eine Grundinstallation auf jedem Terminal zu spiegeln. Anschließend müsste WinFunktion von jedem Terminal aus nutzbar sein. Beachten Sie aber, dass Operationen, welche Daten „zurückschreiben“, nicht genutzt werden können, da ein Terminal nur in den seltensten Fällen Schreibrechte auf den Server besitzt. Zu diesem Operationen gehören z.B. das Hinzufügen von Lesezeichen, Veränderung von Programmund Darstellungsoptionen, Erweiterung und Änderung von Programmbibliotheken usw. Variante 2 1.

Kopieren Sie den vollständigen Inhalt der CD in ein temporäres Verzeichnis der Festplatte Ihres Servers (z.B. X:\WCHEM).

2.

Entfernen Sie von allen Dateien des temporären Ordners (auch Unterordner) die Read-only-Markierungen.

3.

Führen Sie die Installation auf jedem einzelnen Terminal aus. Das WinFunktion-Verzeichnis sei dabei z.B. X:\WINCHEM.

Damit umgehen Sie den Punkt 4 bis 6 der 1. Variante. Allerdings belasten Sie so die Festplatte jedes Terminals mit rund 15 MByte und erlauben nun auch jedem Nutzer Änderungen am Programm, seinen Optionen und Bibliotheken auszuführen.

9.5

Implementierte Funktionen

Das Programm WinFunktion – Chemie & Biologie enthält einen Funktionsinterpreter, welcher es ermöglicht, über den Sprachumfang von ‘TURBO PASCAL’ hinaus, mathematische Operatoren und Funktionen zu definieren, insbesondere für die Definition neuer Gleichungen des Teil-

230

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

programms Verbindungen | Berechnungen. Folgende Operationen und Standardfunktionen sind nutzbar: Operationen

Erklärung

+-*/

Grundrechenoperationen

^

Potenzieren (schneller ist die Verwendung der Multiplikation)

Potenz- und Wurzelfunktionen

Erklärung

Sqr(x)

Quadrat von x, x reell

Wurzel(x), sqrt(x)

Quadratwurzel von x, x reell und x>=0

Wurzel3(x)

3. Wurzel von x

Trigonometrische Funktionen

Erklärung

Sin(x)

Sinus-Funktion, x im Bogenmaß

Cos(x)

Kosinus-Funktion, x im Bogenmaß

tan(x)

Tangens-Funktion, x im Bogenmaß

cot(x)

Kotangens-Funktion, x im Bogenmaß

arcsin(x)

Arkus-Sinus-Funktion, x reell

arccos(x)

Arkus-Kosinus-Funktion, x reell

arctan(x)

Arkus-Tangens-Funktion, x reell

sinh(x)

Sinus hyperbolicus-Funktion, x reell

cosh(x)

Kosinus hyperbolicus-Funktion, x reell

tanh(x)

Tangens hyperbolicus-Funktion, x reell

arsinh(x)

Area Sinus hyperbolicus-Funktion, x reell \par

Arcosh(x)

Area Kosinus hyperbolicus-Funktion, x reell, x>=1 \par

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

231

Trigonometrische Funktionen

Erklärung

Artanh(x)

Area Tangens hyperbolicus-Funktion, x reell, |x|<1 \par

sec(x)

Sekans-Funktion, x im Bogenmaß

Exponential-/Logarithmusfkt.

Erklärung

Exp(x)

Exponentialfunktion, x reell

Ln(x)

Natürlicher Logarithmus, x positiv reell

Lg(x)

Dekadischer Logarithmus, x positiv reell

Ld(x)

Binärer Logarithmus, x positiv reell

Sonderfunktionen

Erklärung

Abs(x)

Absoluter Betrag von x, x reell

|x|

Absoluter Betrag von x, x reell

int(x)

Integer-Funktion, d.h. größte ganze Zahl kleiner als x

[x]

Integer-Funktion, d.h. größte ganze Zahl kleiner als x

sgn(x)

Vorzeichen von x, x reell

9.6

Tastaturbelegung

Zum schnelleren Starten einzelner Unterprogramme sind einige Funktionstasten sowie weitere Tastenkombinationen vordefiniert worden. Betätigen Sie im Hauptfenster einer dieser Tasten, rufen Sie folgende WinFunktion-Routinen auf:

232

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Taste

Teilprogramm

!

Aufruf der Hilfe zu WinFunktion – Chemie & Biologie

"

Moleküle

§

Elementinformation

$

Blutgruppenvererbung

%

Stöchiometrische Berechnung

&

Biorhythmus

/

Strukturformeln

(

Elementaranalyse

)

Chemische Verbindungen

?

Ein- und Ausschalten des Lexikons

J

Periodensystem der Elemente

R

Anzeige der letzten Seite des Lexikons

T

Anzeige der Lexikoninhaltsliste

A+x

Programmende

S+J

Umschalten der Inhaltsverzeichnisliste

Ist das Lexikon eingeschaltet, können Sie mit den Cursor-Tasten links und rechts im Buch blättern. Mit der Tastenkombination Umsch + Cursor links bzw. rechts blättern Sie um jeweils 10 Seiten.

9.7

Aufgetretene Probleme

WinFunktion wurde sorgfältig programmiert und gewissenhaft auf Fehler untersucht. Zahlreiche Hinweise von Nutzern wurden beachtet und eingearbeitet. Dennoch können aber weiterhin kleinere Fehler oder Ungenauigkeiten vorhanden sein. Dafür vorsorglich: Entschuldigung!

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

233

WinFunktion – Chemie & Biologie wurde von verschiedenen Nutzern auf sehr unterschiedlichen Computern getestet. Insgesamt traten keine gravierenden Probleme auf. Das Programm blieb stabil und beeinträchtigte andere Tasks nicht. Bei Nutzung eines Epson Stylus Color traten bei einigen, jedoch nicht allen Nutzern Schwierigkeiten auf. Die Ursache liegt in einem Problem des Druckertreibers. Nutzen Sie den Windows ’95 Druckertreiber Epson Stylus COLOR ESC/P2 erfolgt der Druck korrekt. Die Meldung Ungültiger Dyna-Link-Aufruf erfolgt, wenn sich auf dem System eine relativ alte DLL-Datei, meist handelt es sich um die BWCC.DLL, befindet. Je nachdem ob das Programm dennoch fehlerfrei läuft oder nicht, sollten Sie die alte Datei im Verzeichnis Windows \ System löschen und durch die mitgelieferte Datei ersetzen. Dazu müssen Sie nicht das ganze Programm neu installieren. Kopieren Sie die Datei bwcc.dl_ von der CD-ROM in das Windows-System-Verzeichnis und entpacken Sie diese mit dem DOS-Programm expand: Expand bwcc.dl_ bwcc.dll

Unter Windows NT 4.0 trat die Meldung BWCCDEU.DLL nicht gefunden auf. Dennoch läuft das Programm fehlerfrei, ohne Einschränkungen. Wollen Sie die Fehlermeldung verhindern, kopieren Sie die Datei bwcc.dll aus dem Windows-System-Verzeichnis in ein temporäres Verzeichnis, benennen Sie diese in bwccdeu.dll um und kopieren Sie sie in das System-Verzeichnis zurück. Drucken Sie eine Seite des Lexikons oder eines der Unterprogramme aus, kann es vorkommen, dass das hellblaue Hintergrundbild überdeutlich zu sehen ist und die eigentlichen Informationen der Darstellung nur schwer oder gar nicht zu erkennen sind. In diesem Fall liegt kein eigentlicher Programmfehler vor. Vielmehr gibt es Probleme mit dem Druckertreiber bzw. den Druckereinstellungen. Beachten Sie dazu die unter dem Punkt Lexikon | Drucken gemachten Bemerkungen. Die Fehlermeldung Ungültige True-Type-Schriftart entdeckt! trat auf, wenn eine der beiden von WinFunktion geforderten True-Type-Schriftarten „Arial“ und „Symbol“ nicht im Windows-Verzeichnis gefunden wurde. Zu beachten ist, dass auf diese zum Lieferumfang von Windows gehörenden Schriftarten nicht verzichtet werden kann. Im Falle dieses Fehlers installieren Sie bitte diese beiden Schriften wieder.

234

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Ein Dyna-Link-Fehler trat schon während der Installation auf. In diesem Fall fehlen Windows-System-Dateien wie z.B. COMMDLG.DLL. Installieren Sie diese bitte wieder. Die gleiche Fehlermeldung erhalten Sie, wenn in Ihrem Windows-System-Verzeichnis die Datei BWCC.DLL älteren Datums vorhanden ist. Sollte diese Datei älter als vom 11. Juni 1992 sein, so löschen Sie diese bitte und installieren Sie WinFunktion neu. Probleme ergaben sich bei Einsatz des Zusatzpakets „Windows’ 95 Plus!“. Schalten Sie dort die Option Fensterinhalt beim Ziehen der Maus anzeigen ein, ist es nicht mehr möglich, bei einer Grafikauflösung von 640 x 480 Punkte die Größe der grafischen Darstellung durch Ziehen am Fensterrahmen zu verändern. Die Ursache ist im Moment noch rätselhaft. Ebenso ist es nicht möglich, aus einem Ordner auf dem Desktop mit dem Namen WinFunktion das Programm selbst zu starten. Die Ursache liegt in der Tatsache begründet, dass das Programm eine Routine enthält, welche einen Mehrfachstart unterbindet. Da auf dem Desktop aber ein Fenster, der Ordner, mit dem Namen WinFunktion gefunden wird, wird dieser nur aktiviert. Bitte benennen Sie den Ordner um. Im Übrigen kann WinFunktion problemlos aus der Taskleiste heraus gestartet werden. Die Ursache der Meldung Nicht ausreichend Arbeitsspeicher konnte noch nicht festgestellt werden. In diesem Fall half bisher stets das Löschen des WinFunktion-Verzeichnisses und eine Neuinstallation. Unter Windows besteht die Möglichkeit, den Start eines Programms in einem minimierten bzw. maximierten Fenster zu erzwingen. Während das Programm im maximierten Fenster zwar läuft, wenngleich ein „hässlicher“ weißer Rand auftritt, tritt beim Start im minimierten Fenster unter Umständen eine Fehlermeldung bis hin zu einer Schreibschutzverletzung auf. Auf Grund der inneren Struktur des Programms ist es einfach nicht möglich, dieses nur als Symbol zu starten. Entfernen Sie daher diese Option. Nach der Installation des Programms konnte das Programm bei einigen Nutzern nur als Symbol gestartet werden. In diesem Fall liegt der oben beschriebene Fehler vor, d.h., entfernen Sie die Startoption In minimiertem Fenster ausführen. Klicken Sie dazu mit der Maus rechts auf das Startsymbol von WinFunktion. Wählen Sie nun den Eintrag Eigenschaften und unter Verknüpfung bei Anzeigen in: den Eintrag Normales Fenster. Bestätigen Sie mit dem Schalter Übernehmen, wird WinFunktion beim nächsten Start korrekt initialisiert und ablaufen.

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

235

Eine zweite Ursache für dieses Problem liegt darin, dass Ihr WindowsSystem nicht mit der notwendigen Auflösung von mindestens 800 x 600 Pixel eingestellt ist. Bei einer Auflösung von nur 640 x 480 Pixel kann WinFunktion nicht genutzt werden. Stellen Sie daher in Eigenschaften Ihr System auf die notwendige Grafikauflösung um. ACHTUNG! Der Programmautor kann für fehlerhafte Funktionen oder Informationen und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen.

9.8

Literaturverzeichnis

Im Folgenden finden Sie eine kleine Liste ergänzender und weiterführender Literatur. Allgemeine Quellen u

Kleiner Leitfaden Naturwissenschaft, Schmidt, Gesellschaft für Bildung und Technik Berlin 1995

u

Formeln und Tabellen, Gesellschaft für Bildung und Technik Berlin 1993

u

Allgemeine Chemie, Baars, Christen, Verlag Moritz Diesterweg Frankfurt am Main 1995

u

Biologie in Zahlen, Flindt, Gustav, Fischer Verlag Stuttgart 1988

Chemie u

Taschenbuch der Chemie, Schwister, Fachbuchverlag Leipzig 1995

u

dtv Atlas zur Chemie, Breuer, Deutscher Taschenbuchverlag München 1981

u

Chemie heute Sekundarbereich I, Schroedel Schulbuchverlag Hannover 1988

u

Chemie 11, Volk und Wissen Verlag Berlin 1991

u

Chemie 12, Volk und Wissen Verlag Berlin 1991

u

Chemie in Übersichten, Verlag Volk und Wissen Berlin 1985

236

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Kleiner Leitfaden Naturwissenschaft, Schmidt, Gesellschaft für Bildung und Technik Berlin 1995

u

Chemie, Gesetze, Formeln, Übersichten, Ludwig, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig 1966

u

Mineralien, Gesteine, Schumann, BLV Verlagsgesellschaft mbH München 1997

u

Mineralogie, Neuer Kaiser Verlag Klagenfurt 1995

Biologie u

Das Bild der modernen Biologie, Füller, Urania-Verlag Leipzig, Jena, Berlin 1980

u

dtv Atlas zur Biologie, Deutscher Taschenbuchverlag München 1997

u

Biologie in Übersichten, Verlag Volk und Wissen Berlin 1981

u

Entwicklung der Organismen, Verlag Volk und Wissen Berlin 1967

u

Anatomie des Menschen, Neuer Kaiser Verlag Klagenfurt 1995

u

Botanik, Neuer Kaiser Verlag Klagenfurt 1995

u

Zoologie, Neuer Kaiser Verlag Klagenfurt 1995

u

Taschenatlas der Biochemie, Koolman, Röhm, Thieme Verlag Stuttgart 1998

Tier- und Pflanzenführer u

Der Kosmos-Tierführer, Zahradnik, Cihar, Franckh-Kosmos VerlagsGmbH Augsburg 1996

u

Das große illustrierte Tierlexikon, Orbis Verlag München 1996

u

Urania-Naturführer Tiere, Scheffel, Scheiba , Urania-Verlag Leipzig, Jena, Berlin 1991

u

Mein farbiger Naturführer, Würmli, Vehling Verlag Graz

u

Naturführer Deutschland, Smolik-Pfeifer, Naumann & Göbel Verlags GmbH Köln 1997

u

Alpengarten Villacher Alpe, Hecke, Heyn Verlag Klagenfurt 1993

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

237

u

Greifvogelwarte Landskron, Prof. Festetics, Greifvogelwarte Klagenfurt 1999

u

Tierwelt Wirbeltiere, Stüber, Windig, Universitätsverlag Carinthia Klagenfurt 1992

u

Großer Naturführer, Leisering, Lohmann, Compact Verlag München 1998

u

Zoologischer Garten Basel 1998

u

Heilpflanzen und ihre Wirkung, Laux, Tode, Bechtermünz Verlag Augsburg 1997

u

Gefährdete Pflanzen, Handel, Neuer Kaiser Verlag Klagenfurt 1998

u

Geschützte und bedrohte Pflanzen, Laux, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart 1988

Geschichte u

Wissenschaftsgeschichte en miniature, Wussing, Deutscher Verlag der Wissenschaften Berlin 1989

u

Geschichte der Technik, Sworykin, Fachbuchverlag Leipzig 1967

u

Geschichte und Kultur des alten Griechenlands, Bergmann, Verlag Volk und Wissen Berlin 1975

9.9

... zum Abschluss „Nichts ist getan, wenn noch etwas zu tun übrig ist.“ Gauß

WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 wurde mit viel Enthusiasmus erarbeitet. Als Bestandteil des naturwissenschaftlichen Programmpakets WinFunktion stellt dieses Programm eine wertvolle Hilfe dar. Sollten Sie zufrieden sein, so empfehlen Sie WinFunktion – Chemie & Biologie weiter. Interessieren Sie sich auch für Mathematik, Physik oder Astronomie, so seien Ihnen WinFunktion – Mathematik Me 2 und WinFunktion – Physik & Astronomie Me 2 empfohlen. Viel Erfolg mit Ihrem neuen Programm.

238

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Anhang A Wenn Sie dieses Handbuch lesen möchten, ohne am Computer zu sitzen, so werden Sie vielleicht im Chemie-Teil von WinFunktion eine Grobübersicht der chemischen Elemente des Periodensystems benötigen. In der Tabelle finden Sie die Ordnungszahl (= Ladungs- und Protonenzahl) und den Namen der chemischen Elemente: 1

Wasserstoff

2

Helium

3

Lithium

4

Beryllium

5

Bor

6

Kohlenstoff

7

Stickstoff

8

Sauerstoff

9

Fluor

10

Neon

11

Natrium

12

Magnesium

13

Aluminium

14

Silicium

15

Phosphor

16

Schwefel

17

Chlor

18

Argon

19

Kalium

20

Calcium

21

Scandium

22

Titan

23

Vanadium

24

Chromium

25

Mangan

26

Eisen

27

Cobalt

28

Nickel

29

Kupfer

30

Zink

31

Gallium

32

Germanium

33

Arsen

34

Selen

35

Brom

36

Krypton

37

Rubidium

38

Strontium

39

Yttrium

40

Zirkonium

41

Niob

42

Molybdän

43

Technetium

44

Ruthenium

45

Rhodium

46

Palladium

47

Silber

48

Cadmium

49

Indium

50

Zinn

51

Antimon

52

Tellur

53

Iod

54

Xenon

55

Cäsium

56

Barium

57

Lanthan

58

Zer

59

Praseodym

60

Neodym

61

Promethium

62

Samarium

63

Europium

64

Gadolinium

65

Terbium

66

Dysprosium

67

Holmium

68

Erbium

69

Thulium

70

Ytterbium

71

Lutetium

72

Hafnium

73

Tantal

74

Wolfram

75

Rhenium

76

Osmium

77

Iridium

78

Platin

79

Gold

80

Quecksilber

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

239

81

Thallium

82

Blei

83

Bismut

84

Polonium

85

Astat

86

Radon

87

Franzium

88

Radium

89

Aktinium

90

Thorium

91

Protaktinium

92

Uran

93

Neptunium

94

Plutonium

95

Americium

96

Curium

97

Berkelium

98

Californium

99

Einsteinium

100 Fermium

101

Mendelevium 102

Nobelium

103

Lawrencium

104 Dubnium

105

Joliothium

106

Seaborgium

107

Bohrium

108 Hahnium

109

Meitnerium

110

Eka Platin

111

Eka Gold

112 Eka Quecksilber

240

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Anhang B Im Anhang B und C finden Sie die in WinFunktion – Chemie & Biologie Me 2 genutzte Systematik des Tier- und Pflanzenreichs. Bei den wirbellosen Tieren wird die Unterteilung dabei bis zur Ordnung/Unterordnung gegeben, bei den Wirbeltieren bis zur Tierfamilie. Die Pflanzengruppen werden bis zur Ordnung/Reihe aufgezählt. Hinweis: Da die Systematik der Lebewesen weiterhin ein wichtiges Forschungsgebiet ist, gibt es auch ständige Änderungen. Daraus resultierend können Veröffentlichungen in anderen Medien von denen in WinFunktion abweichen. Schwammtiere – Porifera u

Kalkschwämme – Calcarea: Kalkschwämme – Calcaronea, Clathrinida, Leucosoleniida

u

Glasschwämme – Triaxonida: Glasschwämme – Triaxoniata, Amphidiscosa, Lyssacinosida

u

Gemeine Schwämme – Demospongia (Silicea): Homosclerophorida, Astrophorida, Choristida, Netzfaserschwämme – Cornacuspongida, Dictyoceratida, Strahlschwämme – Hadromerida, Lithistida, Desmophorida, Triaenosa, Tetracladina, Spirophorida, Halichondrida, Haplosclerida, Hornkieselschwämme – Poecilosclerida

Nesseltiere – Cnidaria u

Hydrozoen – Hydrozoa: Staatsquallen – Siphonophora, Trachylina, Hydroidpolypen – Hydroidea

u

Conulata: Conulatadea

u

Würfelquallen – Cubozoa: Würfelquallen – Cubozoadea

u

Echte Quallen, Schirmquallen – Scyphozoa: Tiefseequallen, Kronenquallen – Coronatae, Wurzelmundquallen – Rhizostomate, Fahnenquallen – Semaeostomeae, Stielquallen, Becherquallen – Stauromedusae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

241

u

Korallentiere, Blumentiere – Anthozoa: Runzelkorallen – Rugosa, Tetracorallia, Seeanemonen – Actiniaria, Dörnchenkorallen – Antipatharia, Zylinderrosen – Ceriantharia, Lederkorallen, Weichkorallen – Alcyonaria, Blaue Korallen – Helioporida, Coenothecalia, Rinden- und Hornkorallen – Gorgonaria, Seefedern – Pennatularia, Stolonifera, Corallimorpharia, Krustenanemonen – Zoantharia, Steinkorallen, Riffkorallen – Madreporaria

Nessellose Hohltiere – Acnidaria u

Rippenquallen – Ctenophora: Melonenquallen – Beroidea, Cydippeen – Cydippea, Venusgürtel – Cestidae

Plattwürmer – Plathelminthes u

Strudelwürmer – Turbellaria: Planarien – Tricladida

u

Saugwürmer – Trematoda: Hakenplattwürmer – Monogenea

u

Bandwürmer – Cestodes: Caryoplyllidea, Cyclophyllidea, Pseudaphyllidea

Schlauchwürmer, Rundwürmer – Nemathelminthes u

Fadenwürmer – Nematoda: Aelchen – Tylenchida, Pfriemenschwänze – Oxyroidea

u

Priapswürmer – Priapulida

Weichtiere – Mollusca Stachelweichtiere – Aculifera

u

Käferschnecken – Polyplacophora

Schalenweichtiere – Conchifera

u

Schnecken – Gastropoda: Altschnecken, Urschnecken – Archaeogastropoda, Diotocardia, Kammkiemer – Caenogastropoda, Monotocardia, Wasserlungenschnecken – Basommatophora, Landlungenschnecken – Stylommatophora, Altlungenschnecken – Achaeopulmonata, Flankenkiemer – Notaspidea, Nacktkiemer – Nudibranchia

242

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Grabfüßer – Scaphopoda

u

Muscheln – Bivalvia, Lamellibranchiata: Blattkiemer – Eulamellibranchiata, Fadenkiemer – Filibranchia, Pteriomorpha

u

Kopffüßer, Tintenschnecken – Cephalopoda: Kraken – Octopoda, Octobrachia, Tintenschnecken – Sepioidea, Kalmare – Teuthoidea, Vampirtintenschnecken – Vampyromorpha

Ringelwürmer – Annelida u

Vielborster – Polychaeta: Festsitzende – Sedentaria, Umherirrende – Errantia

u

Gürtelwürmer – Clitellata: Wenigborster – Oligochaeta, Plesiopora, Kieferegel – Gnathobdellida, Schlundegel – Pharyngobdellida

Gliederfüßer – Arthropoda Dreilappkrebse – Trilobitomorpha

u

Trilobita

Klauenträger – Chelicerata

u

Skorpione – Scorpionida

u

Spinnentiere – Arachnida: Afterskorpione – Pseudoscorpiones, Milben – Acari, Weberknechte – Opiliones, Webespinnen – Araneae, Walzenspinnen – Solifugae

Krebstiere – Crustacea

u

Blattfußkrebse – Phyllopoda: Wasserflöhe – Cladocera, Blattfußkrebse – Notostraca

u

Kiemenfußkrebse – Anostraca: Kiemenfußkrebse – Anostraca, Euanostraca

u

Ruderfußkrebse, Hüpferlinge – Copepoda: Ruderfußkrebse – Copepoda, Calanoida

u

Fischläuse – Branchiura: Fischläuse – Branchiura

u

Rankenfüßer – Cirripedia: Thoracica

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

243

u

Malacostraca: Flohkrebse – Amphipoda, Asseln – Isopoda, Zehnfußkrebse - Decapoda

Röhrenatmer – Tracheata

u

Hundertfüßer – Chilopoda

u

Tausendfüßer – Diplopoda

u

Insekten – Insecta: Doppelschwänze – Diplura, Springschwänze – Collembola, Fischchen – Zygentoma, Eintagsfliegen – Ephemeroptera, Libellen – Odonata, Steinfliegen, Uferfliegen – Plecoptera, Schaben – Blattodea, Ohrwürmer – Dermaptera, Termiten – Isoptera, Fangheuschrecken – Mantodea, Kurzfühlerschrecken – Caelifera, Langfühlerschrecken – Ensifera, Lauskerfe, Tierläuse – Phthiraptera, Blasenfüße – Thysanoptera, Wanzen – Heteroptera, Gleichflügler – Homoptera, Echte Netzflügler – Planipennia, Flöhe – Siphonaptera, Hautflügler – Hymenoptera, Käfer – Coleoptera, Zweiflügler – Diptera, Kamelhalsfliegen – Raphidioptera, Schlammfliegen – Megaloptera, Schmetterlinge – Lepidoptera, Schnabelfliegen – Mecoptera, Köcherfliegen – Trichoptera

Kranzfühler, Armfüßer – Tentaculata Kranzfühler – Tentaculata

u

Moostierchen – Bryozoa: Süßwasserbryozoen – Phylactolaemata, Cryptostomata, Cyclostomata, Treptostomata, Cheilostomata, Ctenostomata

u

Hufeisenwürmer – Phoronida

u

Armfüßer – Brachiopoda: Atremata, Neotremata, Rhynchonellida, Terebratulida

Kiemenlochtiere – Branchiotremata u

Eichelwürmer – Enteropneusta

Stachelhäuter – Echinodermata Pelmatozoa

u

Seelilien und Haarsterne – Crinoidea: Haarsterne – Comatulida

244

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Eleutherozoa

u

Seesterne – Asteroidea

u

Schlangensterne – Ophiuroidea: Schlangensterne – Ophiurae, Phyrynophiurida

u

Seeigel – Echinoidea: Seeigel – Echinoida, Temnopleurida, Sanddollars – Clyperasteroida, Herzigel – Spatangoida

u

Seewalzen – Holothuroidea: Aspidochirotida, Dendrochirotida, Elasipodida

Chordatiere – Chordata u

Manteltiere – Urochordata, Tunicata

u

Appendikularien – Copelata, Appendicularia

u

Seescheiden – Ascidiacea, Acopa: Enterogona, Pleurogona

u

Salpen – Thaliacea: Salpen – Desmyorium, Feuerwalzen – Pyrosomida

Schädellose – Acrania, Cephalochordata

u

Cephalocordata, Leptocardia

Wirbeltiere – Vertebrata Fossile Panzerfische – Ostracodermi

u

Oligobranchiata

u

Anaspida

Rundmäuler – Cyclostomata

u

Blindfische, Inger – Myxiniformes

u

Neunaugen – Petromyzoniformes

Panzerfische – Placodermi

u

Panzerfische – Arthrodira

Knorpelfische – Chondrichthyes

u

Rochenartige – Rajiformes: Echte Rochen – Rajidae, Zitterrochen – Porpedinidae, Adlerrochen – Myliobatidae, Teufelsrochen –

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

245

Mobulidae, Sägerochen – Pristidae, Stachelrochen, Stechrochen – Dasyatidae, Geigenrochen – Rhinobatidae, Zitterrochen, Elektrische Rochen – Torpedinidae u

Seedrachen – Holocephali: Seekatzen – Chimaeridae

u

Cladoselachii

u

Haiartige – Selachii: Chlamydoselachidae, Alopiidae, Blauhaie, Menschenhaie – Carcharhinidae, Riesenhaie – Cetorhinidae, Makrelenhaie – Isuridae, Walhaie – Lamnidae, Rhincodontidae, Ammenhaie – Orectolobidae, Katzenhaie – Scyliorhinidae, Hammerhaie – Sphyrnidae, Stierkopfhaie – Heterodontidae, Grauhaie – Hexanchidae, Dornhaie – Squalidae, Marderhaie – Triakidae, Meerengel – Squatinidae

Knochenfische – Osteichthyes

u

Störartige – Acipenseri: Störe – Acipenseridae, Polyodontidae

u

Flösselhechte – Polypterini, Cladistia

u

Kahlhechte – Amiiformes

u

Knochenhechte – Lepisosteiformes

u

Pholidophoroidea

u

Pyconodontoidea

u

Aalartige – Anguilliformes: Echte Aale – Anguillidae, Meeraale – Congridae, Pelikanaale – Eurypharyngidae, Wurmaale – Moringuidae, Muränen – Muraenidae, Schlangenaale – Ophichthyidae, Tiefseeaale – Serrivomeridae

u

Ährenfische – Atheriniformes: Ährenfische – Atherinidae, Regenbogenfische – Melanotaeniidae, Vieraugen – Anablepidae, Eierlegende Zahnkarpfen – Cyprinodontidae, Aphaniinae, Lebendgebärende Zahnkarpfen – Poeciliidae, Hornhechte – Belonidae, Fliegende Fische – Exocoetidae

u

Froschfischartige – Batrachoidiformes

u

Schleimköpfe – Beryciformes: Laternenfische – Anomalopidae, Schleimköpfe – Berycidae, Tannenzapfenfische – Monocentridae

u

Walköpfige – Cetomimiformes

246

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Schlangenkopffische – Channiformes

u

Heringsfische – Clupeiformes: Heringe – Clupeidae, Sardellen – Engraulidae, Ctenothrissiformes

u

Karpfenartige – Cypriniformes: Kopfsteher – Anostomidae, Salmler – Characidae, Schmerlen – Cobitidae, Hechtsalmler – Ctenoluciidae, Rhamphiichtrytidae, Zitteraale – Electrophoridae, Spritzsalmler – Lebiasinidae, Sauger – Catostomidae, Beilbauchfische – Gasteropelecidae, Scheibensalmler – Serrasalmidae, Karpfenfische – Cyprinidae

u

Flughähne – Dactylopteriformes

u

Tarpunähnliche – Elopiformes

u

Hechtartige – Esociformes: Hechte – Esocidae, Umberfische – Umbridae

u

Dorschartige – Gadiformes: Dorsche – Gadidae, Gebärfische, Aalmuttern – Zoarcidae, Nadelfische – Carapidae, Schlangenfische – Ophidiidae, Seehechte – Merlicciidae, Bartmännchen – Orphiidae

u

Stichlingsartige – Gasterosteiformes: Trompetenfische – Aulostomidae, Pfeifenfische – Fistulariidae, Schnepfenfische – Macrorhamphosidae, Aulorhynchidae, Stichlinge – Gasterosteidae, Seenadeln – Syngnathidae

u

Schildfische – Gobiesociformes: Schildbäuche – Gobiesocidae

u

Sandfische – Gonorhychiformes: Milchfische – Chanidae

u

Glanzfische – Lampridiformes

u

Armflosslerartige – Lophiiformes: Fühlerfische – Antennariidae, Seeteufel – Lophiidae, Tiefseeangler – Ceratiidae

u

Nilhechte – Mormyriformes

u

Dornrückenaale – Notacanthiformes

u

Knochenzüngler – Osteoglossiformes: Knochenzüngler – Osteoglossidae, Pantodontidae

u

Pegasiformes

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

247

u

Barschfische – Perciformes: Doktorfische – Acanthuridae, Sandaale – Ammodytidae, Kletterfische – Anabantidae, Seewölfe – Anarrchichadidae, Kardinalfische – Apogonidae, Labyrinthfische – Belontiiidae, Schleimfische – Blenniidae, Leierfische – Callionymidae, Stachelmakrelen – Carangidae, Sonnenfische – Centrarchidae, Glasbarsche – Centropomidae, Buntbarsche – Cichlidae, Büschelbarsche – Cirrhitidae, Echeneidae, Brandungsbarsche – Empiotocidae, Schlangenmakrelen – Gempylidae, Grundeln – Gobbidae, Lippfische – Labridae, Meeräschen – Mugilidae, Nanderbarsche – Nandidae, Notothenidae, Echte Barsche – Percidae, Pomacanthinae, Korallenbarsche – Pomacentridae, Süßlippen – Pomadasyidae, Argusfische – Scatophagidae, Umberfische – Sciaenidae, Makrelen – Scombridae, Pelamiden – Scomeromoridae, Zackenbarsche – Serranidae, Kaninchenfische – Siganidae, Meerbrassen – Sparidae, Pfeilhechte – Sphyraenidae, Stachelrücken – Stichaeidae, Thunfische – Thunnidae, Toxotidae, Petermännchen – Trachinidae, Haarschwänze – Trichiuridae, Schwertfische – Xiphiidae

u

Barschlachse – Percopsiformes: Barschlachse – Percopsidae, Blindfisch – Amblyopsidae, Piratenbarsche – Aphredoderidae

u

Plattfische – Pleuronectiformes: Schollen – Pleuronectidae, Seezungen – Soleidae, Butte – Bothidae, Spinnenfische – Callionymidae

u

Lachsartige – Salmoniformes: Alepisauridae, Borstenmäuler – Gonostomatidae, Chauliodontidae, Knochenhechte, Lachsfische – Salmonidae, Laternenfische – Myctophidae, Maränen – Coregonidae, Sternoptychidae, Stinte – Osmeridae, Eidechsenfische – Synodontidae, Äschen – Thymallidae

u

Panzerwangen – Scorpaeniformes: Drachenköpfe – Scorpaenidae, Groppen – Cottidae, Panzergroppen – Agonidae, Lumpfische – Cyclopteridae, Steinfische – Synancejidae, Knurrhähne – Triglidae

u

Welsartige – Siluriformes: Echte Welse – Siluridae, Katzenwelse – Ictaluridae, Kreuzwelse – Ariidae, Bratpfannenwelse – Aspredinidae, Falsche Dornwelse – Auchenipteridae, Stachelwelse – Bagridae, Panzerwelse – Callichthyidae, Großmaulwelse – Chacidae, Dornwelse – Doradidae, Heteropneustidae, Harnischwelse – Loricariidae, Elektrische Welse – Malapteruridae, Antennenwelse – Pimelodidae

u

Kiemenschlitzaale – Synbranchiformes

248

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Kugelfischartige – Tetraodontiformes: Mondfische – Molidae, Drückerfische – Balistidae, Kofferfische – Ostraciontidae, Kugelfische – Tetraodontidae

u

Peters-, Eberfischartige – Zeiformes: Petersfische – Zeidae, Ebersfische – Caproidae

Lungenfische – Dipnoi

u

Lungenfischartige – Ceratodiformes: Lurchfische – Ceratodidae, Afrikanische Lungenfische – Protopteridae, Molchfische – Lepidosirenidae

Quastenflosser – Crossopterygii

u

Hohlstachlerartige – Coeloacanthini: Hohlstachler – Coelacanthidae

u

Osteolepiformes: Rhizodontidae

Lurche – Amphibia

u

Fußlose Blindwühlen – Gymnophiona: Caecliidae, Fischwühlen – Ichthyophidae, Scolecomorphidae, Schwimmwühlen – Typhlonectidae

u

Schwanzlurche – Caudata: Querzahnmolche – Ambystomatidae, Aalmolche – Amphiumidae, Riesensalamander – Cryptobranchidae, Winkelzahnmolche – Hynobiidae, Lungenlose Salamander – Plethodontidae, Olme – Proteidae, Echte Salamander, Molche – Salamandridae, Armmolche – Sirenidae

u

Froschlurche – Anura, Ecaudata: Echte Kröten – Bufonidae, Scheibenzüngler – Discoglossidae, Baumfrösche, Laubfrösche – Hylidae, Riedfrösche – Hyperoliidae, Urfrösche – Leiopelmatidae, Engmundfrösche – Microhylidae, Echte Frösche – Ranidae, Krötenfrösche – Pelobatidae, Ruderfrösche – Rhacophoridae, Zungenlose – Pipidae, Rhacophoridae, Nasenkröten – Rhinophrynidae

Kriechtiere – Reptilia

u

Schildkröten – Chelonidae: Lederschildkröten – Dermochelyidae, Meeresschildkröten – Cheloniidae, Alligatorschildkröten – Chelydridae, Sumpfschildkröten – Emydidae, Schlammschildkröten – Kinosternidae, Landschildkröten – Testudinidae, Weichschildkröten – Trionychidae, Schlangenhalsschildkröten – Chelidae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

249

u

Schnabelköpfe, Brückenechsen – Rhynchocephalia

u

Doppelschleichen – Amphisbaenia: Eigentliche Doppelschleichen – Amphisbaenidae, Florida-Doppelschleichen – Rhineuridae, Trogonophidae

u

Eidechsen – Sauria: Agamen – Agamidae, Schleichen – Anguidae, Chamäleons – Chamaeleonidae

u

Schuppenkriechtiere – Squamata: Gürtelechsen – Cordylidae, Schildechsen – Gerrhosauridae, Krustenechsen – Helodermatidae, Schienenechsen – Teiidae, Warane – Varanidae, Nachtechsen – Xantusiidae, Höckerechsen – Xenosauridae, Glattechsen – Scincidae, Haftzeher – Gekkonidae, Halsbandeidechsen – Lacertidae, Leguane – Iguanidae

u

Schlangen – Serpentes: Riesenschlangen – Boidae, Nattern – Colubridae, Grubenottern – Crotalidae, Giftnattern – Elapidae, Leptotyphlopidae, Ottern, Vipern – Viperidae, Blindschlangen – Typhlopidae

u

Krokodile – Crocodylla: Alligatoren – Alligatoridae, Echte Krokodile – Crocodylidae, Gavialidae

Vögel – Aves

u

Eisvogelartige – Alcediniformes: Eisvögel – Alcedinidae, Bienenfresser – Meropidae, Sägeracken – Momtidae, Todis – Todidae

u

Alkenvögel – Alciformes: Alken – Alcidae

u

Gänsevögel – Anseriformes: Entenvögel – Anatidae

u

Wehrvögel – Anhimiformes

u

Seglervögel – Apodiformes: Segler – Apodidae, Baumsegler – Hemiprocnidae

u

Apterygiformes: Kiwis – Apterygidae

u

Ziegenmelkervögel – Caprimulgiformes: Ziegenmelker – Caprimulgidae, Höhlenschwalme – Aegothelidae, Tagschläfer – Nyctibiidae, Eulenschwalme – Podargidae, Fettschwalme – Steatornithidae

u

Seriemas – Cariamiformes

250

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Kasuare – Casuariiformes: Kasuare – Casuariidae, Emus – Dromiceiidae

u

Watvögel, Regenpfeiferartige – Charadriiformes: Triele – Burhinidae, Regenpfeifer – Charadriidae, Reiherläufer – Dromadidae, Brachschwalbenartige – Glareolidae, Brachschwalben – Glareolinae, Austernfischer – Haematopodidae, Ibisschnäbel – Ibidorhynchidae, Säbelschnäbler – Recurviristridae, Kiebitze – Vanellidae, Schnepfenvögel – Scolopacidae, Thinocoridae

u

Schreitvögel, Stelzvögel – Ciconiiformes: Reiher – Ardeidae, Schuhschnäbel – Balaenicipitidae, Störche – Ciconiidae, Ibisvögel – Threskiornithidae

u

Mausvögel – Coliiformes

u

Taubenvögel – Columbiformes

u

Rackenvögel – Coraciiformes: Baumhopfe – Phoeniculinae, Hopfe – Upupidae, Racken – Coraciidae, Kurole – Leptosomidae

u

Kuckucksartige – Cuculiformes: Kuckucke – Cuculidae, Häherkuckucke – Clamatoridae, Regenkuckucke – Coccyzidae

u

Sonnenrallen – Eurypygiformes

u

Greifvögel – Falconiformes: Greife – Accipitridae, Bussardartige – Bueonidae, Fischadler – Pandionidae, Sekretär – Sagittariidae, Cathartidae, Falken – Falconidae

u

Hühnervögel – Galliformes: Hokkohühner – Cracidae, Großfußhühner – Megapodidae, Truthühner – Meleagrididae, Perlhühner – Numididae, Eigentliche Hühner – Phasianidae, Raufußhühner – Tetraonidae

u

Seetaucherartige – Gaviiformes

u

Kranichvögel – Gruiformes: Kraniche – Gruidae, Rallen – Rallidae, Trappen - Otididae

u

Binsenrallen – Heliornithiformes

u

Blatthühnchenartige – Jacaniformes: Blatthühnchen – Jacanidae, Goldschnepfen – Rostratulidae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

251

u

Mövenvögel – Lariformes: Scheidenschnäbel – Chionidae, Möwen – Laridae, Scherenschnäbel – Rhynchopidae, Raubmöwen – Stercorariidae, Seeschwalben – Sternidae

u

Stelzenrallen – Mesitornithiformes

u

Turakos – Musophagiformes

u

Trappen – Otidiformes

u

Sperlingsvögel – Passeriformes: Maorischlüpfer – Acanthisittidae, Breitrachen – Eurylamidae, Mückenfresser – Conopophagidae, Baumhacker – Dendrocolaptidae, Ameisenvögel – Formicariidae, Töpfervögel – Furnariidae, Bürzelstelzer – Rhinocryptidae, Lerchen – Alaudidae, Schwalbenstare – Artamidae, Dickichtvögel – Atrichornithidae, Lappenvögel – Callaeatidae, Stachelbürzler – Campephagidae, Baumläufer – Certhiidae, Wasseramseln – Cinclidae, Baumrutscher – Climacteridae, Schlammnestbauer – Corcoracidae, Rabenvögel – Corvidae, Würgerkrähen – Cracticidae, Mistelfresser – Dicaeidae, Drongos – Dicruridae, Palmenschwätzer – Dulidae, Schwanzmeisen – Aegithalidae, Ammern – Emberizidae, Prachtfinken – Estrildidae, Finken – Fringillidae, Drosselstelzen – Grallinidae, Schwalben – Hirundinidae, Stärlinge – Icteridae, Feenvögel – Irenidae, Würger – Laniidae, Staffelschwänze – Maluridae, Honigfresser – Meliphagidae, Leierschwänze – Menuridae, Spottdrosseln – Mimidae, Stelzen – Motacillidae, Fliegenschnäpper – Muscicapidae, Nektarvogelartige – Nectariniidae, Kleiber – Sittidae, Pirole – Oriolidae, Paradiesvögel – Paradisaeidae, Papageischnabelmeisen – Paradoxornithidae, Panurinae, Meisen – Paridae, Waldsänger – Parulidae, Webervögel – Ploceida, Braunellen – Prunellidae, Laubenvögel – Ptilonorhynchidae, Bülbüls – Pycnonotidae, Beutelmeisen – Remizidae, Stare – Sturnidae, Grasmücken – Sylviidae, Zaunkönige – Troglodytidae, Blauwürger – Vangidae, Vireos – Vireonidae, Brillenvögel – Zosteropidae, Jalas – Philepittidae, Pittas – Pittidae, Schmuckvögel – Cotingidae, Flammenköpfe – Oxyruncidae, Pflanzenmäher – Phytotomidae, Schnurvögel – Pipiridae, Tyrannen – Tyrannidae, Drosselvögel – Turdidae, Goldhähnchen – Regulidae, Schreivögel – Clamatores, Seidenschwänze – Bombycillidae

u

Ruderfüßer – Pelecaniformes: Fregattvögel – Fregatidae, Schlangenhalsvögel – Anhinigae, Pelikane – Pelecanidae, Kormorane – Phalacrocoracidae, Tölpel – Sulidae, Tropikvögel – Phaethontidae

252

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Flamingos – Phoenicopteriformes

u

Spechtvögel – Piciformes: Faulvögel – Bucconidae, Glanzvögel – Galbulidae, Bartvögel – Capitonidae, Honiganzeiger – Indicatoridae, Spechte – Picidae, Tukane – Ramphastidae

u

Steißfüße – Podicipediformes: Lappentaucher – Podicipedidae

u

Röhrennasen – Procellariiformes: Albatrosse – Diomedeidae, Sturmschwalben – Hydrobatidae, Lummensturmvögel – Pelecanoididae, Sturmvögel – Procellariidae

u

Papageien – Psittaciformes: Kakadus – Cacatuidae, Loris – Loriidae, Plattschweifsittiche – Platycercidae, Papageien – Psittacidae, Edelpapageien – Psittaculidae, Eulenpapageien – Strigopidae

u

Rallenkraniche – Psophiiformes: Rallenkraniche – Aramidae, Trompetervögel – Psophiidae

u

Flughühner – Pterocliformes

u

Rallen – Ralliformes

u

Nandus – Rheiformes

u

Kagus – Rhynochetiformes

u

Hammerköpfe – Scopiformes

u

Pinguine – Sphenisciformes

u

Eulenvögel – Strigiformes: Eulen – Strigidae, Schleiereulen – Tytinodae

u

Laufvögel – Struthioniformes: Dromaiideae, Strauße – Struthionithidae

u

Steißhühner – Tinamiformes: Steißhühner – Tinamidae

u

Kolibris – Trochiliformes: Kolibris – Trochilidae

u

Trogone – Trogoniformes

u

Laufhühnchen – Turniciformes: Trappenlaufhühnchen – Pedionomidae, Wachtellaufhühnchen – Turnicidae

u

Hopfartige – Upupiformes: Maurerhornvögel – Bucerotidae, Hornraben – Bucorvidae, Baumhopfe – Phoeniculidae, Wiedehopfe – Upupidae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

253

u

Singvögel – Oscines: Waldsänger – Parulidae, Baumrutscherartige – Climacteridae

Säugetiere – Mammalia

u

Ursäuger, Kloakentiere – Monotremata: Ameisenigel – Tachyglossidae, Schnabeltiere – Ornithorhynchidae

u

Opossummäuse – Caenolestoidea

u

Raubbeutler – Dasyuridae: Marderbeutler – Dasyuridae, Ameisenbeutler – Myrmecobiidae, Beutelmulle – Notoryctidae

u

Beutelratten – Didelphoidea: Beutelratten – Didelphidae, Colocolos – Microbiotheriidae

u

Nasenbeutler – Perameloidea: Beuteldachse – Peramelidae, Peroryctidae

u

Zehenbeutler – Phalangeroidea: Acrobatidae, Bilchbeutler – Burramyidae, Känguruhs – Macropodidae, Gleithörnchenbeutler – Petauridae, Kletterbeutler – Phalangeridae, Beutelbären – Phascolarctidae, Baumkänguruhs – Potoroidae, Pseudocheiridae, Honigbeutler – Tarsipedidae, Wombats – Vombatidae

u

Paarhuftiere – Artiodactyla: Hirsche – Cervidae, Hornträger, Rinder – Bovidae, Schweine – Siudae

u

Zahnarme, Nebengelenktiere – Edentata: Gürteltiere – Dasypodidae, Ameisenbären – Myrmecophagidae, Megalonychidae, DreifingerFaultiere – Bradypodidae, Zweifinger-Faultiere – Choloepidae

u

Seekühe – Sirenia: Dugongs – Dogongidae, Manatis – Trichechidae

u

Röhrchenzähner – Tubulidentata: Erdferkel – Orycteropodidae

u

Tupaia – Tupaiiformes: Tupaiidae

u

Raubtiere – Carnivora: Katzenbären – Ailuropodidae, Hunde – Canidae, Marder – Mustelidae, Kleinbären – Procyonidae, Bären – Ursidae, Katzen – Felidae, Hyänen – Hyaenidae, Walrosse – Odobaenidae, Ohrenrobben – Otariidae, Hundsrobben – Phocidae, Schleichkatzen – Viverridae

u

Waltiere – Cetacea: Glattwale – Balaenidae, Furchenwale – Balaenopteridae, Grauwale – Eschrichtidae, Delphine – Delphinidae,

254

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Grindwale, Schwertwale – Globiocephalidae, Kleintümmler – Phocoenidae, Langschnabeldelphine – Stenidae, Inias – Iniidae, Gründelwale – Delphinapteridae, Pottwale – Physeteridae, Flussdelphine – Platanistidae, Schnabelwale – Ziphiidae u

Flattertiere – Chiroptera: Flughunde – Pteropidae, SchmetterlingFledermäuse – Craseonycteridae, Echte Vampirfledermäuse – Desmodontidae, Gleitnasen-Freischwänze – Emballonuridae, Hipposideridae, Großblattnasen – Megadermatidae, Mormoopidae, Neuseeland-Fledermäuse – Mystacinidae, Haftscheiben-Fledermäuse – Myzopodidae, Hasenmaulfledermäuse – Noctilionidae, Nycteridae, Blattnasen – Phyllostomidae, Dreizehenhufeisennasen – Rhinolophidae, Mausschwanz-Fledermäuse – Rhinopomatidae, Amerikanische Haftscheiben-Fledermäuse – Thyropteridae, Glattnasen – Vespertilionidae

u

Riesengleitflieger – Dermoptera

u

Schliefer – Hyracoidea

u

Insektenfresser – Insectivora: Goldmulle – Chrysochloridae, Echte Igel – Erinaceidae, Rüsselspringer – Macroscelididae, Schlitzrüssler – Solenodontidae, Spitzmäuse – Soicidae, Maulwürfe – Talpidae, Borstenigel – Tenrecidae

u

Hasentiere – Lagomorpha: Hasen – Leporidae, Pfeifhasen – Ochotonidae

u

Unpaarhufer – Perissodactyla: Nashörner – Rhinocerotidae, Tapire – Tapiridae, Pferde, Einhufer – Equidae

u

Primaten, Herrentiere – Primates: Koboldmakis – Tarsiidae, Hundsaffen – Cercopithecidae, Menschen – Hominidae, Menschenaffen – Pongidae, Gibbons – Hylobatidae, Krallenäffchen – Callithrichidae, Kabuzineraffen – Cebidae, Katzenmakis – Cheirogaleidae, Fingertiere – Daubentoniidae, Galagos – Galagoniidae, Indris – Indriidae, Lemuren – Lemuridae, Loris – Lorisidae, Megalapidae

u

Schuppentiere – Pholidota

u

Rüsseltiere – Proboscidea

u

Nagetiere – Rodentia: Dornschwanzhörnchen – Anomaluridae, Biber – Castoridae, Meerschweinchen – Caviidae, Chinchillas –

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

255

Chinchillidae, Agutis – Dasyproctidae, Dinomyidae, Baumstachler – Erethizontidae, Riesennager, Capybaras – Hydrochoeridae, Biberratten, Nutria – Myocastoridae, Trugratten – Octodontidae, Bilche – Gliridae, Stachelschweine – Hystricidae, Wühler – Cricetidae, Springmäuse – Dipodidae, Langschwanzmäuse – Muridae, Wurzelratten – Rhizomyidae, Blindmäuse – Spalacidae, Stummelschwanzhörnchen – Aplodontidae, Taschenratten, Taschenmäuse – Heteromyidae, Hörnchen – Sciuridae, Springhasen – Pedetidae

256

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Anhang C Algen – Phycobionta Chlorophyta

u

Grünalgen – Chlorophyceae

Chromophyta

u

Braunalgen – Phaeophyceae: Laminariales, Fucales

Kieselalgen – Bacillariophyta

u

Centrobacillariophyceae: Siebscheibenartige – Coscinodiscales

u

Goldalgen – Chrysophyta: Goldalgen – Chrysophyceae, Chromulinales, Mallomonadphycidae, Sacrinochrysidales

u

Kalkalgen – Prymnesiophyceae: Prymnesiales, Kalkflagellaten – Coccolithales

u

Kieselflagellaten – Dictyochatae

u

Pedinellophycaea

Pilze – Mycobionta Schleimpilze – Myxomycota

u

Echte Schleimpilze – Myxomycetes

Parasitische Schleimpilze – Plamodiophoromycota

u

Parasitische Schleimpilze – Plasmodiophoromycetes

Netzschleimpilze – Labyrinthulomycota

u

Netzschleimpilze – Labyrinthulomycetes

Eipilze – Oomycota

u

Eipilze – Oomycetes

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

257

Hyphochytriomycota Flagellatenpilze – Chytridiomycota

u

Flagellatenpilze – Chytridiomycetes

Jochpilze – Zygomycota

u

Jochpilze – Zygomycetes

Schlauchpilze – Ascomycota

u

Sprosspilze - Endomycetes

u

Schlauchpilze – Ascomycetes: Euascomycetidae

u

Ständerpilze – Basidiomycota: Brandpilze – Ustomycetes, Ständerpilze – Basidiomycetes, Unvollkommene Pilze – Deuteromycetes

u

Flechten – Lichenes

Moose – Bryobionta Moose – Bryophyta

u

Lebermoose – Hepaticae

u

Laubmoose – Musci

Farnpflanzen – Pteridophyta Farnpflanzen – Pteridophyta

u

Urfarne – Psilophytatae

u

Bärlappgewächse – Lycopodiatae

u

Schachtelhalmgewächse – Articulatae

Farne – Filicatea

u

Leptosporangiatae: Leptosporangiatae, Wasserfarne – Hydropteridales

258

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Samenpflanzen – Spermatophyta Nacktsamer – Gynospermae Nadelhölzer – Coniferae, Pinales

u

Nadelhölzer – Pinales: Kieferngewächse – Pinaceae, Zypressengewächse – Cupressaceae, Sumpfzypressengewächse – Taxodiaceae, Araukariengewächse – Aracariaceae

u

Eibengewächse – Taxales: Eibengewächse – Taxaceae, Kopfeibengewächse – Cephalotaxaceae

Ginkgogewächse – Ginkgoatales

u

Ginkgogewächse – Ginkgoatales: Ginkgobäume – Ginkgoatae

Bedecktsamer – Angiospermaea Zweikeimblättrige – Dicotyledonae

u

Osterluzeiartige – Aristolochiales

u

Hahnenfußartige – Ranunculales: Hahnenfußgewächse – Ranunculaceae, Berberitzengewächse – Berberidaceae

u

Mohnartige – Papaverales: Mohngewächse – Papaveraceae, Erdrauchgewächse – Fumariaceae

u

Seerosenartige – Nymphaeales: Seerosengewächse – Nymphaeaceae, Hornblattgewächse – Ceratophyllaceae

u

Zaubernussartige – Hamamelidales: Platanengewächse – Platanaceae, Klebsamengewächse – Pittosporaceae, Zaubernussgewächse – Hamamelidaceae

u

Buchenartige – Fagales: Birkengewächse – Betulaceae, gewächse – Corylaceae, Buchengewächse – Fagaceae

u

Brennesselartige – Urticales: Ulmengewächse – Ulmaceae, Hanfgewächse – Cannabaceae, Nesselgewächse – Urticaceae, Maulbeergewächse – Moraceae

u

Walnussartige – Juglandales: Walnussgewächse – Juglandaceae, Gagelgewächse - Myricaceae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

Hasel-

259

u

Steinbrechartige – Saxifragales: Dickblattgewächse – Crassulaceae, Steinbrechgewächse – Saxifragaceae, Herzblattgewächse – Parnassiaceae

u

Rosenartige – Rosales: Rosengewächse – Rosaceae

u

Mimosenartige – Mimosales: Mimosengewächse – Mimosaceae, Johannisbrotgewächse – Caesalpiniacea

u

Sarracenienartige – Sarraceniales: Sonnentaugewächse – Droseraceae

u

Hülsenfruchtartige – Fabales: Schmetterlingsblütler – Fabaceae

u

Hartriegelartige – Cornales: Hartriegelgewächse – Cornaceae

u

Doldenblüterartige – Araliales (Apiales): Efeugewächse – Araliaceae, Doldenblütler - Umbelliferae (Apiaceae)

u

Myrtenartige – Myrtales: Myrtengewächse – Myrtaceae, Weiderichgewächse – Lythraceae, Nachtkerzengewächse – Onagraceae, Wassernussgewächse – Trapaceae

u

Seebeerenartige – Haloragales: Seebeerengewächse – Haloragaceae, Tannenwedelgewächse – Hippuridaceae

u

Ölweidenartige – Eleagnales: Ölweidengewächse – Eleagnaceae

u

Rautenartige – Rutales: Sumachgewächse – Anacardiaceae, Rautengewächse – Rutaceae, Bittereschengewächse – Simaroubaceae, Mahagonigewächse, Zederachgewächse – Meliaceae

u

Seifenbaumartige – Sapindales: Seifenbaumgewächse – Sapidaceae, Pimpernussgewächse – Staphyleaceae, Ahorngewächse – Aceraceae, Rosskastaniengewächse – Hippocastanaceae (Aesculuseae)

u

Storchschnabelartige – Geraniales: Leingewächse – Linaceae, Sauerkleegewächse – Oxalidaceae, Storchschnabelgewächse – Geraniaceae, Kapuzinerkressengewächse – Tropaeolaceae, Springkrautgewächse – Balsaminaceae

u

Kreuzblumenartige – Polygalales: Kreuzblumengewächse – Polygalaceae

u

Spindelbaumartige – Celastrales: Stechhülsengewächse – Aquifoliaceae, Spindelbaumgewächse – Celastraceae

260

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Kreuzdornartige – Rhamnales: Kreuzdorngewächse – Rhamnaceae, Weinrebengewächse – Vitaceae

u

Sandelholzartige – Santalales: Sandelholzgewächse – Santalaceae, Riemenblumengewächse – Loranthaceae

u

Wolfsmilchartige – Euphorbiales: Buchsbaumgewächse – Buxaceae, Wolfsmilchgewächse – Euphorbiaceae

u

Seidelbastartige – Thymelaeales: Seidelbastgewächse – Thymelaeaceae

u

Nelkenartige – Caryophyllales: Portulakgewächse – Portulacaceae, Nelkengewächse – Caryophyllaceae, Gänsefußgewächse – Chenopodiaceae, Fuchsschwanzgewächse – Amaranthaceae

u

Knöterichartige – Polygonales: Knöterichgewächse – Polygonaceae

u

Bleiwurzartige – Plumbaginales: Bleiwurzgewächse – Plubaginaceae

u

Glockenblumenartige – Campanulales: Glockenblumengewächse – Campanulaceae, Korbblütler – Compositae (Asteraceae)

u

Kreuzblütenartige – Capparales: Kreuzblütler – Cruciferae (Brassicaceae), Kaperngewächse – Capparaceae, Waugewächse – Resedaceae

u

Kürbisartige – Cucurbitales: Kürbisgewächse – Cucurbitaceae

u

Dilleniales: Johanneskrautgewächse – Hypericaceae (Guttiferae), Dilleniagewächse – Dilleniaceae

u

Kardenartige – Dipsacales: Baldriangewächse – Valerianaceae, Geißblattgewächse – Caprifoliaceae, Kardengewächse – Dipsacaceae, Moschuskrautgewächse – Adoxaceae

u

Ericales: Heidekrautgewächse – Ericaceae, Wintergrüngewächse – Pyrolaceae, Krähenbeerengewächse – Empetraceae

u

Gentianales: Brechnussgewächse – Loganiaceae, Enziangewächse – Gentianaceae, Fieberkleegewächse – Menyanthaceae, Hundsgiftgewächse – Apocynaceae, Rötegewächse – Rubiaceae, Schwalbenwurzgewächse – Asclepiadaceae

u

Malvenartige – Malvales: Lindengewächse – Tiliaceae, Malvengewächse – Malvaceae

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

261

u

Ölbaumartige – Oleales: Ölbaumgewächse – Oleaceae

u

Plantaginales: Sommerwurzgewächse – Orobranchaceae, Wasserschlauchgewächse – Lentibulariaceae, Wegerichgewächse – Plantaginaceae

u

Primelartige – Primulales: Primelgewächse – Primulaceae

u

Weidenartige – Salicales: Weidengewächse – Salicaceae

u

Tubiflorae: Lippenblütler – Labiatae (Lamiaceae), Nachtschattengewächse – Solanaceae, Rachenblütler, Braunwurzgewächse – Scrophulariaceae, Rauhblattgewächse, Boretschg. – Boraginaceae, Seidengewächse – Cuscutaceae, Windengewächse – Convolvulaceae, Polemoniaceae, Eisenkrautgewächse – Verbenaceae

u

Violales: Veilchengewächse – Violaceae, Zistrosengewächse – Cistaceae, Tamariskengewächse – Tamaricaceae

u

Sonstige Blütenpflanzen: Blechnaceae, Ophioglossaceae, Elatinaceae, Kugelblumengewächse – Globulariaceae, Dreizackgewächse – Juncaginaceae, Wassersterngewächse – Callitrichaceae, Blumenbinsengewächse – Scheuchzeriaceae, Zannichelliaceae, Brachsenkräuter – Isoetopsidae, Najadaceae, Hydrophyllaceae, Pfingstrosengewächse – Paeoniaceae, Proteusgewächse – Proteaceae, Kermesbeerengewächse – Phytolaccaceae, Katsuragewächse – Cercidiphyllaceae, Magnoliengewächse – Magnoliaceae, Lorbeergewächse – Droseraceae, Winterrindengewächse – Winteraceae, Tupelobaumgewächse – Nyssaceae, Punicaceae, Ebenholzgewächse – Ebenaceae, Storaxgewächse – Styracaceae, Trompetenbaumgewächse – Bignoniaceae, Mauslochbäume – Myoporaceae

Einkeimblättrige – Monocotyledonae

u

Arales: Aronstabgewächse – Araceae, Wasserlinsengewächse – Lemnaceae, Schmerwurzgewächse – Dioscoreaceae

u

Zingiberales (Scitamineae): Ingwergewächse – Zingiberaceae

u

Cyperales: Sauergräser – Cyperaceae,

u

Graminales: Süßgräser – Gramineae (Poaceae)

262

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

u

Helobiae: Froschbissgewächse – Hydrocharitaceae, Froschlöffelgewächse – Alismataceae, Laichkrautgewächse – Potamogetonaceae, Schwanenblumengewächse – Butomaceae

u

Liliiflorae: Liliengewächse – Liliaceae, Amaryllisgewächse – Amaryllidaceae, Schwertliliengewächse – Iridaceae, Binsengewächse – Juncaceae, Affodillgewächse – Asphodelaceae

u

Orchidales: Orchideen, Knabenkrautgewächse – Orchidaceae

u

Pandales: Rohrkolbengewächse – Typhaceae, Igelkolbengewächse Sparganiaceae

u

Palmales: Palmen – Arecaceae, Agavengewächse – Agavaceae, Drachenbaumgewächse – Dracaenaceae, Bananengewächse – Musaceae

u

Sonstige Einkeimblättrige: Aitoniagewächse – Aitoniaceae, Akanthusgewächse – Acanthaceae, Alangiumgewächse – Alangiaceae, Ananasgewächse – Bromeliaceae, Anisgewächse – Illiciaceae, Australheidegewächse – Epacridaceae, Balsambaumgewächse – Burseraceae, Basellgewächse – Basellaceae, Begoniengewächse – Begoniaceae, Bixagewächse – Bixaceae, Gewürzsträuchergewächse – Calycanthaceae, Cambobagewächse – Cambobaceae, Clethrengewächse – Clethraceae, Clusiagewächse – Clusiaceae, Commelinengewächse – Commelinaceae, Corynacarposgewächse – Corynocarpaceae, Cunoniengewächse – Cunoniaceae, Cyrillagewächse – Cyrillaceae, Daphniphyllagewächse – Daphniphyllaceae, Diapensiengewächse – Diapensiaceae, Dreifadengewächse – Trilliaceae, Ehretiagewächse – Ehretiaceae, Eiskrautgewächse – Aizoaceae, Elaeocarpagewächse – Elaeocarpaceae, Eupteleagewächse – Eupteleaceae, Fingerfruchtgewächse – Lardizabalaceae, Flacourtiagewächse – Flacourtiaceae, Frankeniengewächse – Frankeniaceae, Germergewächse – Melanthiaceae (Liliaceae)

WinFunktion Chemie & Biologie Me 2

263