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2026-07-27T15:08:41Z

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{{T}}

{{BR}}
= Einleitung =

'''Treibhauseffekt und Klimachemie - Chemie''' verbindet [[Chemie]], [[Physik]] und [[Klimawissenschaft]]. Du untersuchst, warum bestimmte Moleküle [[Infrarotstrahlung]] aufnehmen, wie Kohlenstoff zwischen Atmosphäre, Lebewesen, Böden und Ozeanen ausgetauscht wird und welche chemischen Reaktionen Treibhausgase freisetzen oder binden.

Der natürliche [[Treibhauseffekt]] ist lebenswichtig. Bestimmte Gase in der Atmosphäre absorbieren einen Teil der Wärmestrahlung der Erde und senden Strahlung in verschiedene Richtungen zurück. Durch zusätzliche, vom Menschen verursachte Emissionen wird dieser Effekt verstärkt. Entscheidend ist nicht, dass Wärme dauerhaft „eingesperrt“ wird, sondern dass sich die Energiebilanz der Erde verändert.

[[Datei:Treibhauseffekt-Schema.svg|500px|rahmenlos|center]]

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=eI8L3wV3pBo |500|center}}

Nach diesem aiMOOC kannst Du den Treibhauseffekt auf Teilchenebene erklären, wichtige Treibhausgase vergleichen, Reaktionsgleichungen zur Klimachemie deuten und chemische Möglichkeiten zur Emissionsminderung beurteilen.

{{BR}}
= Grundlagen des Treibhauseffekts =

{{BR}}
== Natürlicher und anthropogener Treibhauseffekt ==

Die Sonne liefert überwiegend kurzwellige Strahlung. Ein Teil wird von Wolken, Luft und Erdoberfläche reflektiert. Der übrige Anteil wird aufgenommen und erwärmt die Erdoberfläche. Diese gibt Energie als langwellige [[Infrarotstrahlung]] ab.

Treibhausgase absorbieren bestimmte Bereiche dieser Infrarotstrahlung. Anschließend geben ihre Moleküle Energie durch Strahlung und Zusammenstöße weiter. Ein Teil der Energie wird wieder in Richtung Erdoberfläche übertragen. Dadurch sind Erdoberfläche und untere Atmosphäre wärmer, als sie ohne Treibhausgase wären.

Der '''natürliche Treibhauseffekt''' entsteht durch natürlich vorkommende Gase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan. Der '''anthropogene Treibhauseffekt''' ist die zusätzliche Erwärmungswirkung durch vom Menschen erhöhte Konzentrationen langlebiger Treibhausgase.

[[Datei:Treibhauseffekt.svg|500px|rahmenlos|center]]

'''Wichtig:''' Ein echtes Gewächshaus und die Atmosphäre funktionieren nicht vollständig gleich. Im Gewächshaus wird vor allem der Austausch erwärmter Luft behindert. In der Atmosphäre ist die Absorption und Emission von Strahlung durch Moleküle entscheidend.

{{BR}}
== Energie, Frequenz und Wellenlänge ==

Elektromagnetische Strahlung transportiert Energie. Für ein Photon gilt:

<math>E = h \cdot \nu</math>

Dabei ist <math>E</math> die Energie, <math>h</math> das Plancksche Wirkungsquantum und <math>\nu</math> die Frequenz.

Frequenz und Wellenlänge hängen zusammen:

<math>c = \lambda \cdot \nu</math>

Dabei ist <math>c</math> die Lichtgeschwindigkeit und <math>\lambda</math> die Wellenlänge. Langwellige Infrarotstrahlung besitzt eine niedrigere Frequenz als sichtbares Licht.

[[Datei:Atmospheric Transmission de.png|500px|rahmenlos|center]]

Das Bild zeigt, dass die Atmosphäre nicht für alle Wellenlängen gleich durchlässig ist. Moleküle absorbieren nur Strahlung, deren Energie zu möglichen Rotations- oder Schwingungsübergängen passt.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=lUucND1s0lM |500|center}}

{{BR}}
= Moleküle als Treibhausgase =

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== Infrarotaktive Molekülschwingungen ==

Atome in einem Molekül sind nicht starr verbunden. Bindungen können sich strecken und Bindungswinkel können sich verändern. Eine Molekülschwingung kann Infrarotstrahlung aufnehmen, wenn sich dabei die elektrische Ladungsverteilung beziehungsweise das [[Dipolmoment]] verändert.

Die Hauptbestandteile der Luft, Stickstoff <math>\mathrm{N_2}</math> und Sauerstoff <math>\mathrm{O_2}</math>, sind zweiatomige Moleküle aus gleichen Atomen. Ihre gewöhnlichen Schwingungen erzeugen keine passende Änderung des Dipolmoments. Deshalb tragen sie unter atmosphärischen Bedingungen kaum zum Treibhauseffekt bei.

Kohlenstoffdioxid ist zwar insgesamt unpolar, besitzt aber infrarotaktive Biege- und asymmetrische Streckschwingungen. Auch Methan ist insgesamt symmetrisch, doch bestimmte Schwingungen verändern seine Ladungsverteilung.

[[Datei:Carbon dioxide infrared absorption.png|500px|rahmenlos|center]]

{{BR}}
== Kohlenstoffdioxid ==

Ein Kohlenstoffdioxidmolekül besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Seine Struktur ist linear:

<math>\mathrm{O=C=O}</math>

[[Datei:Carbon dioxide 3D ball.png|500px|rahmenlos|center]]

Kohlenstoffdioxid entsteht unter anderem bei Zellatmung, Verbrennung, Zersetzung organischer Stoffe und bei der Herstellung von Kalk und Zement. Es wird durch Photosynthese, Lösung im Meer und langfristige geologische Prozesse aus der Atmosphäre entfernt.

Bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff gilt:

<math>\mathrm{C + O_2 \rightarrow CO_2}</math>

Bei der Verbrennung von Methan gilt:

<math>\mathrm{CH_4 + 2\,O_2 \rightarrow CO_2 + 2\,H_2O}</math>

Kohlenstoffdioxid ist farblos und bei üblichen Konzentrationen geruchlos. Es ist zugleich Ausgangsstoff der Photosynthese und ein wichtiges langlebiges Treibhausgas. Nicht das Molekül an sich ist „schlecht“, sondern die schnelle zusätzliche Freisetzung von Kohlenstoff, der zuvor lange in fossilen Lagerstätten gespeichert war.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=smqk-qDIQx4 |500|center}}

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== Methan ==

Methan besitzt die Formel <math>\mathrm{CH_4}</math>. Das Molekül ist tetraedrisch aufgebaut.

[[Datei:Methane-3D-space-filling.svg|400px|rahmenlos|center]]

Methan entsteht unter anderem beim anaeroben Abbau organischer Stoffe, in Feuchtgebieten, in der Tierhaltung, auf Deponien und bei Förderung oder Transport fossiler Energieträger. In der Atmosphäre wird es schrittweise oxidiert. Methan wirkt pro Molekül stark auf den Strahlungshaushalt, verbleibt aber im Mittel deutlich kürzer in der Atmosphäre als Kohlenstoffdioxid.

[[Datei:Methane-combustion.svg|500px|rahmenlos|center]]

Die Verbrennung von Methan setzt weniger Kohlenstoffdioxid pro freigesetzter Energiemenge frei als die Verbrennung kohlenstoffreicherer fossiler Brennstoffe. Entweichendes, unverbranntes Methan kann diesen Vorteil jedoch teilweise vermindern.

{{BR}}
== Lachgas, Wasserdampf, Ozon und F-Gase ==

[[Datei:Nitrous-oxide-3D-balls.png|500px|rahmenlos|center]]

'''Lachgas''' beziehungsweise Distickstoffmonoxid besitzt die Formel <math>\mathrm{N_2O}</math>. Es entsteht vor allem durch mikrobielle Umsetzungen stickstoffhaltiger Verbindungen in Böden und Gewässern. Landwirtschaftliche Düngung kann die Emissionen erhöhen.

[[Datei:Water molecule 3D.svg|400px|rahmenlos|center]]

'''Wasserdampf''' mit der Formel <math>\mathrm{H_2O}</math> ist ein sehr wichtiges natürliches Treibhausgas. Seine Konzentration hängt stark von Temperatur, Verdunstung und Kondensation ab. Steigt die Temperatur, kann die Luft mehr Wasserdampf enthalten. Wasserdampf verstärkt deshalb häufig eine bereits begonnene Erwärmung und wirkt vor allem als [[Rückkopplung]].

'''Ozon''' mit der Formel <math>\mathrm{O_3}</math> absorbiert Strahlung. In der Stratosphäre schützt es vor schädlicher Ultraviolettstrahlung. In Bodennähe ist es ein Luftschadstoff und trägt zugleich zum Treibhauseffekt bei.

'''Fluorierte Gase''' werden technisch unter anderem als Kältemittel, Isoliergase oder in industriellen Prozessen eingesetzt. Viele dieser Stoffe absorbieren Infrarotstrahlung sehr wirksam und können lange in der Atmosphäre verbleiben.

{| class="wikitable"
! Stoff
! Formel
! Molekülmerkmal
! Klimachemische Rolle
|-
| Wasserdampf
| <math>\mathrm{H_2O}</math>
| gewinkeltes, polares Molekül
| natürliches Treibhausgas und wichtige Rückkopplung
|-
| Kohlenstoffdioxid
| <math>\mathrm{CO_2}</math>
| linear, bestimmte Schwingungen infrarotaktiv
| langlebiger Einfluss auf den Strahlungshaushalt
|-
| Methan
| <math>\mathrm{CH_4}</math>
| tetraedrisch, infrarotaktive Schwingungen
| stark wirksames Treibhausgas mit kürzerer Verweildauer
|-
| Lachgas
| <math>\mathrm{N_2O}</math>
| lineares Molekül
| langlebiges Treibhausgas, häufig mit Stickstoffkreislauf verbunden
|-
| Ozon
| <math>\mathrm{O_3}</math>
| gewinkeltes Molekül
| Strahlungsabsorption und unterschiedliche Wirkung je nach Höhe
|-
| F-Gase
| verschiedene Formeln
| häufig halogenierte Moleküle
| technisch erzeugte, teils sehr wirksame Treibhausgase
|}

{{BR}}
= Kohlenstoffkreislauf und Klimachemie =

Kohlenstoff wird fortlaufend zwischen [[Atmosphäre]], [[Biosphäre]], [[Hydrosphäre]], Böden und Gesteinen ausgetauscht. Zu den schnellen Prozessen gehören Photosynthese, Atmung, Zersetzung und der Austausch zwischen Luft und Oberflächenwasser. Gesteinsbildung, Verwitterung und die Entstehung fossiler Lagerstätten laufen wesentlich langsamer ab.

[[Datei:Carbon cycle-cute diagram-german.svg|500px|rahmenlos|center]]

Bei der Photosynthese wird Kohlenstoffdioxid vereinfacht in energiereiche organische Stoffe eingebaut:

<math>\mathrm{6\,CO_2 + 6\,H_2O \xrightarrow{Licht} C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2}</math>

Bei Zellatmung und vielen Zersetzungsprozessen läuft die Gesamtreaktion in umgekehrter Richtung:

<math>\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 6\,O_2 \rightarrow 6\,CO_2 + 6\,H_2O}</math>

Verbrennt der Mensch Kohle, Erdöl oder Erdgas, wird zusätzlicher Kohlenstoff aus langfristigen Speichern in kurzer Zeit als Kohlenstoffdioxid freigesetzt. Natürliche Senken nehmen einen Teil davon auf, aber nicht sofort die gesamte zusätzliche Menge.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=KX0mpvA0g0c |500|center}}

{{BR}}
== Langfristige Veränderungen ==

Messungen an Luft, Eisbohrkernen und anderen Klimaarchiven zeigen, dass sich die Kohlenstoffdioxidkonzentration und das Klima im Lauf der Erdgeschichte verändert haben. Die heutige schnelle Zunahme steht vor allem mit der Verbrennung fossiler Energieträger, Landnutzungsänderungen und bestimmten Industrieprozessen in Verbindung.

[[Datei:Carbon Dioxide 800kyr.svg|500px|rahmenlos|center]]

[[Datei:Temperature reconstruction last two millennia-de.svg|500px|rahmenlos|center]]

Die Diagramme stellen unterschiedliche Messgrößen dar. Eine gemeinsame zeitliche Entwicklung allein beweist noch keine Ursache. Die ursächliche Verbindung wird zusätzlich durch Strahlungsphysik, Molekülspektroskopie, Isotopenuntersuchungen, Energieflussmessungen und Klimamodelle geprüft.

{{BR}}
== Ozean, Kohlensäure und Carbonatgleichgewicht ==

Kohlenstoffdioxid kann sich im Wasser lösen:

<math>\mathrm{CO_2(g) \rightleftharpoons CO_2(aq)}</math>

Ein kleiner Teil reagiert mit Wasser zu Kohlensäure:

<math>\mathrm{CO_2(aq) + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3}</math>

Kohlensäure kann Protonen abgeben:

<math>\mathrm{H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-}</math>

Auch Hydrogencarbonat steht in einem Gleichgewicht:

<math>\mathrm{HCO_3^- \rightleftharpoons H^+ + CO_3^{2-}}</math>

Wird mehr Kohlenstoffdioxid gelöst, steigt die Konzentration von Oxoniumionen beziehungsweise Protonen. Der pH-Wert sinkt. Dieser Vorgang heißt [[Ozeanversauerung]]. Das Meer wird dabei nicht plötzlich zu einer starken Säure, sondern sein pH-Wert verschiebt sich in Richtung niedrigerer Werte.

Carbonationen werden für die Bildung von Calciumcarbonat benötigt:

<math>\mathrm{Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightleftharpoons CaCO_3}</math>

Eine geringere Verfügbarkeit von Carbonationen kann die Kalkbildung bestimmter Organismen erschweren. Gleichzeitig nimmt der Ozean einen Teil des zusätzlichen Kohlenstoffdioxids auf und wirkt damit als Kohlenstoffsenke.

{{BR}}
= Chemische Quellen von Treibhausgasen =

Treibhausgasemissionen entstehen nicht nur bei der Verbrennung. Auch chemische, biologische und technische Prozesse tragen dazu bei.

Bei der Zementherstellung wird Kalkstein erhitzt:

<math>\mathrm{CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2}</math>

In landwirtschaftlichen Böden wandeln Mikroorganismen Stickstoffverbindungen um. Dabei kann Lachgas entstehen. In sauerstoffarmen Umgebungen bilden Mikroorganismen Methan. Kältemittel können bei Herstellung, Betrieb oder Entsorgung technischer Anlagen entweichen.

[[Datei:Greenhouse gas emissions by gas, OWID.svg|500px|rahmenlos|center]]

Das '''Kohlenstoffdioxid-Äquivalent''' ermöglicht einen Vergleich verschiedener Treibhausgase. Dabei wird ihre Erwärmungswirkung über einen festgelegten Zeitraum auf die Wirkung einer entsprechenden Menge Kohlenstoffdioxid bezogen. Das Ergebnis hängt deshalb auch vom gewählten Zeitraum ab.

{{BR}}
= Klimaschutz durch Chemie =

Chemie kann Emissionen nicht allein lösen, aber sie liefert wichtige Werkzeuge. Dazu gehören bessere Batterien, langlebige Materialien, emissionsärmere Zemente, Katalysatoren, Wärmespeicher, grüner Wasserstoff, sichere Kältemittel und Verfahren zur Abtrennung von Kohlenstoffdioxid.

Eine sinnvolle Reihenfolge lautet: Emissionen möglichst vermeiden, Energie und Rohstoffe effizienter nutzen, Stoffkreisläufe schließen und schwer vermeidbare Restemissionen gezielt behandeln. Bei jeder technischen Lösung müssen Energiebedarf, Rohstoffverbrauch, Sicherheit, Lebensdauer und mögliche Nebenwirkungen geprüft werden.

Die Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid kann in bestimmten Industrieprozessen eine Rolle spielen. Sie ersetzt jedoch nicht die Vermeidung unnötiger Emissionen. Auch die Bindung von Kohlenstoff in Wäldern und Böden ist wichtig, bleibt aber durch Fläche, Zeit, Brände und andere Risiken begrenzt.

{{BR}}
= Experiment: Kohlenstoffdioxid nachweisen =

Mit der Kalkwasserprobe lässt sich Kohlenstoffdioxid nachweisen. Leite eine kleine Menge kohlenstoffdioxidhaltiges Gas durch Calciumhydroxidlösung. Es entsteht ein weißer Niederschlag aus Calciumcarbonat:

<math>\mathrm{Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + H_2O}</math>

Das Gas kann beispielsweise durch die Reaktion von Natriumhydrogencarbonat mit verdünnter Essigsäure erzeugt werden. Das Experiment zeigt die Bildung und den chemischen Nachweis von Kohlenstoffdioxid. Es beweist allein noch nicht den atmosphärischen Treibhauseffekt.

'''Sicherheit:''' Führe den Versuch nur nach Anweisung der Lehrkraft durch. Trage eine Schutzbrille. Verschließe ein Gefäß mit Gasentwicklung niemals druckdicht. Kalkwasser darf nicht getrunken werden und soll Haut und Augen nicht berühren.

{{#ev:youtube| https://www.youtube.com/watch?v=hrT00co7_7s |500|center}}

{{BR}}
= Typische Fehlvorstellungen =

# [[Treibhauseffekt|Treibhausgase speichern Wärme nicht dauerhaft]]: Sie absorbieren und emittieren Strahlung und verändern dadurch Energieflüsse.
# [[Kohlenstoffdioxid|Kohlenstoffdioxid ist nicht giftig im üblichen Außenluftbereich]]: In hohen Konzentrationen kann es dennoch gefährlich sein.
# [[Wasserdampf|Wasserdampf widerlegt die Rolle von Kohlenstoffdioxid nicht]]: Er wirkt überwiegend als temperaturabhängige Rückkopplung.
# [[Ozon|Ozon ist nicht überall gleich zu bewerten]]: In der Stratosphäre schützt es, in Bodennähe ist es ein Schadstoff.
# [[Klima|Wetter und Klima sind verschieden]]: Einzelne kalte Tage widerlegen keinen langfristigen Klimatrend.

{{BR}}
= Merksätze =

# [[Infrarotstrahlung]]: Die warme Erde sendet überwiegend langwellige Strahlung aus.
# [[Molekülschwingung]]: Ein Gas wirkt als Treibhausgas, wenn passende Molekülbewegungen Infrarotstrahlung absorbieren können.
# [[Kohlenstoffkreislauf]]: Quellen geben Kohlenstoff ab, Senken nehmen ihn auf.
# [[Chemisches Gleichgewicht]]: Gelöstes Kohlenstoffdioxid verändert das Carbonatsystem des Meeres.
# [[Klimaschutz]]: Chemische Technik muss immer zusammen mit Energiebedarf, Rohstoffen und gesamten Stoffströmen bewertet werden.

{{BR}}
= Interaktive Aufgaben =

{{BR}}
== Quiz: Teste Dein Wissen ==

{{MC}}

'''Welche Strahlung gibt die erwärmte Erdoberfläche überwiegend ab?'''
(Infrarotstrahlung)
(!Ultraviolettstrahlung)
(!Röntgenstrahlung)
(!Gammastrahlung)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Wann kann eine Molekülschwingung Infrarotstrahlung besonders gut absorbieren?'''
(Wenn sich dabei das Dipolmoment verändert)
(!Wenn das Molekül ausschließlich aus Metallatomen besteht)
(!Wenn das Molekül vollständig unbeweglich ist)
(!Wenn seine Masse null wird)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum tragen Stickstoff und Sauerstoff kaum zum Treibhauseffekt bei?'''
(Ihre gewöhnlichen Schwingungen erzeugen keine passende Änderung des Dipolmoments)
(!Sie kommen in der Atmosphäre nicht vor)
(!Sie bestehen aus Ionen)
(!Sie absorbieren ausschließlich sichtbares grünes Licht)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was beschreibt den anthropogenen Treibhauseffekt?'''
(Die zusätzliche Erwärmungswirkung durch menschlich erhöhte Treibhausgaskonzentrationen)
(!Die tägliche Erwärmung eines Gewächshauses)
(!Die Entstehung der Ozonschicht ohne menschlichen Einfluss)
(!Die Abkühlung der Erde durch Photosynthese allein)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Produkte entstehen bei der vollständigen Verbrennung von Methan?'''
(Kohlenstoffdioxid und Wasser)
(!Kohlenstoff und Wasserstoff)
(!Stickstoff und Ozon)
(!Calciumcarbonat und Sauerstoff)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Funktion hat die Photosynthese im Kohlenstoffkreislauf?'''
(Sie bindet Kohlenstoffdioxid in organischen Stoffen)
(!Sie wandelt Sauerstoff vollständig in Ozon um)
(!Sie erzeugt Methan durch Verbrennung)
(!Sie zerlegt Calciumcarbonat durch Erhitzen)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was geschieht, wenn zusätzliches Kohlenstoffdioxid im Meerwasser gelöst wird?'''
(Der pH-Wert kann sinken)
(!Das Wasser wird automatisch stark alkalisch)
(!Alle Salze verschwinden)
(!Das Wasser gefriert sofort)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Welche Rolle spielt Wasserdampf häufig im Klimasystem?'''
(Er verstärkt als Rückkopplung eine Temperaturänderung)
(!Er ist der Hauptbestandteil trockener Luft)
(!Er kann keine Infrarotstrahlung absorbieren)
(!Er bleibt unabhängig von der Temperatur immer gleich konzentriert)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Warum wird Kalkwasser beim Nachweis von Kohlenstoffdioxid trüb?'''
(Es entsteht ein Niederschlag aus Calciumcarbonat)
(!Es bildet sich elementares Calcium)
(!Wasser wird vollständig verdampft)
(!Sauerstoff wird zu Stickstoff reduziert)

{{E}}
<br>

{{MC}}

'''Was bedeutet Kohlenstoffdioxid-Äquivalent?'''
(Die Klimawirkung eines Gases wird auf Kohlenstoffdioxid bezogen)
(!Jedes Treibhausgas wird chemisch in Kohlenstoffdioxid umgewandelt)
(!Alle Gase besitzen dieselbe Lebensdauer)
(!Nur Kohlenstoffdioxid wird gemessen)

{{E}}
<br>

{{BR}}
== Memory ==

<div class="memo-quiz">
{|
|-
| Infrarotstrahlung || Wärmestrahlung der Erdoberfläche
|-
| Kohlenstoffdioxid || Lineares Molekül mit infrarotaktiven Biegeschwingungen
|-
| Methan || Tetraedrisches Molekül mit der Formel CH4
|-
| Lachgas || Treibhausgas aus dem Stickstoffkreislauf
|-
| Wasserdampf || Temperaturabhängige Rückkopplung
|-
| Photosynthese || Bindung von Kohlenstoff in Biomasse
|-
| Kalkwasserprobe || Bildung eines weißen Calciumcarbonatniederschlags
|-
| Ozeanversauerung || Abnahme des pH-Werts durch gelöstes CO2
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== Drag and Drop ==

<div class="lueckentext-quiz">

{| class="wikitable"
! Ordne die richtigen Begriffe zu.
! Chemische Beschreibung
|-
| '''Kohlenstoffdioxid'''
| Lineares Molekül mit der Formel CO2
|-
| '''Methan'''
| Tetraedrisches Molekül mit der Formel CH4
|-
| '''Lachgas'''
| Stickstoffhaltiges Treibhausgas mit der Formel N2O
|-
| '''Wasserdampf'''
| Gewinkeltes polares Molekül mit der Formel H2O
|-
| '''Ozon'''
| Dreiatomiges Sauerstoffmolekül
|-
| '''Fluorierte Gase'''
| Technisch genutzte Stoffgruppe mit teils hoher Klimawirkung

|}
{{E}}

<br>
<br />

{{BR}}
== Kreuzworträtsel ==

<div class="kreuzwort-quiz">
{|
|-
| Infrarot || Welche Strahlungsart gibt die erwärmte Erdoberfläche überwiegend ab?
|-
| Methan || Welches Treibhausgas besitzt ein tetraedrisches Molekül?
|-
| Absorption || Wie heißt die Aufnahme von Strahlungsenergie?
|-
| Kalkwasser || Welche Lösung wird zum Nachweis von Kohlenstoffdioxid verwendet?
|-
| Carbonat || Welches Ion wird für die Bildung von Calciumcarbonat benötigt?
|-
| Photosynthese || Welcher Prozess bindet Kohlenstoffdioxid in organischen Stoffen?
|}
{{E}}
<br>

{{BR}}
== LearningApps ==

<iframe> https://learningapps.org/index.php?s=Treibhauseffekt+Klimachemie+Chemie </iframe>

{{BR}}
== Lückentext ==

<quiz display=simple>
{'''Vervollständige den Text.'''<br>
|type="{}"}
Die erwärmte Erdoberfläche sendet vor allem { Infrarotstrahlung } aus. Ein Molekül kann diese Strahlung aufnehmen, wenn eine passende Schwingung sein { Dipolmoment } verändert. Kohlenstoffdioxid besitzt die chemische Formel { CO2 }. Methan besitzt eine { tetraedrische } Molekülstruktur. Die vollständige Verbrennung von Methan bildet Kohlenstoffdioxid und { Wasser }. Bei der Photosynthese wird Kohlenstoff in { Biomasse } gebunden. Wasserdampf wirkt im Klimasystem häufig als { Rückkopplung }. Gelöstes Kohlenstoffdioxid kann den pH-Wert des Meerwassers { senken }. Für die Kalkbildung benötigen viele Organismen { Carbonationen }. Beim Kalkwassernachweis entsteht ein Niederschlag aus { Calciumcarbonat }. Die thermische Zersetzung von Kalkstein setzt bei der Zementherstellung { Kohlenstoffdioxid } frei. Das Kohlenstoffdioxid-Äquivalent dient dem { Vergleich } verschiedener Treibhausgase.
</quiz>

<br>

{{BR}}
= Offene Aufgaben =

{{BR}}
=== Leicht ===

# [[Molekülmodell]]: Baue Modelle von Wasser, Kohlenstoffdioxid und Methan und beschreibe Form, Bindungswinkel und Symmetrie.
# [[Treibhauseffekt]]: Zeichne den Weg kurzwelliger Sonnenstrahlung und langwelliger Erdstrahlung in einem eigenen Schema.
# [[Fachbegriffe]]: Gestalte sechs Lernkarten zu Absorption, Emission, Infrarotstrahlung, Dipolmoment, Quelle und Senke.
# [[Kalkwasserprobe]]: Schreibe ein Versuchsprotokoll mit Fragestellung, Material, Durchführung, Beobachtung, Reaktionsgleichung und Entsorgung.

{{BR}}
=== Standard ===

# [[Molekülschwingung]]: Erkläre mit selbst gezeichneten Molekülbildern, warum bestimmte Schwingungen des Kohlenstoffdioxids infrarotaktiv sind.
# [[Kohlenstoffkreislauf]]: Erstelle eine Infografik, in der mindestens vier Kohlenstoffspeicher und sechs Stoffflüsse vorkommen.
# [[Medienanalyse]]: Prüfe ein öffentliches Erklärvideo zum Treibhauseffekt auf fachliche Genauigkeit und kennzeichne Vereinfachungen.
# [[Emissionsquelle]]: Untersuche eine lokale Quelle von Treibhausgasen und führe dazu ein Interview mit einer fachkundigen Person.

{{BR}}
=== Schwer ===

# [[Datenanalyse]]: Werte eine Zeitreihe zur Kohlenstoffdioxidkonzentration aus und unterscheide langfristigen Trend und jahreszeitliche Schwankung.
# [[Chemisches Gleichgewicht]]: Erkläre mit dem Prinzip von Le Chatelier, wie zusätzliches gelöstes Kohlenstoffdioxid das Carbonatsystem des Meeres beeinflusst.
# [[Klimaschutztechnik]]: Vergleiche zwei chemisch-technische Minderungsmaßnahmen anhand von Energiebedarf, Rohstoffen, Sicherheit und möglicher Emissionsreduktion.
# [[Bewertungskompetenz]]: Entwickle eine begründete Empfehlung für eine Schule, die ihren Treibhausgasausstoß senken möchte, und berücksichtige direkte sowie indirekte Emissionen.

{{:Offene Aufgabe - MOOC erstellen}}

{{BR}}
= Lernkontrolle =

# [[Strahlung und Molekülbau]]: Erkläre, warum die Häufigkeit eines Gases allein nicht entscheidet, wie stark es zum Treibhauseffekt beiträgt.
# [[Kohlenstoffkreislauf]]: Beurteile die Aussage „Ein gepflanzter Baum macht die Verbrennung von Benzin sofort klimaneutral“ mithilfe von Speicherzeiten und Stoffflüssen.
# [[Methan]]: Vergleiche zwei Energieszenarien, bei denen Erdgas entweder vollständig verbrannt wird oder teilweise unverbrannt entweicht.
# [[Ozeanversauerung]]: Leite aus den Gleichgewichtsreaktionen ab, warum steigende Kohlenstoffdioxidaufnahme die Carbonatkonzentration beeinflussen kann.
# [[Zement]]: Entwickle Vorschläge, wie sich Prozessemissionen und Energieemissionen bei der Zementherstellung unterscheiden und vermindern lassen.
# [[Klimaschutz]]: Bewerte eine technische Lösung nicht nur nach ihrer direkten Emissionsminderung, sondern auch nach Rohstoffbedarf, Lebensdauer und Entsorgung.

<br>
<br>

{{BR}}
= Lernnachweis =

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema ist wichtig, dass Du:

# den natürlichen und den anthropogenen Treibhauseffekt unterscheiden kannst,
# den Weg von Sonnenstrahlung und Erdstrahlung fachlich korrekt beschreibst,
# Infrarotaktivität mit Molekülschwingungen und Dipolmomentänderungen erklärst,
# Struktur und Wirkung wichtiger Treibhausgasmoleküle vergleichst,
# Reaktionsgleichungen zu Verbrennung, Photosynthese, Kalkbildung und Zementherstellung deutest,
# Quellen, Senken und Speicher im Kohlenstoffkreislauf unterscheidest,
# die Gleichgewichte der Kohlensäure- und Carbonatchemie erläuterst,
# Experimente sicher planst und ihre Aussagekraft kritisch begrenzt,
# chemische Klimaschutzmaßnahmen anhand mehrerer Kriterien bewertest.

<br>
<br>

{{BR}}
= OERs zum Thema =

<iframe> https://de.m.wikipedia.org/wiki/Treibhauseffekt </iframe>

<br>

{{BR}}
= Verknüpfte Lernbereiche =

{| align=center
{{:D-Tab}}
'''[[Treibhauseffekt und Klimachemie - Chemie]]'''
# [[Treibhauseffekt]]
# [[Treibhausgas]]
# [[Kohlenstoffdioxid]]
# [[Methan]]
# [[Infrarotspektroskopie]]
# [[Kohlenstoffkreislauf]]
# [[Ozeanversauerung]]
# [[Chemisches Gleichgewicht]]
# [[Verbrennung]]
# [[Klimaschutz]]
|}

[[Kategorie:Chemie]]
[[Kategorie:Klima]]
[[Kategorie:Klimawandel]]
[[Kategorie:Treibhauseffekt]]
[[Kategorie:Klimachemie]]
[[Kategorie:Naturwissenschaften]]
[[Kategorie:Sekundarstufe I]]
[[Kategorie:Sekundarstufe II]]
[[Kategorie:Klasse 8-10]]

{{BR}}
= aiMOOC-Projekte =
[[Kategorie:AI_MOOC]] [[Kategorie:GPT aiMOOC]]
{{MT}}

Treibhauseffekt und Klimachemie - Chemie - Versionsgeschichte

Glanz: aiMOOC über GPT aiMOOC Action erstellt