Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle - Chemie

Einleitung

Die chemischen Elemente lassen sich nach typischen Eigenschaften in Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle einteilen. Diese Einteilung hilft Dir, den Aufbau des Periodensystems, Stoffeigenschaften und chemische Reaktionen besser zu verstehen. Sie ist jedoch kein starres Schubladensystem: Besonders bei den Halbmetallen hängt die Zuordnung teilweise von der verwendeten Definition ab.

Metalle findest Du im Periodensystem vor allem links und in der Mitte. Nichtmetalle stehen überwiegend rechts oben; eine wichtige Ausnahme ist Wasserstoff links oben. Dazwischen verläuft ein stufenförmiger Übergangsbereich mit den Halbmetallen. Im Schulunterricht werden häufig Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur dazugezählt.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle im Periodensystem einordnen, ihre typischen Eigenschaften vergleichen und begründen, warum Ausnahmen wichtig sind. Du kannst außerdem einfache Zusammenhänge zwischen Elektronen, Bindungsarten, Leitfähigkeit und Stoffverwendung erklären.

Die drei Stoffgruppen im Überblick

Stoffgruppe	Lage im Periodensystem	Typische Eigenschaften	Beispiele
Metalle	links und Mitte	meist glänzend, verformbar, gute Wärme- und Stromleiter	Eisen, Kupfer, Aluminium, Zink
Halbmetalle	entlang der Grenzlinie	oft spröde, teils metallischer Glanz, meist Halbleiter	Bor, Silicium, Germanium
Nichtmetalle	überwiegend rechts oben sowie Wasserstoff	oft schlechte Leiter; fest, flüssig oder gasförmig	Sauerstoff, Schwefel, Kohlenstoff, Chlor

Die Angaben sind typische Merkmale. Sie gelten nicht ausnahmslos. Quecksilber ist beispielsweise ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall. Graphit, eine Form des Nichtmetalls Kohlenstoff, leitet elektrischen Strom.

Metalle

Metalle bestehen aus Atomen, deren Außenelektronen in einer Metallbindung nicht fest an ein einzelnes Atom gebunden sind. Vereinfacht kann man sich positiv geladene Atomrümpfe in einem Gitter und bewegliche Elektronen dazwischen vorstellen. Dieses Modell erklärt mehrere Metalleigenschaften.

Eigenschaft	Erklärung und Bedeutung
Elektrische Leitfähigkeit	Bewegliche Elektronen können elektrische Ladung durch das Metall transportieren.
Wärmeleitfähigkeit	Energie wird im Metallgitter schnell weitergegeben.
Verformbarkeit	Gitterebenen können sich verschieben, ohne dass der Zusammenhalt sofort verloren geht.
Metallischer Glanz	Elektronen an der Oberfläche wechselwirken mit einfallendem Licht.

Kupfer wird wegen seiner hohen Leitfähigkeit häufig für Kabel verwendet. Aluminium ist leicht und wird unter anderem im Fahrzeugbau, in Verpackungen und in Bauteilen eingesetzt. Eisen ist ein wichtiger Bestandteil von Stahl. Zink kann Eisenoberflächen vor Korrosion schützen.

Reine Metalle und Legierungen

Ein reines Metall besteht aus nur einem chemischen Element. Eine Legierung ist dagegen ein metallischer Werkstoff aus mindestens zwei Bestandteilen. Bronze enthält vor allem Kupfer und Zinn, Messing vor allem Kupfer und Zink. Legierungen können andere Härte-, Schmelz- oder Korrosionseigenschaften als ihre Ausgangsstoffe besitzen.

Halbmetalle

Halbmetalle werden auch Metalloide genannt. Sie liegen im Periodensystem im Übergangsbereich zwischen Metallen und Nichtmetallen. Ihre Zuordnung ist nicht überall gleich. Im Schulunterricht werden meist Bor, Silicium, Germanium, Arsen, Antimon und Tellur genannt.

Viele Halbmetalle sind fest, spröde und zeigen einen metallischen Glanz. Besonders wichtig ist ihre elektrische Leitfähigkeit: Sie leiten schlechter als Metalle, aber besser als viele Nichtmetalle. Solche Stoffe heißen Halbleiter. Ihre Leitfähigkeit kann durch Temperatur, Licht oder gezielte Zugabe kleiner Mengen anderer Stoffe verändert werden.

Silicium ist der wichtigste Grundstoff vieler Computerchips und Solarzellen. In der Natur kommt es meist gebunden vor, beispielsweise in Siliciumdioxid $S i O_{2}$ und in Silikaten.

Siliciumcarbid $S i C$ ist eine Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff. Es ist sehr hart und wird unter anderem als Schleifmittel und in technischen Bauteilen eingesetzt.

Nichtmetalle

Nichtmetalle besitzen sehr unterschiedliche Erscheinungsformen. Bei Raumtemperatur gibt es gasförmige Nichtmetalle wie Sauerstoff und Stickstoff, das flüssige Brom sowie feste Nichtmetalle wie Schwefel, Kohlenstoff und Iod.

Viele Nichtmetalle leiten Wärme und elektrischen Strom schlecht. Feste Nichtmetalle sind häufig spröde und nicht schmiedbar. Nichtmetallatome gehen oft Atombindungen ein, indem sie Elektronenpaare gemeinsam nutzen. Bei Reaktionen mit Metallen nehmen Nichtmetallatome häufig Elektronen auf und bilden negative Ionen.

Kohlenstoff zeigt besonders deutlich, dass die Struktur eines Stoffes seine Eigenschaften bestimmt. Diamant ist sehr hart und elektrisch nicht leitend. Graphit ist weich und elektrisch leitfähig. Beide bestehen ausschließlich aus Kohlenstoffatomen, besitzen aber unterschiedliche Anordnungen.

Elektronen und chemisches Verhalten

Die Stellung eines Elements im Periodensystem hängt mit seiner Elektronenkonfiguration zusammen. Besonders wichtig sind die Außenelektronen, auch Valenzelektronen genannt.

Metallatome geben bei Reaktionen häufig Elektronen ab. Dabei entstehen positiv geladene Kationen. Nichtmetallatome nehmen häufig Elektronen auf und bilden negative Anionen, oder sie teilen Elektronen mit anderen Nichtmetallatomen. Diese Regeln beschreiben Tendenzen und haben Ausnahmen.

Ein vereinfachtes Beispiel ist die Bildung von Natriumchlorid:

$2 N a + C l_{2} \to 2 N a C l$

Dabei wird Natrium oxidiert und Chlor reduziert. Zwischen den entgegengesetzt geladenen Ionen entsteht eine Ionenbindung. Die direkte Reaktion ist gefährlich und gehört nicht in einen ungesicherten Schülerversuch.

Oxide als Vergleich

Metalle und Nichtmetalle reagieren häufig mit Sauerstoff. Magnesium bildet Magnesiumoxid:

$2 M g + O_{2} \to 2 M g O$

Kohlenstoff kann bei vollständiger Verbrennung Kohlenstoffdioxid bilden:

$C + O_{2} \to C O_{2}$

Viele Metalloxide reagieren in Wasser oder mit Säuren basisch, viele Nichtmetalloxide führen zu sauren Lösungen. Auch hier gibt es Ausnahmen. Aluminiumoxid ist beispielsweise amphoter und kann sowohl mit Säuren als auch mit Basen reagieren.

Einordnung im Periodensystem

Die stufenförmige Grenzlinie im Periodensystem ist eine Orientierungshilfe. Links und unterhalb davon überwiegen metallische Eigenschaften. Rechts und oberhalb davon überwiegen nichtmetallische Eigenschaften. Der Übergang ist fließend: Innerhalb einer Periode nimmt der metallische Charakter im Allgemeinen von links nach rechts ab.

Wasserstoff steht in der ersten Hauptgruppe, ist aber ein Nichtmetall. Seine Stellung zeigt, dass die Position in einer Spalte allein nicht ausreicht, um alle Eigenschaften vorherzusagen.

Untersuchung im Chemieunterricht

Du kannst unbekannte feste Stoffproben nicht allein durch ihr Aussehen sicher einordnen. Eine Kombination mehrerer Beobachtungen ist zuverlässiger.

Untersuchung	Mögliche Beobachtung	Deutung
Oberfläche betrachten	metallischer Glanz	Hinweis auf Metall oder Halbmetall, aber kein Beweis
Verformbarkeit prüfen	Probe lässt sich biegen oder hämmern	typisches Metallmerkmal
Stromkreis mit Kleinspannung	Lampe leuchtet oder Messgerät zeigt Strom	Stoff ist leitfähig; Graphit ist eine wichtige Ausnahme
Bruchverhalten beobachten	Probe zerbricht spröde	Hinweis auf Nichtmetall oder Halbmetall
Wärmeleitung vergleichen	Wärme breitet sich schnell aus	typisches Metallmerkmal

Versuche dürfen nur mit geeigneten, bekannten Stoffen, Schutzbrille und nach Anweisung der Lehrkraft durchgeführt werden. Netzspannung, offene Gefäße mit giftigen Gasen und unbekannte Stoffproben sind ungeeignet.

Die Flammenfärbung ist kein allgemeiner Test auf „Metall oder Nichtmetall“. Sie kann jedoch bei bestimmten Metallionen zur Stoffidentifikation beitragen. Kupferverbindungen können eine blaugrüne Flammenfärbung zeigen.

Bedeutung im Alltag und in der Technik

Die Stoffgruppen erklären viele Anwendungen. Metalle werden dort eingesetzt, wo Leitfähigkeit, Festigkeit oder Verformbarkeit gefragt sind. Halbmetalle sind für Elektronik und Photovoltaik wichtig. Nichtmetalle sind unter anderem Bestandteile der Luft, biologischer Moleküle, Kunststoffe, Düngemittel und vieler chemischer Verbindungen.

Eine nachhaltige Nutzung betrachtet nicht nur die Eigenschaften, sondern auch Rohstoffgewinnung, Energiebedarf, Wiederverwendung und Recycling. Metalle lassen sich häufig gut zurückgewinnen. Bei elektronischen Geräten ist die Trennung der vielen verschiedenen Materialien jedoch technisch aufwendig.

Merksätze

Metalle: meist gute Leiter, glänzend und verformbar; sie bilden bei Reaktionen häufig Kationen.
Halbmetalle: Übergangsgruppe mit oft spröden, halbleitenden Stoffen; die genaue Zuordnung ist nicht einheitlich.
Nichtmetalle: sehr vielfältige Stoffe; sie bilden häufig Atombindungen oder negative Ionen.
Ausnahme: Kein einzelnes Merkmal reicht immer aus. Graphit leitet Strom, Quecksilber ist flüssig und Wasserstoff steht links im Periodensystem.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wo befinden sich die meisten Metalle im Periodensystem? (Links und in der Mitte) (!Nur rechts oben) (!Ausschließlich in der letzten Hauptgruppe) (!Nur in der ersten Periode)

Welche Eigenschaft ist für viele Metalle typisch? (Gute elektrische Leitfähigkeit) (!Sie sind immer gasförmig) (!Sie sind stets spröde) (!Sie leiten niemals Wärme)

Welches Element wird im Schulunterricht häufig als Halbmetall eingeordnet? (Silicium) (!Sauerstoff) (!Natrium) (!Neon)

Warum ist Silicium technisch besonders wichtig? (Es ist ein Halbleiter) (!Es ist bei Raumtemperatur ein Edelgas) (!Es löst jedes Metall auf) (!Es ist der beste Wärmeisolator aller Stoffe)

Welches Nichtmetall kann elektrischen Strom leiten? (Graphit) (!Schwefel) (!Chlor) (!Phosphor)

Was entsteht, wenn ein Metallatom Elektronen abgibt? (Ein positiv geladenes Ion) (!Ein negativ geladenes Ion) (!Ein Neutron) (!Ein neues chemisches Element)

Welche Aussage über Nichtmetalle ist richtig? (Sie können fest flüssig oder gasförmig sein) (!Sie sind alle silbrig glänzend) (!Sie sind immer verformbar) (!Sie bilden nur positive Ionen)

Was ist Messing? (Eine Legierung aus Kupfer und Zink) (!Ein reines Nichtmetall) (!Eine Verbindung aus Sauerstoff und Schwefel) (!Ein Halbmetall aus der vierten Periode)

Warum reicht metallischer Glanz allein nicht zur sicheren Einordnung? (Auch einige Halbmetalle können glänzen) (!Metalle besitzen niemals Glanz) (!Nur Gase können glänzen) (!Glanz zeigt immer eine Ionenbindung)

Welche Aussage zur Einteilung der Halbmetalle trifft zu? (Die genaue Abgrenzung kann je nach Definition variieren) (!Alle Halbmetalle sind flüssig) (!Halbmetalle stehen nur in der ersten Hauptgruppe) (!Es gibt genau ein Halbmetall)

Memory

Kupfer	elektrischer Leiter
Silicium	Halbleiter
Schwefel	festes Nichtmetall
Quecksilber	flüssiges Metall
Graphit	leitfähige Kohlenstoffform
Messing	Kupfer-Zink-Legierung
Kation	positiv geladenes Ion
Anion	negativ geladenes Ion

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Stoffgruppe
Kupfer	Metall
Silicium	Halbmetall
Sauerstoff	Nichtmetall
Germanium	Halbmetall
Aluminium	Metall
Schwefel	Nichtmetall

...

Kreuzworträtsel

Silicium	Welches Halbmetall ist ein wichtiger Grundstoff für Computerchips?
Schwefel	Welches gelbe feste Element gehört zu den Nichtmetallen?
Graphit	Welche Kohlenstoffform kann elektrischen Strom leiten?
Kationen	Wie heißen positiv geladene Ionen?
Legierung	Wie heißt ein metallischer Werkstoff aus mehreren Bestandteilen?
Metallgitter	Wie heißt die regelmäßige Anordnung der Atomrümpfe in einem Metallmodell?

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Lückentext

Metalle befinden sich im Periodensystem überwiegend links und in der

. Viele Metalle leiten elektrischen Strom wegen ihrer beweglichen

. Halbmetalle liegen im

zwischen Metallen und Nichtmetallen. Silicium ist technisch wichtig, weil es ein

ist. Nichtmetalle befinden sich überwiegend rechts

. Das bei Raumtemperatur flüssige Nichtmetall heißt

. Metallatome bilden durch Elektronenabgabe häufig positive

. Eine Verbindung zwischen Metall- und Nichtmetallionen besitzt häufig eine

. Graphit ist eine leitfähige Form des Elements

. Messing ist eine Legierung aus Kupfer und

.

Offene Aufgaben

Leicht

Stoffsuche im Alltag: Fotografiere fünf Gegenstände und vermute begründet, ob sie überwiegend aus Metall, Halbmetall, Nichtmetall oder einer Verbindung bestehen.
Eigenschaftskarten: Gestalte drei Karten mit typischen Eigenschaften der Stoffgruppen und ergänze jeweils eine wichtige Ausnahme.
Periodensystem markieren: Kennzeichne in einer Kopie des Periodensystems Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle und erkläre die Lage von Wasserstoff.
Modellzeichnung: Zeichne ein einfaches Modell der Metallbindung mit Atomrümpfen und beweglichen Elektronen.

Standard

Leitfähigkeitsversuch: Plane mit Deiner Lehrkraft einen Kleinspannungsversuch, der Kupfer, Graphit, Schwefel und Silicium vergleicht.
Erklärvideo: Produziere ein zweiminütiges Video, in dem Du die drei Stoffgruppen mit Alltagsbeispielen erklärst.
Legierungsvergleich: Recherchiere Messing, Bronze und Stahl und zeige, warum Legierungen andere Eigenschaften als reine Metalle besitzen.
Halbleiter im Gerät: Untersuche die Materialangaben eines elektronischen Geräts und erkläre die Rolle von Silicium.

Schwer

Ausnahmenanalyse: Erstelle eine Übersicht zu Graphit, Quecksilber, Wasserstoff und Aluminiumoxid und zeige, warum einfache Regeln Grenzen haben.
Recyclingprojekt: Entwickle ein Konzept für die Sammlung und Trennung von Metallen aus alten Elektrogeräten an Deiner Schule.
Struktur und Eigenschaft: Vergleiche Diamant und Graphit mithilfe ihrer Teilchenstrukturen und leite daraus ihre Eigenschaften ab.
Fachinterview: Befrage eine Person aus Metallverarbeitung, Elektronik oder Recycling zu Materialwahl, Sicherheit und Nachhaltigkeit.

Lernkontrolle

Materialentscheidung: Wähle geeignete Stoffe für ein Stromkabel, eine Wärmeisolierung und einen Computerchip. Begründe jede Entscheidung mit Struktur und Eigenschaften.
Unbekannte Probe: Eine Probe glänzt, ist spröde und leitet bei höherer Temperatur besser. Entwickle eine begründete Hypothese zur Stoffgruppe und nenne weitere Tests.
Regel und Ausnahme: Beurteile die Aussage „Nichtmetalle leiten keinen Strom“ und formuliere eine fachlich bessere Regel.
Reaktionsdeutung: Erkläre die Elektronenübertragung bei der Bildung von Magnesiumoxid und ordne die Teilchen vor und nach der Reaktion ein.
Periodentrend: Vergleiche Natrium, Silicium und Chlor innerhalb der dritten Periode und erläutere den Übergang von metallischen zu nichtmetallischen Eigenschaften.
Nachhaltigkeit: Bewerte, welche Bedeutung Leitfähigkeit, Verfügbarkeit und Recyclingfähigkeit bei der Materialwahl für ein Elektrogerät haben.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du die Lage der drei Stoffgruppen im Periodensystem erklären, typische Eigenschaften mit dem Teilchenmodell verbinden und mindestens zwei Ausnahmen fachlich einordnen können. Wichtig sind außerdem die Unterscheidung zwischen Element, Verbindung und Legierung, die Bildung von Kationen und Anionen sowie die begründete Auswahl eines Materials für eine technische Anwendung.

Fachbegriffe: Metalle, Halbmetalle, Nichtmetalle, Halbleiter, Kation, Anion, Legierung und Bindungsarten korrekt verwenden.
Vergleich: Stoffgruppen nicht nur aufzählen, sondern Gemeinsamkeiten, Unterschiede und Grenzen der Einteilung erklären.
Transfer: Eigenschaften auf unbekannte Beispiele und Alltagsanwendungen übertragen.
Experimentauswertung: Beobachtung, Deutung und Sicherheitsaspekte voneinander trennen.
Nachhaltigkeit: Rohstoffgewinnung, Nutzung und Recycling in eine Materialbewertung einbeziehen.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Metalle, Halbmetalle und Nichtmetalle - Chemie

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Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.