Didaktische FWU-DVD. Metalle

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1 Didaktische FWU-DVD Metalle

2 Zur Bedienung Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. Hauptmenü führt zurück zum Hauptmenü. Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner material. Die Datei Inhaltsverzeichnis öffnet die Startseite. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler erklären den Aufbau der Atome aus Atomkern und Atomhülle; beschreiben modellhaft den submikroskopischen Bau eines Metalls und die damit verbundenen Eigenschaften; erläutern die metallischen Eigenschaften auf Stoff- und Teilchenebene; lernen die Oxidation von Metallen am Beispiel von Aluminium kennen; begreifen, wie verschiedene Metall- Atome den Edelgaszustand erreichen; können die Reaktion von Alkalimetallen mit Wasser sachlich und unter Verwendung von Fachwörtern erklären und die entsprechenden Reaktionsgleichungen aufstellen; verstehen den Vorgang einer Metall- Nichtmetall-Reaktion am Beispiel der Reaktion von Natrium mit Chlor; können den Bau von Metallen auf Teilchenebene skizzieren; üben sich im Umgang mit dem PSE und nutzen dieses als Informationsquelle; können die Informationen aus dem Film herausarbeiten, strukturieren und verknüpfen und üben sich dadurch in kognitiven Lernstrategien; begreifen die Bedeutung metallischer Werkstoffe in Alltag und Technik; werden sich über die ordnungsgemäße Entsorgung von metallischen Gegenständen bewusst; diskutieren, welche Bedeutung Metalle für sie selbst im Alltag haben; recherchieren, wofür bestimmte Metalle verwendet werden; können die Beobachtungen aus dem Film sachlich und unter Verwendung von Fachwörtern wiedergeben; können die von ihnen erarbeiteten Ergebnisse präsentieren. 2

3 Zum Inhalt Metalle Film (20 min) Metalle begegnen uns überall und sind für unser modernes Leben unverzichtbar. Doch was sind Metalle eigentlich? Ausgehend vom Bau eines einzelnen Aluminium-Atoms wird geklärt, was die einzelnen Atome im Gitter zusammenhält. Aufgrund der relativ geringen Anziehung zwischen Valenzelektronen und Kern können sich die Valenzelektronen frei im Gitter bewegen. Die positiv geladenen Atomrümpfe bleiben auf ihrer ursprünglichen Position. Die Anziehung sorgt dafür, dass das Metallgitter zusammengehalten wird. Dies wird als Metallbindung bezeichnet. Anhand der inneren Struktur der Metalle können die Eigenschaften Verformbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und metallischer Glanz geklärt werden. Im Anschluss wird am Beispiel eines Fahrradrahmens aus Aluminium die Oxidation von Metallen beschrieben. Danach wird die Gruppe der Alkalimetalle vorgestellt. Der Film zeigt, wie verschiedene Alkalimetalle mit Wasser reagieren, und klärt in der anschließenden Sequenz, dass der Grund für die Reaktivität dieser Metalle 3

4 im Aufbau der Atome liegt. Durch die Abgabe ihres Valenzelektrons erreichen die Alkalimetall-Atome die stabile Edelgaskonfiguration und es entstehen positiv geladene Ionen. Daher reagieren sie vorzugsweise mit Nichtmetall-Atomen. Die von den Metall-Atomen abgegebenen Elektronen können von den Nichtmetall-Atomen aufgenommen werden. Abschließend wird anhand zahlreicher Aufnahmen erneut verdeutlicht, wie Metalle bereits seit Jahrtausenden das Leben der Menschen prägten und so unverzichtbar für ein modernes Leben geworden sind. Metalle (Sequenzen) Metalle in unserem Alltag (Filmsequenz 2:20 min) Bereits seit Jahrtausenden spielen Metalle für den Menschen eine bedeutende Rolle. Anfangs wurden Metalle noch vor allem für Schmuck und Waffen verwendet. Durch die Erfindung der Legierungen und den technischen Fortschritt können metallische Gegenstände heutzutage aber in immer mehr Bereichen eingesetzt werden. Metalle und ihre Eigenschaften (Filmsequenz 9:20 min) Alufolie ist ein praktischer Alltagsgegenstand. Die Sequenz zeigt zunächst, wie ein Stück Aluminium aufgebaut ist. Hierfür werden auf submikroskopischer 4

5 Ebene der Aufbau von Atomen und der innere Bau der Metalle erklärt. Aufgrund der relativ geringen Anziehung können sich die Valenzelektronen im Metallgitter von Atom zu Atom bewegen. Die positiv geladenen Atomrümpfe bleiben an ihrem ursprünglichen Ort zurück. Die Anziehung zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen und den negativ geladenen, delokalisierten Elektronen wird als Metallbindung bezeichnet. Ausgehend vom inneren Bau der Metalle können nun die metallischen Eigenschaften erklärt werden. Hierfür werden mithilfe von Aufnahmen auf Stoffebene und anschließenden Animationen auf Teilchenebene die Eigenschaften veranschaulicht. Metalle oxidieren (Filmsequenz 1:30 min) In dieser Sequenz wird anhand eines Fahrradrahmens aus Aluminium der Vorgang der Oxidation von Metallen thematisiert. Durch die Reaktion von Aluminium-Atomen mit Luftsauerstoff kommt es zur Bildung einer Aluminiumoxid-Schicht. Diese schützt das darunter liegende Metall vor weiteren Reaktionen. Ebenso bildet Zink mit Sauerstoff eine solche Oxidschicht. 5

6 Alkalimetalle (Filmsequenz 3:00 min) In der ersten Hauptgruppe des PSE stehen die sechs Alkalimetalle. Diese Metalle zeigen ganz besondere Reaktionen. Die Sequenz zeigt, wie die Metalle Lithium, Natrium und Kalium mit Wasser reagieren. Ausgehend von den Beobachtungen der drei Experimente wird erklärt, dass die Alkalimetalle mit Wasser zum entsprechenden Metallhydroxid und Wasserstoff reagieren. Mechanismus der Reaktion (Filmsequenz 3:40 min) Diese Sequenz erklärt, warum die Alkalimetalle so reaktiv sind. Alle Alkalimetall- Atome besitzen jeweils ein Valenzelektron. Durch die Abgabe dieses Valenzelektrons wird ein positiv geladenes Ion (Kation) gebildet, das den stabilen Edelgaszustand besitzt. Daher reagieren Metall-Atome vorzugsweise mit Nichtmetall-Atomen. Die Sequenz zeigt daraufhin die Metall-Nichtmetall-Reaktion von Natrium und Chlor. Hierbei entstehen auf Teilchenebene positiv geladene Metall-Kationen und negativ geladene Nichtmetall-Anionen. Aufgrund der entgegengesetzten Ladung ziehen sich die entstandenen Ionen gegenseitig an und bilden ein stabiles Ionengitter. 6

7 Vielfalt der Metalle (Grafik) Diese Collage zeigt verschiedene Elemente aus dem PSE, die zu den Metallen gehören. Anhand dieser Zusammenstellung kann auf typische Gemeinsamkeiten und auch Unterschiede der Metalle eingegangen werden. Schalenmodell (Grafik) Die Grafik aus dem Film zeigt ein Aluminium-Atom als Schalenmodell. Es kann genutzt werden, um die Verteilung der Elektronen auf den Schalen und die Eigenschaften von Valenzelektronen zu besprechen oder zu wiederholen. Metallbindung (Grafik) Diese Grafik zeigt ein Metallgitter und eignet sich für die Besprechung oder Wiederholung des Themas Metallbindung. Da sich die Valenzelektronen der Metallatome im Metallgitter von einem Atom zum anderen bewegen können, herrscht eine Anziehung zwischen diesen delokalisierten Elektronen und den positiv geladenen Atomrümpfen. Dies bezeichnet man als Metallbindung. 7

8 Verwendung im Unterricht Der Film eignet sich besonders zur Einführung des Themas Metalle. Den Schülerinnen und Schülern werden hierbei, ausgehend vom Atombau, der innere Bau der Metalle und die damit verbundenen Eigenschaften anschaulich erklärt. Zudem werden die Oxidation von Metallen, das Reaktionsverhalten der Alkalimetalle und die Metall-Nichtmetall- Reaktion thematisiert. Anhand zahlreicher alltagsnaher Beispiele sollen die Schülerinnen und Schüler erkennen, welche enorme Bedeutung Metalle für das moderne Leben haben. Durch die Beschäftigung mit den einzelnen Filmsequenzen können thematische Schwerpunkte gesetzt und an bereits vorhandenes Wissen angeknüpft werden. Durch den Einsatz der ergänzenden Materialien können die Inhalte dieser Produktion gefestigt und vertieft werden. Die Produktion eignet sich für die Vermittlung folgender Lehrplaninhalte: Bedeutung von Metallen im Verlauf der Menschheitsgeschichte und dem modernen Leben Aufbau der Atome aus einem Atomkern mit Protonen und Neutronen sowie einer Atomhülle mit Elektronen Struktur der Elektronenhülle Bau der Metalle auf Teilchenebene: Metallgitter Metallbindung Eigenschaften der Metalle: Verformbarkeit, elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit und metallischer Glanz Zusammenhang zwischen dem inneren Bau der Metalle und ihren Eigenschaften Oxidation von Metallen am Beispiel von Aluminium Reaktion der Alkalimetalle mit Wasser Bedeutung der Valenzelektronen für das Reaktionsverhalten verschiedener Metall-Atome Ionisierung von Metall-Atomen und Erreichen des Edelgaszustands Metall-Nichtmetall-Reaktion anhand der Reaktion von Natrium mit Chlor 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen sowohl als PDFals auch als Word-Dateien vor: Die PDF-Dateien können am PC direkt ausgefüllt oder ausgedruckt werden. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktion Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1. Metalle unverzichtbarer Werkstoff 2. Atombau 3. Bau der Metalle 4. Eigenschaften der Metalle 5. Oxidation und Recycling 6. Alkalimetalle 7. Edelgaszustand 8. Metalle Rätsel Periodensystem der Elemente Periodensystem der Elemente Vielfalt der Metalle Schalenmodell Metallbindung Filmkommentar als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Metalle Metalle Programmstruktur Programmstruktur Hauptmenü Untermenü Metalle Metalle Film 20 min Metalle Metalle Sequenzen Metalle in unserem Alltag 2:20 min Vielfalt der Metalle Schalenmodell Metallbindung Arbeitsmaterial Grafik Grafik Grafik Metalle und ihre Eigenschaften Metalle oxidieren Alkalimetalle Mechanismus der Reaktion 9:20 min 1:30 min 3:00 min 3:40 min Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 8 Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktion 4 Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben Metalle (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Konzept FWU Institut für Film und Bild, 2014 DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 Arbeitsmaterial FWU Institut für Film und Bild, 2014 Bildnachweis SafakOguz thinkstock Cover: Metal Pipe thinkstock/istock Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zum Film Metalle Produktion Stefan Weichelt im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014 Buch Katja Weirauch Kamera, Animation, Schnitt Stefan Weichelt Redaktion Daniel Schaub Wir bedanken uns bei allen Beteiligten für die freundliche Unterstützung, besonders bei Haldor Neumann und dem Lise-Meitner-Gymnasium Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2014 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Metalle Ob bei Schmuck, Autos, Fernsehen oder Mobilfunkgeräten zahlreiche Metalle als Werkstoffe ermöglichen modernste Technik und Fortschritt. Etwa 80 Prozent aller chemischen Elemente im Periodensystem sind Metalle. In dieser Produktion werden grundlegende Kenntnisse über die Eigenschaften der Stoffgruppe, Gewinnung, Verarbeitung und Verwendung von Metallen vermittelt. Ebenso wird auf die Leitfähigkeit und Reaktionen von Metallen eingegangen. Erscheinungsjahr: 2014 Laufzeit: 20 min Sequenzen: 5 Grafiken: 4 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Arbeitsblätter: Unterrichtsmaterialien 8 (mit Lösung, als PDF zum Ausfüllen) Interaktion: 1 Adressaten: Allgemeinbildende Schule (Klasse 8-10) Schlagwörter: Alkalimetall, Aluminium, Anion, Atom, Atomhülle, Atomkern, Atomrumpf, Chlor, Edelgaszustand, Elektron, Elektronenhülle, Ion, Ionengitter, Kation, Leitfähigkeit, Metallbindung, Metallgitter, Metallhydroxid, Natrium, Nichtmetall, Oxidation, PSE, Reaktionsgleichung, Reaktionsmechanismus, Rohstoff, Schalenmodell, Stoffebene, Teilchenebene, Temperatur, Verformbarkeit, Wärmeleitfähigkeit Systematik: Chemie Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen, Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Physikalische Chemie Atombau, Periodensystem, Bindung, Struktur, Eigenschaften Anorganische Chemie Elemente, Verbindungen, Redoxreaktionen Angewandte Chemie Technische Chemie, Chemie in Alltag und Umwelt FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI Bestell-Hotline: +49 (0)

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