Voransicht. Ein Übungszirkel zum Thema Salzbildung. Hintergrundinformationen. Jolanda Hermanns, Potsdam

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1 Ein Übungszirkel zum Thema Salzbildung Jolanda Hermanns, Potsdam Niveau: Dauer: Sek. I 6 Unterrichtsstunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachkompetenz: Anwendung und Verknüpfung von Inhalten aus dem Bereich der Salzsowie Ionenbildung und -bindung. Experimente zur Salzbildung, Übungen zum Aufstellen von Formeln und Reaktionsgleichungen Erkenntnisgewinnung: Durchführen und Auswerten chemischer Experimente. Spielerisches Wiederholen und Vertiefen von Fachwissen Kommunikation: Austausch und Diskussion während der Erarbeitung Bewertung: Reflexion über die Erarbeitung. Diskussion über die Inhalte sowie über die Arbeitsweise innerhalb der Gruppe Der Beitrag enthält Materialien für: offene Unterrichtsformen Schülerversuche Hintergrundinformationen Diskussion Lernspiele Die historische Bedeutung von Salz lässt sich heute noch an Städtenamen wie Schwäbisch Hall, Halle oder Bad Reichenhall erkennen. Auch in Straßennamen wie dem Westenhellweg in Dortmund findet man das Wort Hall oder Hell wieder (hallan = Salzkruste). Städte, wo Salz gefördert wurde oder die an Salzhandelsstraßen lagen, kamen durch das Salz zu Reichtum und Macht. Es wundert daher nicht, dass man Salz früher das weiße Gold nannte. Große Salzvorkommen gibt es im Salzbergwerk in Berchtesgaden. Dort werden pro Tag 1800 m 3 Sole (26,5%ig) gefördert. Heutzutage kostet Speisesalz ca. 1 Euro pro Kilo. Die Zeiten des weißen Goldes sind also vorbei. Salz ist jedoch immer noch ein wichtiger Stoff. In Deutschland werden jährlich 14 Millionen Tonnen Salz produziert. Davon werden nur ca. drei Prozent als Speisesalz verwendet. 12 Prozent werden im Winter als Streumittel auf unseren Straßen eingesetzt. Der größte Teil des Salzes wird industriell verwertet. Wichtige Grundchemikalien wie Chlor, Natronlauge, Salzsäure oder Soda werden aus Kochsalz hergestellt. In Deutschland lagern mehr als 200 Milliarden Tonnen Kochsalz. Es ist daher unser wichtigster Bodenschatz. Das Steinsalz wird mithilfe von Wasser aus den Bergwerken herausgelöst. In den Ländern rund um das Mittelmeer wird Salz aus Meerwasser gewonnen. In flach angelegten Meeresbecken verdunstet das Meerwasser durch die Sonneneinstrahlung. In diesen Salzgärten wird das Meersalz dann geerntet. Das Thema Salze spielt im Chemieunterricht der Sekundarstufe I eine wichtige Rolle. Der Name dieser Unterrichtssequenz im brandenburgischen Lehrplan verdeutlicht das: Salze Gegensätze ziehen sich an. Eines der grundlegenden Prinzipien der Chemie, nämlich die Anziehung zwischen unterschiedlich geladenen Teilchen, wird hier erstmalig thematisiert. Der Zusammenhang zwischen dem Aufbau des Periodensystems und der Ionenladung wird durch die Behandlung einfacher Atommodelle wie dem Kern-Hülle-Modell und vor allem dem Schalenmodell verdeutlicht. Im Unterricht zum Thema Salze lernen die Schüler deren Eigenschaften am Beispiel von Kochsalz kennen. Das Bestimmen der Ionenladung mithilfe des Periodensystems, die Bildung von Salzen unter Anwendung des Schalenmodells, der Begriff der Edelgaskonfiguration, die Ionenbindung sowie verschiedene Experimente zur Salzbildung und zum Ionennachweis runden die Thematik ab.

2 M 1 Laufzettel: Übungszirkel Salzbildung Station Erläuterung Bearbeitet am: 1. Memory-Spiel Formeln und Namen von Salzen sollen als Pärchen zugeordnet werden. Falsche Formeln müssen erkannt und entfernt werden. 2. Infotext zur Ionenbildung Übungsaufgaben zur Bildung von Ionen mithilfe eines Infotextes 3. Domino-Spiel Formeln werden zu den Namen von Salzen gebildet. Anschließend wird zur Übung und Festigung das Domino-Spiel durchgeführt. 4. Experimente zur Salzbildung Bei den Experimenten werden auf zwei verschiedene Arten Salze hergestellt. 5. Vom Namen zur Formel Spielerisch wird die Vorgehensweise erläutert, wie man die Formel eines Salzes erstellt. 6. Spiel zum Namen von Anionen (Memory oder Domino) Mit dem Spiel wird geübt, die Anionen richtig zu benennen. 7. Teste dich selbst In einem Lückentext werden die wichtigsten Inhalte zum Thema Salzbildung wiederholt und überprüft.

3 Station 2 Infotext zur Ionenbildung Ionen sind geladene Teilchen. Wie kriegt man aber heraus, welche Ladung ein solches Ion hat? Warum bilden Teilchen überhaupt Ionen? Gibt es einen Trick, wie man die Ionenladung möglichst schnell und einfach bestimmen kann? 5 10 Die meisten chemischen Elemente (bis auf die Edelgase) streben die sogenannte Edelgaskonfiguration an. Das ist ein sehr stabiler Zustand. Die äußere Elektronenschale ist hierbei vollständig mit Elektronen besetzt. Um diesen Zustand zu erreichen, müssen die Elemente entweder Elektronen abgeben oder aufnehmen. Sie werden dadurch zum Ion (geladenes Teilchen). Um zu bestimmen, ob Elektronen aufgenommen oder abgegeben werden, hilft der Blick ins Periodensystem der Elemente (PSE). Wenn ein Ion die Edelgaskonfiguration erreicht hat, hat es genauso viele Elektronen wie ein Edelgas (daher: edelgasähnlicher Zustand). Ob Elektronen abgegeben oder aufgenommen werden, hängt von der Stellung im PSE ab. Es gilt, dass so wenig wie möglich Elektronen wandern. Die Anzahl an Elektronen des im PSE am nächsten stehenden Edelgases soll erreicht werden (siehe Hilfe). 15 Die Elemente der ersten Hauptgruppe, wie z.b. das Element Natrium, streben die gleiche Anzahl an Elektronen an wie das vor ihnen stehende Edelgas (hier: Neon). Hierzu geben sie ein Elektron ab. Für das Element Chlor ist der edelgasähnliche Zustand am schnellsten zu erreichen, wenn ein Elektron aufgenommen wird. Es besitzt dann die gleiche Anzahl Elektronen wie das Edelgas Argon. Aus dem Natrium-Atom ist ein Natrium-Ion geworden und aus dem Chlor-Atom ein Chlorid-Ion. Die Abbildung zeigt exemplarisch die Bildung eines Natrium-Ions im Schalenmodell:

4 Aufgaben Wenn man aus der Stellung der Elemente im Periodensystem die Anzahl Elektronen bestimmen kann, die abgegeben bzw. aufgenommen werden, kann man im nächsten Schritt die Ionenladung bestimmen. 1. Beantworte mithilfe des Infotextes folgende Fragen: a) Was versteht man unter der Edelgaskonfiguration? b) Warum werden Ionen gebildet? c) Welchen Zusammenhang gibt es zwischen den Hauptgruppen und der Ionenladung? 2. Vervollständige die folgende Tabelle: Hauptgruppe Anzahl der Schritte bis zum nächsten Edelgas Anzahl Elektronen, die aufgenommen oder abgegeben werden I 1 Schritt zurück 1 e wird abgegeben 1+ II III V Ladung des Ions VI VII 1 Schritt vor 1 e wird aufgenommen 1 Hilfe Station 2 Der folgende Ausschnitt aus dem PSE soll euch bei der Bestimmung der Anzahl der Elektronen, die aufgenommen bzw. abgegeben werden, helfen. Wie bei einem Brettspiel könnt ihr die Schritte z.b. mit einer Spielfigur (alternativ: Münze oder Stift) abgehen. Wenn die Schritte zum vorherigen Edelgas führen, werden Elektronen abgegeben. Führen die Schritte zum nachfolgenden Edelgas, werden Elektronen aufgenommen. Die Anzahl der Schritte ergibt die Ladung, z.b. drei Schritte zurück = drei Elektronen abgegeben: Die Ladung beträgt 3+. HG I HG II HG III HG IV HG V HG VI HG VII HG VIII H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr

5 Station 3 Domino-Spiel Fertigstellen und los! Bereitet das Spiel vor: In der Vorlage sind die Namen verschiedener Salze angegeben. Es fehlen allerdings die Formeln. Ergänzt diese in Richtung des Pfeils. Schneidet anschließend die Domino-Steine auseinander. Die Schnittstellen sind fett gedruckt. Die gestrichelten Linien dürfen nicht auseinandergeschnitten werden! So wird gespielt: Mischt die Steine gut durch und legt sie umgedreht in die Mitte des Tisches. Deckt einen Stein auf, mit dem ihr beginnt. Abwechselnd wird nun von den Mitspielern ein Stein gezogen. Wenn möglich, wird der Stein angelegt. Doch Vorsicht: Wer einen Stein falsch anlegt, muss eine Runde aussetzen. Und: Wer einen Fehler eines Mitspielers bemerkt, darf zweimal ziehen, wenn er an der Reihe ist.

6 Station 4 Experimente zur Salzbildung Kochsalz kauft ihr sicher auch im Supermarkt. Man kann es aber auch in einer chemischen Reaktion herstellen. Alle Salze lassen sich chemisch herstellen. Es gibt drei verschiedene Möglichkeiten: Salze entstehen (1) bei der Reaktion zwischen einem Metall und einem Nichtmetall, (2) bei der Reaktion zwischen einem unedlen Metall und einer Säure, (3) bei der Reaktion einer sauren mit einer basischen Lösung. Die Reaktion zwischen einem Metall und einem Nichtmetall läuft oft sehr heftig ab. Bekanntestes Beispiel hierfür ist sicherlich die Reaktion zwischen Natrium und Chlor. Hierbei entsteht Natriumchlorid (Kochsalz). Bei den nächsten Experimenten soll auf zweierlei Art ein Salz hergestellt werden. Schülerversuch 1: Kochsalz durch die Reaktion zwischen Salzsäure und Natronlauge herstellen V: 5 min D: 10 min Chemikalien/Gefahrenhinweise Salzsäure verd. Natronlauge verd. Geräte Reagenzglas Reagenzglasklammer Schutzbrille 2 Pipetten Bunsenbrenner Achtung: Schutzbrille tragen! Versuchsdurchführung Setze die Schutzbrille auf. Gib 2 ml verdünnte Salzsäure und 2 ml verdünnte Natronlauge in das Reagenzglas und durchmische beide durch vorsichtiges Schütteln. Erhitze das Gemisch bis zur Trockne (das Wasser ist komplett verdampft). Der Feststoff, der zurückbleibt, ist Kochsalz.

7 Erläuterungen und Lösungen Lösungen (Station 1 Memory) Die folgenden Formeln sind falsch: KO 2, NaF 2, AlBr 2, LiS, MgO 2 und CaCl. Richtige Pärchen: Natriumchlorid NaCl, Kaliumoxid K 2 O, Natriumfluorid NaF, Magnesiumiodid MgI 2, Calciumsulfid CaS, Aluminiumbromid AlBr 3, Aluminiumoxid Al 2 O 3, Lithiumsulfid Li 2 S, Bariumchlorid BaCl 2, Magnesiumoxid MgO, Calciumchlorid CaCl 2, Berylliumoxid BeO, Strontiumfluorid SrF 2 Lösungen (Station 1 Aufgaben) Natriumsulfat: Na 2 SO 4 / Kaliumsulfit: K 2 SO 3 / Bariumnitrat: Ba(NO 3 ) 2 / Aluminiumphosphat: AlPO 4 Erläuterung (Station 2) Es empfiehlt sich, die Hilfe zu vergrößern und zu laminieren. Idealerweise stellt man eine Spielfigur (z.b. aus einem Mensch-ärgere-dich-nicht-Spiel) zur Verfügung. Alternativ kann man auch das komplette Periodensystem in A4 und laminiert zur Verfügung stellen. Werden beide Möglichkeiten zur freien Wahl gestellt, ist eine Binnendifferenzierung bei der Hilfe möglich. Die 4. Hauptgruppe ist in der Tabelle weggelassen, da in dieser Hauptgruppe nicht ausschließlich die Elemente stehen, die Ionen bilden. Lösungen (Station 2) Zu 1.a): Unter der Edelgaskonfiguration versteht man einen edelgasähnlichen Zustand. Die äußere Elektronenschale ist hierbei voll besetzt. Zu 1.b): Die Elemente streben den edelgasähnlichen Zustand an. Um diesen zu erreichen, müssen sie entweder Elektronen abgeben oder aufnehmen. Hierbei entstehen dann zwangsläufig geladene Teilchen (Ionen). Zu 1.c): Aus der Hauptgruppe lässt sich herleiten, wie viele Elektronen aufgenommen oder abgegeben werden. Man zählt die Schritte bis zum nächsten Edelgas. Wenn der Weg zum vorherigen Edelgas der kürzere ist, werden Elektronen abgegeben. Ist jedoch der Weg zum nachfolgenden Edelgas der kürzere, werden Elektronen aufgenommen. Dies bestimmt dann die Ionenladung. Zu 2.: Hauptgruppe Anzahl der Schritte bis zum nächsten Edelgas Anzahl Elektronen, die aufgenommen oder abgegeben werden I 1 Schritt zurück 1 e wird abgegeben 1+ II 2 Schritte zurück 2 e werden abgegeben 2+ III 3 Schritte zurück 3 e werden abgegeben 3+ V 3 Schritte vor 3 e werden aufgenommen 3 VI 2 Schritte vor 2 e werden aufgenommen 2 VII 1 Schritt vor 1 e wird aufgenommen 1 Ladung des Ions