FWU Schule und Unterricht. FWU-Klassiker Reaktionen von Säuren und Basen. FWU das Medieninstitut der Länder

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1 FWU Schule und Unterricht DVD min, Farbe FWU-Klassiker Reaktionen von Säuren und Basen FWU das Medieninstitut der Länder 00

2 Lernziele nach Lehrplänen und Schulbüchern Erkennen, dass wässrige Lösungen von Säuren und Basen mit Indikatoren nachgewiesen werden können; Säuren als Protonenspender und Basen als Protonenempfänger definieren können; Experimente zu Reaktionen von Säuren und Basen beschreiben können Vorkenntnisse Teilchenmodell, Atombindung, Ionenbildung, Indikator Zum Inhalt 2 Die Begriffe Säure und Base haben im Laufe der Geschichte verschiedene Interpretationen erfahren. Geht man von den Phänomenen (Boyle) aus, so kann man Säuren als Stoffe definieren, die bestimmte Farbstoffe charakteristisch färben. Wässrige Lösungen von Säuren schmecken sauer; sie reagieren sauer. Basen geben ebenfalls Indikatoren eine bestimmte Farbe und schmecken seifig; sie reagieren alkalisch. Alkalisch reagierende Flüssigkeiten nennt man Laugen. So häufen sich also bereits bei der Einführung in die Säure- Base-Chemie auf der Ebene der Phänomene eine Vielzahl von Begriffen, die Lernschwierigkeiten hervorrufen werden. Der Film versucht hier zu helfen, indem er dem Begriffspaar Säure sauer das Begriffspaar Base basisch gegenüberstellt. Diese Vereinfachung kann in das Konzept von Brönsted eingearbeitet werden. Die Trickaufnahmen im Film machen dies deutlich. Als Säuren fungieren wässrige Lösungen, die undissoziierte Säuremoleküle, Hydrogenanionen (z.b. HSO 4- ) und vor allem Hydronium-Ionen enthalten. Als Basen fungieren Basenmoleküle (z.b: NH 3 ) und vor allem die Hydroxid-Ionen. Dass sich beim Lösen von Säuren und Basen Gleichgewichte (Protolysegleichgewichte) einstellen, kann in diesem Film nicht angesprochen werden. Die Hinführung auf dieses höhere Niveau ist jedoch vorbereitet. Der Forderung der Didaktik, im Chemieunterricht soweit wie möglich den Bezug zwischen Theorie und Alltag herzustellen, wird im Film entsprochen. Schon die ersten Einstellungen bringen dazu Beispiele: Entkalken eines Heizstabes durch Auftropfen von Säure, die Verwendung von Speiseessig, Abbeizen von Lack mit Natronlauge und die Herstellung von Laugengebäck. Zur Unterscheidung von sauren und basischen Lösungen wird die Farbänderung des Universalindikators gezeigt und diese Tatsache mit Anwendungsbeispielen belegt (Zitronensaft, Seifenlösung). Bei dieser Gelegenheit wird der Begriff Indikator gefestigt. Im folgenden Springbrunnenversuch mit Chlorwasserstoff (Hydrogenchlorid) wird die gute Löslichkeit von Chlorwasserstoff in Wasser (bei Zimmertemperatur löst 1 Liter Wasser ca. 400 Liter Chlorwasserstoff) und mit der Indikatorreaktion die Bildung einer sauren Lösung (Salzsäure) demonstriert. In der nächsten Einstellung wird dann das aufgeworfene Problem verfolgt. Die Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit zeigt, dass beim Einleiten von Chlorwasserstoff (Moleküle keine Leitfähigkeit) in Wasser (ebenfalls eine Molekülverbindung) eine Reaktion stattfindet, bei der offensichtlich Ionen entstehen. Sie sind die Ladungsträger in einer wässrigen Lösung. Der Ablauf dieser Protolysereaktion wird nun auf der Grundlage des Teilchenmodells erklärt (Trickaufnahmen). Als Ergebnis wird eine Säure als ein Protonenspender

3 definiert. Den gleichen methodischen Schritten folgt die Erarbeitung des Basenbegriffes. Es wird der Springbrunnenversuch mit Ammoniak gezeigt. Ammoniak löst sich in Wasser noch besser als Chlorwasserstoff (1 Liter Wasser löst bei Zimmertemperatur rund 700 Liter Ammoniak). Dabei entsteht eine basische Lösung, wie an der Indikatorfarbe zu erkennen ist. Auch hier zeigt das Auftreten der elektrischen Leitfähigkeit die Bildung von Ionen bei der Reaktion von Ammoniak mit Wasser. Die im Vergleich zum vorher betrachteten System HCI/H 2 O geringere Leitfähigkeit die Lampenwendel glüht nur beruht auf der Bildung von Ionen mit geringer Ionenbeweglichkeit. Freie NH 4+ - und OH -Ionen bilden sich hier auch, aber nur in geringem Maße. Der Befund könnte zur Erörterung dieser Problematik verleiten; es ist aber nicht im Sinne dieses Filmes. Es geht vielmehr um die konsequente Erarbeitung des Begriffes Base auf der Grundlage des Teilchenmodells (Trickfilm). Als Ergebnis kann nun eine Base als ein Protonenempfänger definiert werden. Im weiteren Verlauf werden die Säure-Base-Definitionen vertieft und festgestellt, dass es entscheidend auf den Reaktionspartner ankommt, ob ein Teilchen als Säure oder als Base fungiert. Das Wassermolekül verhält sich gegenüber einem Chlorwasserstoffmolekül als Base, gegenüber einem Ammoniakmolekül aber als Säure. Dieses Verhalten ist charakteristisch für Ampholyte. Der Begriff wird hier eingeführt. Der Film veranschaulicht wieder im Trick diese Doppelfunktion des Wassermoleküls. Mit den im Film schrittweise erarbeiteten Begriffen Säure und Base kann auch die nun demonstrierte Reaktion von Chlorwasserstoff mit Ammoniak verstanden werden. Beide Gase verbinden sich unter Bildung eines weißen Rauches; es entsteht also ein Feststoff. In der Nahaufnahme ist die Bildung von weißen Kristallen (NH 4 Cl) zu erkennen, ein Phänomen, das sonst dem Auge verborgen bleibt. Mit dem Teilchenmodell wird erläutert, wie vom HCl-Molekül ein Proton an das NH 3 -Molekül abgegeben wird. So entstehen NH 4+ - Ionen und Cl -Ionen, die sich in einem Ionengitter anordnen. Wichtiger für die Vertiefung der Säure-Base-Theorie ist die Tatsache, dass ein Teilchen nur als Säure wirken kann, wenn eine entsprechende Base vorhanden ist. Dies ist nach Brönsted wesentlich für eine Säure-Base-Reaktion, wie er schon bei der ersten Veröffentlichung seiner Säure-Base-Konzeption schreibt. Von didaktischer Bedeutung ist an diesem Versuch, dass er die Fruchtbarkeit einer Theorie bestätigt. Es können neue Befunde gedeutet oder auch vorausgesagt werden. Im letzten Teil des Filmes werden typische Eigenschaften von sauren und basischen Lösungen gezeigt. Das Aufbrausen von Kalkstein beim Auftropfen von Salzsäure zeigt eine bei der Bestimmung von Mineralen gebräuchliche Methode und eine Möglichkeit, im Labor Kohlenstoffdioxid herzustellen. Dabei wird auch die in der Einleitung gezeigte Entkalkung eines Heizstabes aufgegriffen. Die Verwendung von Natriumhydroxid zur Beseitigung von Verstopfungen in Abflussrohren wird im Modellversuch gezeigt und die damit verbundenen Gefahren angesprochen. Die Reaktion von verdünnten Säuren mit Metallen führt zur Klassifizierung in unedle Metalle 3

4 und Edelmetalle. Die Umweltrelevanz von Säuren wird am Beispiel der Bildung von saurem Regen bei der Reaktion von Schwefeldioxid mit Wasser einbezogen. Schwefeldioxid entsteht nicht nur bei der Verbrennung von Elementarschwefel, wie im Film gezeigt, sondern auch bei der Verbrennung schwefelhaltiger Verbindungen, wie sie in Kohle oder Erdöl enthalten sind. So führt der Film schrittweise in die Chemie der Säuren und Basen ein; dabei werden immer wieder Bezüge zu Alltagserfahrungen und Umweltproblemen hergestellt. Zur Verwendung Dem Film sollte die Einführung in die Säure-Base-Theorie auf experimenteller Grundlage vorausgehen. Auf keinen Fall kann er Experimente ersetzen. Bei selbst gefertigten Modellen und Folien sind bei der Darstellung von Molekülen die im Film verwendeten Farben zu empfehlen. Dies gilt auch für die Verwendung des Indikators. Bei den Versuchen im Film wurde immer ein Universalindikator verwendet. 4

5 Produktion Target Film und Videoproduktion GmbH, München, im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, Grünwald und Encyclopaedia Britannica Educational Corporation, Chicago Buch Karl Häusler Ulrich Berner Regie Uwe von Schumann Kamera Johannes Kirchlechner Trick Scanline Production GmbH, Geiselgasteig Fachberatung Dr. Hans-Ulrich Wagner Bildnachweis ' mark huls Fotolia.com ' Scott Rothstein Fotolia.com Begleitkarte OStD Karl Häusler Pädagogischer Referent im FWU Ulrich Berner Verleih durch Landes-, Kreis- und Stadtbildstellen/ Medienzentren Verkauf durch FWU Institut für Film und Bild, Grünwald Nur Bildstellen/Medienzentren öv zulässig ' 2008 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (0 89) Telefax (0 89) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 5

6 FWU Schule und Unterricht DVD mit Kapitelanwahlpunkten 14 min, Farbe FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (0 89) Telefax (0 89) info@fwu.de Internet zentrale Sammelnummern für unseren Vertrieb: Telefon (0 89) Telefax (0 89) vertrieb@fwu.de FWU-Klassiker Reaktionen von Säuren und Basen Die Säure-Base-Reaktion ist ein wichtiger Reaktionstyp in der anorganischen Chemie. Der Film führt schrittweise in die Chemie der Säuren und Basen ein. Mit Hilfe einiger charakteristischer Experimente werden Säuren als Protonendonatoren und Basen als Protonenakzeptoren interpretiert. Trickaufnahmen verdeutlichen den Protonenübergang bei einer Säure-Base-Reaktion. Besondere Beachtung erfahren die Bezüge chemischer Theorien zu Alltagserfahrungen und Umweltproblemen. Bei diesem Film handelt es sich um eine FWU-Produktion aus dem Jahr Schlagwörter Chemische Reaktionen, Base (Chemie), Säuren Chemie Physikalische Chemie Bindung, Struktur, Eigenschaften Laufzeit: 14 min Kapitelanwahl auf DVD-Video Sprache: Deutsch Systemvoraussetzungen bei Nutzung am PC DVD-Laufwerk und DVD-Player-Software, empfohlen ab Windows 98 Allgemeinbildende Schule (7 10) GEMA Alle Urheber- und Leistungsschutzrechte vorbehalten. Nicht erlaubte/genehmigte Nutzungen werden zivilund/oder strafrechtlich verfolgt. LEHR- Programm gemäß 14 JuSchG