Die Kleinsten unter den Kleinen. - Einführung eines Teilchenmodells

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1 Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg Fakultät V Institut für reine und angewandte Chemie Didaktik der Chemie Arbeitsmaterialien Chemie Die Kleinsten unter den Kleinen - Einführung eines Teilchenmodells Team Nr.: Klasse :

2 Liebe Schülerin, lieber Schüler! Du nimmst heute an einem Projekttag teil und hast dazu dieses Heft mit Arbeitsmaterialien bekommen. Dazu folgende Hinweise: Bearbeite in Deinem Team bitte alle Aufgaben. Lass Dir dazu Zeit und bearbeite die Aufgaben sorgfältig. Notiere bitte immer die Ergebnisse Deines Teams und nicht die Ergebnisse eines anderen. Geh nach der Reihenfolge vor. Am Ende des Tages musst Du die Arbeitsmaterialien wieder zurückgeben. Damit Du Deinen Namen nicht nennen musst, ich Dich aber in einigen Wochen nochmals befragen möchte, trage bitte in die unteren Kästchen einen Code ein. In das erste Kästchen trage die ersten beiden Buchstaben des Vornamens Deiner Mutter ein (z.b. bei Else die Buchstaben EL). In das zweite Kästchen trage die ersten beiden Buchstaben des Vornamens Deines Vaters ein (z.b. bei Hermann die Buchstaben HE). Ersten beiden Anfangsbuchstaben des Vornamens Deiner Mutter Ersten beiden Anfangsbuchstaben des Vornamens Deines Vaters Danke und viel Spaß heute!

3 0. Eine paar Fragen vorweg. Um Dich etwas besser kennen zu lernen, möchte ich Dich bitten, die unten stehenden Fragen zu beantworten. Notiere bitte Deine eigene Meinung und sei bitte ehrlich. 1. Ich gehe gerne zur Schule. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 2. Chemieunterricht finde ich spannend und interessant. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 3. Chemieunterricht macht mir Spaß. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 4. Ich finde Chemie schwer. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht

4 5. Experimente machen mir Spaß. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 6. Ich arbeite gerne mit dem Computer. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 7. Ich kann mit dem Computer gut umgehen. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 8. Ich arbeite zu Hause viel mit dem PC. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 9. In der Schule machen wir viel mit dem PC. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht

5 10. Im Chemieunterricht machen wir viel mit dem PC. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 11. Meine Chemienote im letzten Halbjahr war: und jetzt geht s endlich los!

6 1. Themenkreis: Woraus bestehen eigentlich Stoffe? Kurze Einführung Chemiker machen sich sehr viele Gedanken darüber, wie Stoffe in ihrem Aufbau aussehen. Vielleicht hast Du darüber schon etwas gehört. Aufgabe 1.1: Notiere, was Du über den Aufbau von Wasser weißt. Du kannst hierzu eine Zeichnung anfertigen.

7 Versuch 1.1: Mischversuch mit Tinte und Wasser Versuchsaufbau: Pipette Reagenzglas Wasser Materialien: 1 Reagenzglasständer, 1 Reagenzglas, 1 Pipette, Wasser und Tinte Durchführung: Nimm ein Glas, füll es zur Hälfte mit Wasser und stell das Reagenzglas in den Reagenzglasständer. Tropfe nun langsam mit einer Pipette einige Tropfen Tinte vorsichtig an die Wand des Reagenzglases, so dass die Tinte langsam in das Wasser läuft.

8 Beobachtung: Notiere genau Deine Beobachtungen! Aufgabe 1.2: Versuche Dir vorzustellen, wie sich ein Chemiker das Mischen von Tinte und Wasser erklären würde. Skizziere Deine Ideen in einer Zeichnung und erläutere diese.

9 INFORMATION Die alten Griechen Mit dem Phänomen, das Du gerade beobachtet hast, haben sich schon viele Menschen beschäftigt. Einer der ersten, der seine Gedanken hierzu notiert hat, ist der griechische Gelehrte namens Leukippos und einer seiner Anhänger Demokrit. Leukippos lebte ca. 500 Jahre vor Christus in Milet, einer Stadt in Griechenland. Leukippos hat sich Folgendes gedacht: Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen. Diese Teilchen können nicht mehr in noch kleinere Teilchen zerteilt werden. Die Teilchen sind so klein, dass man sie nicht mit Augen sehen kann. Die Teilchen sind immer in Bewegung. Zwischen den Teilchen ist nichts. Alle Teilchen eines Stoffes haben dieselbe Form und Gestalt. Noch heute denkt man in der Chemie ähnlich wie Leukippos vor 2500 Jahren. Die kleinen Teilchen von denen Leukippos spricht, wollen wir wie Leukippos auch Teilchen eines Stoffes nennen.

10 Aufgabe 1.3 Wie würde sich Leukippos das Mischen von Wasser und Tinte vorstellen. Fertige eine Zeichnung an. Erläutere Deine Zeichnung.

11 Aufgabe 1.4 Versuche Dir Tinte wie Leukippos mit Teilchen vorzustellen. Beantworte dazu folgende Fragen. a) Ist Deiner Meinung nach, zwischen den einzelnen Tintenteilchen Platz? b) Ist irgendwas zwischen den Tintenteilchen? c) Wenn das Tintenfass auf dem Tisch still steht, sind die Tintenteilchen dann in Bewegung? d) Sind in der Tinte wirklich Tintenteilchen, oder stellt man sich diese nur vor?

12 Versuch 1.2 : Mischversuch mit Kugeln Versuchsaufbau: Deckel Glas Material: Durchführung: 2 Sorten Kugeln, Glas mit Stopfen Fülle das Glas bis zur Hälfte mit einer Sorte Kugeln. Gib nun einige Kugeln der anderen Kugelsorte darauf. Verschließe das Glas mit einem Stopfen. Schüttele das Glas nun für einige Sekunden. Beobachtungen: Zeichne die Kugeln vor dem Schütteln Notiere Deine Beobachtungen beim Schütteln Zeichne die Kugeln nach dem Schütteln

13 Aufgabe 1.5: Übertrage Deine Ergebnisse aus dem Schüttelversuch auf das Mischen von Wasser und Tinte. Zeichne in das Kästchen, wie Du das Mischen von Wasser und Tinte mit Teilchen darstellen würdest. Erkläre Deine Zeichnung. Aufgabe 1.6 Schau Dir nochmals Deine Zeichnung und Deine Erklärung oben an. Was meinst Du zu den folgenden Fragen? a) Ist Deiner Meinung nach, zwischen den einzelnen Teilchen Platz?

14 b) Ist irgendetwas zwischen den einzelnen Teilchen? c) Fangen die Wasserteilchen erst dann sich zu bewegen, wenn man Tintenteilchen dazu gibt? Oder sind Wasserteilchen immer in Bewegung? d) Hören die Wasserteilchen auf sich zu bewegen, sobald sich die Tintenteilchen und die Wasserteilchen durchmischt haben? e) Sind in der Tinte wirklich Tintenteilchen und in dem Wasser Wasserteilchen, oder stellt man sich diese nur vor?

15 Arbeiten mit dem PC-Programm Anleitung: 1. Zeichnen einer Teilchensorte Du kannst mit dem PC-Programm unterschiedliche Teilchen zeichnen. Du musst hiezu die Größe und eine Farbe auswählen. Drücke nun den Button Zeichnen. Nun kannst Du in die weiße Zeichenfläche mit einem Mausklick Teilchen zeichnen. Möchtest das Zeichnen beenden, so drück den Button Zeichnen beenden. 2. Simulation von Bewegung Drückst Du auf den Button Start, so beginnen die gezeichneten Bausteine sich zu bewegen. Möchtest Du die Bewegung anhalten, so drück auf den Button Stop. 3. Neue Zeichnung Möchtest Du eine neue Zeichnung anfertigen, so drücke den Button Neu.

16 Versuch 1.3: Nachstellen des Mischens von Tinte mit Wasser mit Hilfe eines PC-Programms Durchführung: Zeichne mit dem PC-Programm einige Teilchen einer Teilchensorte gleichmäßig in dem weißen Fenster. Lass Platz zwischen den Teilchen. Zeichne nie Teilchen übereinander. Drücke den Start-Button. Zeichne nun an einer Stelle einige Teilchen einer anderen Teilchensorte. Drücke nach einigen Minuten den Stop-Button. Beobachte genau. Beobachtungen: Notiere Deine Beobachtungen. Zeichne die Teilchen vor dem Starten Notiere Deine Beobachtungen bei der Bewegung der Teilchen Zeichne die Teilchen nach dem Stoppen

17 Aufgabe 1.7: Versuche Deine Ergebnisse aus dem PC-Programm auf das Mischen von Wasser und Tinte zu übertragen. Zeichne das Mischen von Wasser und Tinte, wie Du es Dir mit dem PC-Programm vorstellen kannst. Erläutere Deine Zeichnung. Aufgabe 1.8 Schau Dir Deine Zeichnung oben nochmals an. Beantworte folgende Fragen. a) Hören die Wasserteilchen auf sich zu bewegen, sobald sich die Tintenteilchen und die Wasserteilchen durchmischt haben?

18 b) Ist zwischen einzelnen Teilchen Platz? c) Was ist zwischen einzelnen Teilchen? d) Fangen die Wasserteilchen erst dann sich zu bewegen, wenn man Tintenteilchen dazu gibt? Oder sind Wasserteilchen immer in Bewegung? d) Sind in einem Stoff wirklich Teilchen, oder stellt man sich diese nur vor?

19 TÜV Nr.1 Versuch 1.4: Viel hilft viel stimmt das eigentlich? Versuchsaufbau: Material : 3 Reagenzgläser, Pipetten, Tinte, Wasser Durchführung: Fülle die Reagenzgläser bis zur Hälfte mit Wasser. Gib nun unterschiedliche Mengen an Tinte gleichzeitig in die Reagenzgläser. Ist das eine oder andere eher vollständig durchmischt?

20 Beobachtung: Notiere Deine Beobachtungen!

21 Aufgabe 1.9: Stelle den Versuch mit dem PC-Programm nach. Erkläre Deine Beobachtungen mit Hilfe des PC-Programms. Erläutere Deine Erklärungen mit Hilfe einer Zeichnung.

22 2. Themenkreis: Was ist eigentlich heiß und kalt? Versuch 2.1: Mischen von Tinte und Wasser bei unterschiedlichen Temperaturen Versuchsaufbau: Material: 2 Reagenzgläser, 2 Bechergläser, Pipetten, Stativmaterial, Wasser, Tinte, heißes Wasser, kaltes Wasser Durchführung: Fülle in alle 2 Reagenzglas bis zur Hälfte Wasser. Stelle nun jeweils ein Glas in kaltes Wasser und eines in heißes Wasser. Warte nun einige Minuten. Gebe nun vorsichtig in beide Reagenzgläser gleichzeitig etwas Tinte.

23 Beobachtung: Notiere Deine Beobachtungen!

24 Aufgabe 2.1: Versuche Deine Beobachtungen zu erklären. Veranschauliche Deine Erklärungen mit Hilfe einer Skizze.

25 INFORMATION Wärme gleich Bewegung? Das Phänomen, das Du in dem letzten Versuch gesehen hast, kannst Du mit Deinem bisherigen Wissen nicht erklären. Wir können hierzu einen Wissenschaftler namens M. W. Lomonossow befragen. Dieser brachte die Temperatur eines Stoffes mit der Bewegung der Bausteine in Verbindung. Lomonossow kam allerdings erst um 1740 (mehr als 2000 Jahre nach Leukippos und Demokrit) als erster auf diese Idee. Lomonossow war der Überzeugung, dass umso wärmer ein Stoff ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen des Stoffes. Aufgabe 2.2.: Versuche mit Hilfe von Lomonossow s Idee Deine Beobachtungen zu erklären.

26 Arbeiten mit dem PC-Programm Anleitung 1. Einstellung der Temperatur In diesem Programm kannst Du unterschiedliche Temperaturen einstellen. 2. Zeichnen einer Teilchensorte Du kannst mit dem PC-Programm unterschiedliche Teilchen zeichnen. Du musst hiezu die Größe und eine Farbe auswählen. Drücke nun den Button Zeichnen. Nun kannst Du in die weiße Zeichenfläche mit einem Mausklick Bausteine zeichnen. Möchtest das Zeichnen beenden, so drück den Button Zeichnen beenden. 3. Simulation von Bewegung Drückst Du auf den Button Start, so beginnen die gezeichneten Bausteine sich zu bewegen. Möchtest Du die Bewegung anhalten, so drück auf den Button Stop. 4. Neue Zeichnung Möchtest Du eine neue Zeichnung anfertigen, so drücke den Button Neu.

27 Aufgabe 2.3: Stelle den Mischversuch bei unterschiedlichen Temperaturen mit Hilfe des PC- Programms nach. Beschreibe Dein Vorgehen. Aufgabe 2.4: Erkläre das beobachtete Phänomen mit Hilfe des PC-Programms

28 Aufgabe 2.4 Welche Vorteile hat eine Darstellung mit dem PC? Was kannst Du in einer Zeichnung nur schlecht darstellen?

29 TÜV Nr.2 Aufgabe 2.5: Du hast bestimmt schon einmal in der Küche mit dem Wasserkocher Wasser heiß gemacht. Erkläre, wie Du das erhitzen von Wasser mit Hilfe der Teilchen vorstellen würdest. Versuch Deine Erklärungen in einer Skizze zu verdeutlichen.

30 3. Und nun zum Schluss. möchte ich gerne von euch wissen, wie euch der Tag gefallen hat. Lest euch dazu bitte folgende Fragen gut durch und beantwortet diese ehrlich. 1. Der Tag hat mir Spaß gemacht. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 2. Ich habe viel gelernt. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 3. Ich habe alles gut verstanden. stimmt völlig stimmt ziemlich stimmt wenig stimmt gar nicht 4. Das hat mir gut gefallen: 1. 2.

31 5. Das hat mit gar nicht gefallen: 1. 2.

32 Arbeitsblatt für die Einführung der Aggregatzustände

33 INFORMATION Gegensätze ziehen sich an und nicht nur die! Nicht nur Gegensätze ziehen sich an. Die unterschiedlichen Aggregatzustände erklärt man in der Chemie damit, dass sich Teilchen gegenseitig anziehen. Man spricht von so genannten Wechselwirkungen zwischen den Teilchen. Bewegen sich die Teilchen nur sehr langsam, können sich die Teilchen nicht von einander lösen. Sie bleiben also aneinander. Bewegen sich die Teilchen dagegen schneller, so können sich die Teilchen teilweise voneinander lösen. Bewegen sich die Teilchen ganz schnell, können sich die Teilchen komplett voneinander lösen.

34 Arbeitsblätter der Nachbefragung

35 Überprüfung des Modellverständnisses Klasse: Code: Ersten beiden Anfangsbuchstaben des Vornamens Deiner Mutter Ersten beiden Anfangsbuchstaben des Vornamens Deines Vaters M / W Aufgabe 1 Es ist ein heißer Sommertag. Du gehst in ein Cafe und bestellst Dir ein Getränk, natürlich mit Eiswürfeln. Was passiert mit den Eiswürfeln und dem Getränk längere Zeit stehen lässt? Beschreibe den Vorgang mit Hilfe von Teilchen.

36 Aufgabe 2 Kreuze die Eigenschaften, die Deiner Meinung nach Teilchen besitzen, an. Teilchen sind farbig. Teilchen sind immer in Bewegung. Teilchen reiben aneinander. Teilchen können warm oder kalt sein. Teilchen sind schneller bei höheren als bei niedrigeren Temperaturen. Teilchen eines Stoffes sind gleich. Zwei Stoffe können die gleiche Teilchensorte haben. Teilchen besitzen eine Dichte. Aufgabe 3 Sieh Dir bitte die Zeichnung genau an. Was könnte man besser darstellen?

37 Aufgabe 4 Stell Dir das Schmelzen von Eis mit Hilfe von Teilchen vor. Ws müsste man an dem PC-Programm, das Du an dem Projekttag kennen gelernt hast, verändern, um das Schmelzen von Wasser darstellen zu können? Aufgabe 5 Beschreibe das Lösen von Zucker in Wasser mit Hilfe von Teilchen.

38 Aufgabe 6 In einem Kolben ist Luft. Der Kolben wird evakuiert. Anschließend gibt man Wasser und Luft in den Kolben. Zeichne mit Hilfe von Teilchen, was sich zum jeweiligen Zeitpunkt im Kolben befindet und erkläre Deine Zeichnung. 1. Im Kolben ist Luft. 2. Der Kolben wurde evakuiert. 3. In den Kolben wurde Wasser und Luft gefüllt.

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