Die Elemente Schwefel

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Die Elemente Schwefel Mit 3D-Interaktion

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 verstehen den Unterschied zwischen elementarem Schwefel und Schwefelverbindungen bzgl. Bau und Eigenschaften; kennen die Gefahren von ausgewählten Schwefelverbindungen für Lebewesen und Umwelt; kennen Einsatzmöglichkeiten unterschiedlicher Schwefelverbindungen; lernen die Schwefelmodifikationen kennen; verstehen die Wege, auf denen Schwefelatome und -ionen Edelgaskonfiguration erreichen können; können die Schwefelmodifikationen den jeweiligen Darstellungsbedingungen zuordnen; können Schwermetallionen nachweisen; verstehen die Auswirkungen von Schwefeloxiden auf die Umwelt; kennen ausgewählte Moleküle, die Schwefelatome beinhalten; verstehen die Bedeutung der Disulfidbrücken für die Bildung der Proteinstrukturen; kennen den Vorgang der Vulkanisation des Naturkautschuks; recherchieren Auswirkungen von Schwefelverbindungen auf die belebte und unbelebte Natur; beurteilen Verbindungen bzgl. ihres Gefahrenpotenzials; bewerten historische, technische Verfahren bzgl. deren Bedeutung auf das Alltagsgeschehen. 2

3 Zum Inhalt Die Elemente: Schwefel (Film 22 min) Schwefel ist giftig und stinkt! Mit dieser Fehlvorstellung räumt die Produktion gleich zu Beginn auf, indem der elementare Schwefel vorgestellt und ausgewählten Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid gegenübergestellt wird. Es folgt eine detaillierte Besprechung des Nichtmetalls zunächst auf Teilchen-, dann auf Stoff ebene. Anschließend werden die Schwefelverbindungen nochmals genauer unter die Lupe genommen. Auf den Schwefelwasserstoff folgen die Nachweisreaktionen von Schwermetallionen als Metallsulfide sowie die Schwefeloxide mit den daraus herstellbaren Säuren. Ein besonderes Augenmerk wird abschließend auf die Fähigkeit des Schwefels gelegt, Disulfid brücken auszubilden. Hier steht die Aminosäure Cystein und ihre Bedeutung bei der Ausbildung von Tertiärstrukturen der Proteine ebenso im Vordergrund wie das großtechnische Verfahren der Vulkanisation von Naturkautschuk, das von Charles Goodyear entwickelt wurde. 3

4 Menü Die Elemente: Schwefel (Filmsequenzen) Giftig Stinkend Nützlich (Filmsequenz 2:40 min) Vulkane, Stinktiere und Eier haben eines gemeinsam: Sie können ganz schön stinken. Und zwar nach Schwefelverbindungen. Anhand der gezeigten Bilder wird sehr anschaulich und nachhaltig mit bestehenden Fehlvorstellungen aufgeräumt und klar zwischen den Eigenschaften der Elemente und der Verbindungen, also völlig verschiedenen Stoffen, unterschieden. Verbindungen wie Schwefelwasserstoff, Schwefeldioxid und die Schweflige Säure werden mit alltagsrelevanten Einsatzgebieten vorgestellt. Ein Element mit vielen Gesichtern (Filmsequenz 4:50 min) Die Filmsequenz beschreibt zunächst die Kenndaten des Elements Schwefel, die aus dem Periodensystem abgelesen werden können. Anschließend werden die verschiedenen Modifikationen des Schwefels Stück für Stück erarbeitet. Hier dienen Realaufnahmen eines Laborexperiments dazu, die Übergänge und die dazugehörigen Bedingungen (vornehmlich die Temperaturen) eindrucksvoll zu vermitteln. 4

5 Schwefelverbindungen (Filmsequenz 7:50 min) Die Filmsequenz greift den Schwefelwasserstoff erneut auf, um auf die Bedeutung der Sulfidionen intensiver einzugehen. Bei den anschließend behandelten Schwefeloxiden wird neben dem bereits bekannten Schwefeldioxid auch das Schwefeltrioxid vorgestellt. Jetzt steht das chemische Reaktionsvermögen beider Verbindungen mit Wasser im Vordergrund, wodurch die Schweflige Säure und die Schwefelsäure synthetisiert werden. Neben der wirtschaftlichen und technischen Bedeutung der Säuren werden auch die Gefahren für die Umwelt aufgezeigt, die von den Schwefeloxiden und den daraus entstehenden Säuren ausgehen. Es schließen sich die Sulfatsalze an. Hier werden Calcium-, Magnesium-, Natrium- und Kupfersulfat kurz vorgestellt. Schwefel Ein Brückenbildner (Filmsequenz 5:30 min) Die Aminosäure Cystein ermöglicht es, lange Polypeptidketten intern über Disulfidbrücken zu verbinden. Dieser wichtige Baustein im Körper von Lebewesen bildet das Kernstück zu Beginn der Filmsequenz. Weiterhin wird auch die Leistung von Charles Goodyear bei der Entdeckung des Gummis historisch beleuchtet und der Vorgang der Vulkanisation erklärt. Menü Steckbrief Schwefel (Bild / Grafiken) Schwefel überall (Bild) Das Impulsbild zeigt das Vorkommen von Schwefel in den unterschiedlichsten Situationen natürliche Vorkommen, Entstehung oder dessen Verwendung im Alltag. 5

6 Das Element Schwefel im PSE (Grafik) Übersichtlich werden in dieser Grafik die wichtigsten Merkmale des Elements Schwefel im Periodensystem dargestellt. Periodensystem der Elemente (Grafik) Anhand der Grafik kann das Element Schwefel im Periodensystem verortet werden. Die zugehörige Periode, Gruppe und wichtige Merkmale können abgelesen bzw. abgefragt werden. So lässt sich das Element in einen größeren Zusammenhang bringen. Atommodell (Grafik) Das Atommodell zeigt den atomaren Aufbau von Schwefel: Den Kern bilden 16 Protonen und 16 Neutronen. Um diesen bewegen sich im ersten Aufenthaltswahrscheinlichkeitsraum zwei Elektronen und im zweiten acht. In der Valenzhülle befinden sich sechs Elektronen (Valenzelektronen). Ortho-rhombischer Schwefel (Grafik) Die Grafik zeigt den Aufbau und die Anordnung der Schwefelmoleküle in einem Feststoff. Jeweils acht Schwefelatome bilden kronenartig ein S 8 -Molekül. Die Moleküle liegen als gestapelte Ringe aufeinander und bilden ein ortho-rhombisches Kristallsystem aus. Phasendiagramm (Grafik) Das Phasendiagramm stellt die Abhängigkeit der verschiedenen Aggregatzustände des Schwefels von Temperatur und Druck dar. 6

7 Interaktionen Erkunde das Element Schwefel (3D-Interaktion) Die 3D-Interaktion erlaubt den Schülerinnen und Schülern, eigenständig das Element Schwefel zu erforschen. Im ersten Schritt wird Schwefel als Feststoff vorgestellt. So können die Eigenschaften und die Kristallstruktur des ortho-rhombischen Schwefels sowie das Atommodell von Schwefel erkundet werden. Im nächsten Schritt werden die Phasenumwandlungen durch Erhitzen gezeigt, wodurch sich die unterschiedlichen Modifikationen von Schwefel ergeben. Auch die Bildung von Gummi kann anhand einer Grafik und eines Infotextes nachvollzogen werden. Aufgabe 1 und 2 beschäftigen sich schließlich mit den Schwefelverbindungen: Schwefelwasserstoff, Schweflige Säure und Schwefelsäure. Es müssen die Molekülnamen und die richtigen Bezeichnungen ihrer Salze zugeordnet und schließlich Fragen zu den Verbindungen beantwortet werden. Das Periodensystem der Elemente (Interaktion) Die Schülerinnen und Schüler können mit diesem interaktiven Periodensystem die einzelnen Elemente und deren Eigenschaften erforschen und miteinander vergleichen. 7

8 Didaktische Hinweise Der Film Die Elemente: Schwefel eignet sich besonders, Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen rund um das Element Schwefel wie auch um wichtige Verbindungen und deren Einsatzmöglichkeiten zu vermitteln. Dabei dienen verschiedene Filmsequenzen auch dazu, bereits erworbenes Wissen anhand des Schwefels und seiner Verbindungen zu wiederholen und zu vertiefen bzw. neue Themengebiete an den aufgeführten Beispielen zu erarbeiten. Hier sind vor allem Unterschiede zwischen Molekülen und Salzen, Modifikationen in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, Entstehung und Einfluss von umweltschädlichen Chemikalien, Nachweisreaktionen, Kennenlernen von ausgewählten organischen Molekülen, Entstehung der Tertiärstruktur von Proteinen sowie das großtechnische Verfahren der Vulkanisation zu nennen. Für die Umsetzung wird dabei einerseits immer wieder auf Realaufnahmen und Aufnahmen von Experimenten, andererseits auf Animationen zurückgegriffen, um die Phänomene der makroskopischen Ebene auf der submikroskopischen Ebene zu erklären. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Schwerpunkte eingesetzt werden: Kenneigenschaften wichtiger Stoffe (Beispiel Schwefel) Schwefel im Alltag Darstellung chemischer Formeln und Reaktionsgleichungen Aussagen über das Element aufgrund seiner Stellung im Periodensystem Atombau Räumlicher Bau von Molekülen Modifikationen von Schwefel Salze und Ionenbindung (Synthese und Aufbau aus Ionen) Bedeutung der Salze in der Natur und Technik / wirtschaftliche Bedeutung Nachweisverfahren von Schwermetallionen Säuren im Alltag und deren Bedeutung / Auswirkungen auf die Umwelt Großtechnische Chemie Vulkanisation des Naturkautschuks 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) Interaktionen Bilder / Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Kreuzworträtsel Fachbegriffe rund um den Schwefel 2) Modifikationen des Schwefels 3) Schwefel in unterschiedlichen Stoffklassen 4) Umwelteinflüsse von Schwefelverbindungen 3D-Interaktion: Erforsche das Element Schwefel Periodensystem der Elemente Schwefel überall Das Element Schwefel im PSE (mit/ohne Info) Periodensystem der Elemente Atommodell (mit/ohne Beschriftung) Ortho-rhombischer Schwefel (mit/ohne Infotext) Phasendiagramm Filmtext als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Die Elemente: Schwefel Die Elemente: Schwefel Die Elemente Schwefel Film 22 min Sequenzen Untermenüs Die Elemente: Schwefel Giftig Stinkend Nützlich 2:40 min Ein Element mit vielen Gesichtern 4:50 min Steckbrief Schwefel Bild / Grafiken Schwefelverbindungen Schwefel Ein Brückenbildner 7:50 min 5:30 min Arbeitsmaterial Steckbrief Schwefel Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 4 Arbeitsblätter 5 Grafiken 1 Bild 2 Interaktionen (davon eine 3D-Interaktion) Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Schwefel überall Das Element Schwefel im PSE Periodensystem der Elemente Atommodell Ortho-rhombischer Schwefel Phasendiagramm Bild Grafik Grafik Grafik Grafik Grafik 10

11 Produktionsangaben Die Elemente: Schwefel (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2015 DVD-Konzept Christina Lehni DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2015 Grafiken Karin Commettant FWU Institut für Film und Bild Bildnachweis Coverbild: Thinkstock Byelikova_Oksana / istock, Gummiring: Pond5, Trockenobst: 123rf, Wald geschädigt: 123rf, Weinkeller: videohive, Schwefelsee: Haldor Neumann 3D-Interaktion 3d-bewegungswerkstatt, Gilching Interaktion PSE Christina Kokkalis Arbeitsmaterial Sarah Hammon Begleitheft Christina Lehni Pädagogische Referentin im FWU Christina Lehni Produktionsangaben zum Film Die Elemente: Schwefel Produktion Stefan Weichelt im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2015 Buch Christina Lehni Stefan Weichelt Kamera Fabian Weichelt Stefan Weichelt Animationen Stefan Weichelt Fotomaterial Schwefelsee Haldor Neumann Footage Material und Musik Pond 5; Getty Images; istockphoto; 123rf; videohive; BALLView: an object-oriented molecular visualization and modeling framework, Moll A, Hildebrandt A, Lenhof HP, Kohlbacher O., J Comput Aided Mol Des Nov;19(11): Schnitt Stefan Weichelt Sprecher Andreas Karg Wir bedanken uns bei allen Beteiligten für die freundliche Unterstützung besonders bei Haldor Neumann Lise-Meitner-Gymnasium Redaktion Christina Lehni Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2015 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Die Elemente: Schwefel Wir begegnen Schwefel im Alltag auf vielfältige Weise. Beim Faulen von Eiern entsteht zum Beispiel Schwefelwasserstoff. Mit Verbindungen wie Schwefeldioxid behandeln wir Obst, damit es nicht verschimmelt. Schwefelsäure findet in Düngemitteln oder Autobatterien Verwendung. Die Produktion stellt anhand von alltagsrelevanten Bezügen das Element Schwefel vor. Neben dem atomaren Aufbau werden die Modifikationen, das chemische Reaktionsvermögen und ver schiedene Schwefelverbindungen behandelt. Auch die Leistungen von Charles Goodyear bei der Entdeckung des Gummis werden beleuchtet. Im Arbeitsmaterial stehen Arbeitsblätter, zwei Interaktionen (davon eine 3D-Interaktion) und weitere ergänzende Unterrichtsmaterialien zur Verfügung. Erscheinungsjahr: 2015 Laufzeit: 22 min Film: 1 Filmsequenzen: 4 Grafiken / Bilder: 6 Sprache: Deutsch DVD-ROM-Teil: Interaktionen: Arbeitsblätter: Adressaten: Unterrichtsmaterialien 2 (davon eine 3D-Interaktion) 4 (mit Lösungen) Allgemeinbildende Schule (Klasse 7-10) Schlagwörter: Atommodell, Cystein, Disulfidbrücke, Element (chemisches), Goodyear, Charles, Gummi, Kohlenwasserstoffe, Modifikation, Naturkautschuk, Periodensystem, Saurer Regen, Schwefeldioxid, Schwefelwasserstoff, Schwefeloxide, Schweflige Säure, Schwermetallion, Sulfate, Sulfide, Sulfite, Technische Chemie, Umwelt, Umweltgefährdung, Vulkanisation Systematik: Chemie Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG Physikalische Chemie Atombau, Periodensystem; Bindung, Struktur, Eigenschaften Angewandte Chemie Technische Chemie Anorganische Chemie Elemente; Verbindungen Organische Chemie Kohlenwasserstoffe Biochemie Molekulare Grundlagen der Organismen GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de