Didaktische FWU-DVD. Analyse und Synthese. Chemie. Klasse Trailer ansehen

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1 Didaktische FWU-DVD Analyse und Synthese Chemie Klasse 8 10 Trailer ansehen

2 Schlagwörter Analyse; Atom; Atomtheorie; chemische Reaktion; Dalton, John; de Lavoisier, Antoine; Eisenoxid; Element; Experiment; Gemisch; Glimmspanprobe; heterogen; homogen; Kalkwasserprobe; Knallgasprobe; Kohlenstoffdioxid; Luft; Massenerhaltungssatz; Periodensystem der Elemente; Quecksilberoxid; Raleigh, John William; Ramsay, William; Reinstoff; Sauerstoff; Spurengas; Stoffgemisch; Synthese; Verbindung; von Linde, Carl; Wasser; Wasserstoff; Zersetzung; Zusammensetzung Systematik Chemie Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Allgemeine Chemie Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Physikalische Chemie Bindung, Struktur, Eigenschaften Anorganische Chemie Stoffgemische 2

3 Zum Inhalt Analyse und Synthese (Film 21 min) Um Stoffe analysieren und synthetisieren zu können, muss zunächst klar sein, welche Arten von Stoffkategorien es gibt. Dabei wird im Film zwischen Reinstoffen und Stoffgemischen unterschieden. Anschließend geht der Film auf die Leistungen von Antoine de Lavoisier ein. Dieser prägte im 18. Jahrhundert einen neuen Elementbegriff. Elemente sind nach de Lavoisier Reinstoffe, die mit chemischen und physikalischen Methoden nicht weiter in andere Stoffe zersetzt werden können. Ferner beschäftigte sich de Lavoisier auch mit chemischen Reaktionen von Elementen und Verbindungen. Für ihn gab es in der Chemie zwei Reaktionstypen: Die Zersetzung und die Zusammensetzung. Schritt für Schritt wird ein Reaktionsschema zur Analyse und Synthese aufgebaut und erklärt. An diese Grundlagen anknüpfend, werden de Lavoisiers Experimenten folgend verschiedene einfache Analysen und Synthesen im Labor vorgeführt. Nach der Analyse und Synthese von Wasser werden abschließend de Lavoisiers Erkenntnisse mit Daltons Atomtheorie in Verbindung gebracht und erweitert. Filmsequenzen Reinstoffe und Stoffgemische (0:50 min) In der Chemie lassen sich Reinstoffe und Stoffgemische unterscheiden. Besteht ein Stoff nur aus einem Element oder einer Art von Verbindung, spricht man von einem Reinstoff. Sind mehrere Reinstoffe miteinander vermischt, spricht man von einem Stoffgemisch. Die Filmsequenz zeigt die Unterschiede der beiden Stoffkategorien an einfachen Beispielen auf und geht dabei auch auf homogene und heterogene Stoffgemische ein. Wie kann man Stoffgemische von Reinstoffen unterscheiden? (1:40 min) Destilliertes Wasser und Salzwasser lassen sich auf den ersten Blick nicht unterscheiden. Erst durch genauere Untersuchungen der chemischen Eigenschaften, wie zum Beispiel der Siedetemperatur, lässt sich sagen, ob der vorliegende Stoff ein Reinstoff oder ein Stoffgemisch ist. Reinstoffe haben im Gegensatz zu Stoffgemischen stets konstante chemische Eigenschaften. Sie lassen sich durch physikalische Trennverfahren nicht weiter zerlegen. Stoffgemische hingegen ändern ihre Eigenschaften mit dem Mischungsverhältnis der Inhaltsstoffe. 3

4 Aus welchen Stoffen besteht ein Gemisch? (1:30 min) Um Stoffgemische untersuchen zu können, ist es notwendig, sie in ihre Reinstoffe aufzutrennen. Hierzu nutzen Chemiker verschiedene Trennmethoden. Beim Herstellen eines Tees werden die löslichen Inhaltsstoffe aus den Teeblättern extrahiert und so von den unlöslichen getrennt. Duft und Geschmacksproben lassen darauf schließen, dass neben dem Pflanzenmaterial noch Farbund Aromastoffe beigemengt sind. Gaschromatografische Untersuchungen ergeben, dass das Teegetränk noch aus weiteren mehreren hundert Reinstoffen besteht. Analyse- und Synthesebegriff (nach de Lavoisier) (2:40 min) Der Elementbegriff der Antike wurde von dem französischen Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier ( ) als für die Chemie untauglich erkannt und überwunden. In seinem berühmten Buch Traité élémentaire de chimie (1789) definierte Lavoisier Elemente als Reinstoffe, die sich im Gegensatz zu Verbindungen nicht mehr weiter in andere Reinstoffe zerlegen lassen. Die erfolgreiche Zersetzung einer Verbindung A in die Reinstoffe B + C bezeichnete er als Analyse, den umgekehrten Vorgang als Synthese. 4

5 Analyse und Synthese von Quecksilberoxid (2:00 min) Die Entdeckung des Gases Sauerstoff fand schon 1774 durch Versuche von de Lavoisier statt. Durch tagelanges Erhitzen von Quecksilber an der Luft gewann er einen orangefarbenen Stoff, den er Quecksilbersalz nannte. Mithilfe einer Analyse versuchte er anschließend, diesen Stoff wieder zu zersetzen. Dabei gewann er ein bisher unbekanntes Gas, das er Oxygène nannte. Im Labor wird dieser Versuch nachgestellt. Auch auf das Massenerhaltungsgesetz wird eingegangen. Analyse der Luft (3:10 min) Um die qualitative und quantitative Zusammensetzung der Luft zu bestimmen, führte de Lavoisier ein Experiment durch: die Reaktion von Luft mit Eisenwolle unter Hitzeeinwirkung. Aus seinen Beobachtungen schlussfolgerte er, dass 100 ml Luft ein Gemisch aus etwa 79 ml Stickstoff und ca. 21 ml Sauerstoff sei. Erst 1895 gelang es Carl Linde, Luft tatsächlich in all seine Bestandteile zu zerlegen. Kurz darauf entdeckten die Physiker Raleigh und Ramsay, dass auch noch ein weiteres Gas in geringsten Mengen enthalten war, nämlich Argon. Analyse von Wasser (2:00 min) Seit der Antike wurde Wasser als ein Element angesehen. De Lavoisier jedoch bezweifelte diese Vorstellung und versuchte, den Reinstoff Wasser zu zerlegen. Im Labor wird seine Analyse nachgestellt: Wir lassen Wasserdampf mit Eisenwolle unter Hitzeeinwirkung reagieren. Die Eisenwolle wird schwarz und nimmt an Masse zu. Das aufgefangene Gas lässt sich entzünden. De Lavoisier schlussfolgerte aus diesen Beobachtungen: Wasser ist ein Reinstoff, der sich zerlegen lässt in Sauerstoff, das mit dem Eisen zu Eisenoxid reagiert, und in ein brennbares Gas X. Wasser ist also kein Element, sondern eine Verbindung aus Sauerstoff und eben diesem Gas X. Synthese von Wasser (2:20 min) De Lavoisier untersuchte die Verbrennungsprodukte seiner Analyse von Wasser und verbrannte das Gas X mit Sauerstoff. Am Kolbenrand stellte er einen flüssigen Beschlag fest es hatte sich wieder gewöhnliches Wasser gebildet. Daraufhin bezeichnete de Lavoisier das Gas X als Hydrogène. De Lavoisier hatte also Wasser aus Sauerstoff und Wasserstoff synthetisiert. 5

6 Im Labor wird dieser Versuch nachgestellt und anschließend Wasserstoff mit der Knallgasprobe bestimmt. Zudem werden die Massen der Reaktionspartner berechnet. Daltons Atomtheorie erklärt (fast) alles (3:00 min) Schon im Altertum entwickelten die griechischen Philosophen Demokrit und Leukipp die Vorstellung, dass alle Stoffe dieser Welt aus winzigen, für das menschliche Auge unsichtbaren, Atomen aufgebaut seien. Diese Idee wurde 1803 vom englischen Naturforscher und Arzt John Dalton aufgegriffen und weiter präzisiert. Die Sequenz fasst die wichtigsten Punkte zu Daltons Atomtheorie zusammen und überträgt diese auf de Lavoisiers Analyse und Synthese von Wasser. Es zeigt sich, dass Daltons Atomtheorie nicht nur ein historischer Meilenstein ist, sondern nach wie vor ein Schlüssel zum Verständnis der modernen Chemie. Interaktion Periodensystem der Elemente Die Schülerinnen und Schüler können mit diesem interaktiven Periodensystem die Gruppen bzw. einzelnen Elemente sowie deren Eigenschaften erforschen und miteinander vergleichen. en Stoffkategorien () Die zeigt die schematische Einteilung von Stoffen in Gemische und weiterführend in heterogene / homogene Gemische sowie in Reinstoffe, die wiederum Verbindungen oder Elemente sein können. Stoffkategorien Merksätze (2 en) Um einen Stoff richtig einzuordnen, ist es sinnvoll, sich dessen Aufbau anzusehen. Mithilfe anschaulicher Bilder, Teilchenbilder und Merksätzen kann die den Schülerinnen und Schülern als Merkhilfe dienen. Reinstoffe und Stoffgemische (2 en) Die Zuordnung von Stoffen zu den Stoffkategorien ist oftmals nicht sehr einfach. Die zeigt verschiedenste Stoffe aus unterschiedlichen Stoffkategorien, die von den Schülerinnen und Schülern zugeordnet werden müssen. Homogene und heterogene Stoffgemische (4 en) Die en zeigen eine Auswahl an heterogenen und homogenen Stoffgemischen und ermöglichen eine Bestimmung der Aggregatzustände. 6

7 Periodensystem der Elemente () Reinstoffe können entweder Elemente oder Verbindungen sein. Das PSE kann in diesem Zusammenhang genutzt werden, um einzelne Elemente nochmals genauer zu betrachten. Analyse und Synthese Reaktionsschema () Die Zersetzung und Zusammensetzung von Stoffen sind zwei einander entgegengesetzte Reaktionen. Dies wird anschaulich anhand eines allgemeinen Reaktionsschemas dargestellt. Massenerhaltungssatz () Am Beispiel der Analyse von Quecksilberoxid wird gezeigt, dass die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich der Gesamtmasse der Reaktionsprodukte ist. Zusammensetzung der Luft () Anhand eines Luftballons, der mit 1000 ml Luft gefüllt ist, werden die Bestandteile der Luft und deren Anteile dargestellt. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler lernen Experimente rund um die Analyse und Synthese von Stoffen kennen; lernen, wie sich Wasser analysieren und synthetisieren lässt; kennen einfache Methoden zur Analyse und Synthese von Stoffen; wissen um die grundlegende Veränderung der Stoffeigenschaften von Edukt zu Produkt; verstehen, dass sich Stoffgemische durch Trennverfahren voneinander trennen lassen; beschreiben Luft als Stoffgemisch; unterscheiden Reinstoffe und Stoffgemische anhand ihrer Eigenschaften voneinander; unterscheiden Verbindung und Element voneinander; vollziehen das Gesetz von der Erhaltung der Masse nach; erkennen, dass Daltons Atomtheorie eine wichtige Basis für das Verständnis von Analyse und Synthese ist; sind fähig, Reaktionsgleichungen zu formulieren und zu deuten; verstehen, was bei Analysen und Synthesen auf der Teilchenebene passiert. 7

8 Didaktische Hinweise Der Film Analyse und Synthese soll den Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen zu der Erzeugung und der Untersuchung chemischer Stoffe näherbringen. Dazu werden zunächst Stoffgemische und Reinstoffe voneinander differenziert. Anschließend wird der Unterschied zwischen Elementen und Verbindungen thematisiert. In zwei weiteren Abschnitten geht es um die Analyse und Synthese von Quecksilberoxid und die Analyse von Luft. Abschließend werden die Analyse und Synthese von Wasser eingeführt, bevor anhand ausgewählter Beispiele auf die Atomtheorie von John Dalton als wichtige Ausgangsbasis für Synthesen und Analysen Bezug genommen wird. Die Einsatzmöglichkeiten des Films sind flexibel. So kann der Film sowohl als Einstieg in die Thematik als auch als stückweise Begleitung zu den einzelnen Teilen einer entsprechenden Unterrichtseinheit verwendet werden, oder aber als Abschluss und grundlegende Zusammenfassung der Behandlung des Themas im Unterricht. Die Produktion eignet sich für die Vermittlung folgender Lehrplaninhalte: Stoff-Teilchen-Konzept Stoffe werden umgewandelt: Edukte/ Produkte, Massenerhaltung Verbindungen sind Reinstoffe, an denen mehrere Elemente beteiligt sind. Elementbegriff Definition einer chemischen Reaktion, bei der Stoff- und Energieumwandlungen gleichzeitig ablaufen (Gesamtmasse bleibt dabei erhalten) Definition von Analyse und Synthese Analyse und Synthese von Quecksilberoxid Analyse der Luft Analyse und Synthese von Wasser Daltons Atomtheorie als Erklärung für das Gesetz von der Erhaltung der Masse 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) en Interaktion Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der en und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Stoffkategorien 2) Stoffgemische 3) Aufbau von Salzen 4) Analyse von Quecksilberoxid 5) Analyse von Silbererz 6) Synthese von Kupfererz Stoffkategorien Stoffkategorien Merksätze Reinstoffe und Stoffgemische (2 en) Homogene Stoffgemische (2 en) Heterogene Stoffgemische (2 en) Periodensystem der Elemente Analyse und Synthese Reaktionsschema Analyse und Synthese von Quecksilberoxid Massenerhaltungssatz Zusammensetzung der Luft Das Periodensystem der Elemente Filmtext als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Untermenü Hauptmenü Reinstoffe und Stoffgemische Analyse und Synthese Reinstoffe und Stoffgemische Analyse und Synthese Film 21 min Sequenzen/en Reinstoffe und Stoffgemische Wie kann man Stoffgemische von Reinstoffen unterscheiden? Aus welchen Stoffen besteht ein Gemisch? 0:50 min 1:40 min 1:30 min Analysen und Synthesen Sequenzen/en Reinstoffe und Stoffgemische Stoffkategorien Homogene Stoffgemische Heterogene Stoffgemische Periodensystem der Elemente Arbeitsmaterial Analysen und Synthesen Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 6 Arbeitsblätter 13 en 1 Interaktion Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Analyse- und Synthesebegriff (nach de Lavoisier) Analyse und Synthese von Quecksilberoxid Analyse der Luft Analyse von Wasser Synthese von Wasser Daltons Atomtheorie erklärt (fast) alles Analyse und Synthese Reaktionsschema Massenerhaltungssatz Zusammensetzung der Luft 2:40 min 2:00 min 3:10 min 2:00 min 2:20 min 3:00 min 10

11 Produktionsangaben Analyse und Synthese (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2018 DVD-Konzept Christina Lehni DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2018 Bildnachweis Coverbild: Frederic William Wright / Wikimedia Commons, public domain en: FWU Institut für Film und Bild Fotos: Pixabay.com Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch Begleitheft Christina Lehni Pädagogische Referentin im FWU Christina Lehni Produktionsangaben zum Film Analyse und Synthese Produktion heureka! film im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2018 Exposé Dr. Nina Harsch Drehbuch Alexander Böhle Christina Lehni Bildgestaltung und Schnitt Alexander Böhle Animationen Markus Krämer en Ildico Böhle Regie Alexander Böhle Ton- und Musikmaterial Highland Musikarchiv Bluevalley GmbH & Co. KG Bildmaterial Wikipedia Creative commons Videoblocks Sprecher Ronald Spiess Didaktische Fachberatung Haldor Neumann Wir bedanken uns bei allen Beteiligten für die freundliche Unterstützung, besonders bei Haldor Neumann und dem Lise-Meitner- Gymnasium Unterhaching Redaktion Christina Lehni Dr. Maike Schuchmann Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2018 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 Analyse und Synthese Ob die Synthese von Quecksilberoxid oder die Analyse der Luft schon im 18. Jahrhundert befasste sich der Chemiker Antoine de Lavoisier mit der Erzeugung und Untersuchung chemischer Stoffe. Die Produktion differenziert zunächst zwischen Reinstoffen und Stoffgemischen und stellt anschließend die Entdeckungsleistungen de Lavoisiers vor. Dabei werden grundlegende Analysen und Synthesen im Labor durchgeführt. Abschließend werden die Erkenntnisse de Lavoisiers mit Daltons Atomtheorie in Verbindung gebracht und erweitert. Laufzeit 21 min Klasse 8 10 Sprache Film 1 Filmsequenzen 9 Arbeitsblätter 6 DE en 13 Interaktion 1 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler lernen Experimente rund um die Analyse und Synthese von Stoffen kennen; verstehen, was bei Analysen und Synthesen auf der Teilchenebene passiert; unterscheiden Reinstoffe und Stoffgemische anhand ihrer Eigenschaften voneinander; lernen, wie sich Wasser analysieren und synthetisieren lässt; vollziehen das Gesetz von der Erhaltung der Masse nach; erkennen, dass Daltons Atomtheorie eine wichtige Basis für das Verständnis von Analyse und Synthese ist. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse 8 10 Reinstoffe und Stoffgemische Analyse- und Synthesebegriff (nach de Lavoisier) Verschiedene Analysen und Synthesen (Quecksilberoxid, Luft, Wasser) Bezug der Erkenntnisse de Lavoisiers zu Daltons Atomtheorie Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG und 60b UrhG GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de