Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt

Transkript

1 Didaktische FWU-DVD Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt Chemie Klasse 8 11 Trailer ansehen

2 Schlagwörter Aggregatzustand; Alkane; Alkene; Alkine; Atom; Benzin; Butan; Buten; Butin; Chemische Elemente; Chemische Verbindung; Cycloalkane; E-Z-Isomerie; Entzündungstemperatur; Ethan; Ethen; Ethin; gesättigt; homologe Reihe; Isomerie; IUPAC; Kohlenstoff; Konformationsisomerie; Konstitutionsisomerie; Kunststoff; Methan; Molekül; Molekülbau; Nomenklatur; Öl; organische Verbindung; Pentan; Periodensystem der Elemente; PET; Propan; Propen; Schmelztemperatur; Siedetemperatur; Stoffeigenschaft; Summenformel; Teilchenebene; ungesättigt; Viskosität; Wasserstoff Systematik Chemie Physikalische Chemie Atombau, Periodensystem Physikalische Chemie Bindung, Struktur, Eigenschaften Organische Chemie Kohlenwasserstoffe Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt 2

3 Zum Inhalt Alkane (Film 17 min) Als Grundlagenwissen behandelt der Film den molekularen Aufbau der einfachsten unverzweigten und verzweigten Kohlenwasserstoffe, den der Alkane und Cycloalkane. Beginnend wird in diesem Zusammenhang der Unterschied zwischen organischen und anorganischen Verbindungen herausgestellt. Als einfachste Kohlenwasserstoffe wird die homologe Reihe der Alkane, ausgehend vom Methan, entwickelt. Über Ethan, Propan und Butan wird immer mithilfe derselben, sich einprägenden Erarbeitung die homologe Reihe der Alkane mit ihrer zugehörigen allgemeinen Summenformel und der jeweiligen Nomenklatur dargestellt. Dabei findet eine Darstellung der logisch zugehörigen Eigenschaften und ihrer Tendenzen der einzelnen Stoffe dieser gesättigten Verbindungen statt. Ausgehend von den Summenformeln werden beispielhaft am Butan verschiedene isomere Strukturen entwickelt und dieses Phänomen an weiteren Alkanvertretern vertieft. An dieser Stelle wird im Zusammenhang mit der Konstitutionsisomerie schon vereinfacht IUPAC- Nomenklatur eingeführt. Anschließend wird der erfolgte Lerninhalt in die Gruppe der Cycloalkane übernommen, deren Schwerpunkt in den unterschiedlichen räumlichen Strukturen, also der Konformationsisomerie, zu finden ist. Beispielhaft werden dabei die äquatoriale und die axiale Stellung der Seitengruppe des Methylcyclohexans gegenübergestellt und diskutiert. Alkene (Film 6 min) Als weitere Kohlenwasserstoffgruppe wird die der einfachsten ungesättigten Alkene behandelt. Analog der Alkane, werden die Bindungen in Abhängigkeit von der Summenformel, die Valenzschreibweise, der räumliche Bau sowie die daraus resultierenden Eigenschaften besprochen. Dies ermöglicht es den SchülerInnen, Parallelen zu ziehen und durch die systematische Erarbeitungsweise die neuen Fakten leichter zu erfassen und einzuüben. Erweiternde Sachverhalte, wie die E-Z-Isomerie werden dabei sinnvoll integriert. Abschließend wird die Bedeutung des Ethens als Edukt für die Kunststoffherstellung sowie dessen hormonelle Wirkung auf Pflanzen gezeigt. 3

4 Alkine (Film 4 min) Die Alkine runden das Thema der Produktion ab. Diese homologe Reihe ungesättigter Kohlenwasserstoffmoleküle wird erneut auf vertraute Weise mit allen Auswirkungen auf die jeweiligen Stoffeigenschaften dargestellt und die Bedeutung einzelner Vertreter als Schweißgase oder Nervengifte bei Baumsteigerfröschen aufgeführt. Filmsequenzen Alkane Vielfalt organischer Stoffe (Filmsequenz 2:10 min) Die Sequenz zeigt die Vielfalt organischer Verbindungen. Dabei wird die Bedeutung der Kohlenstoffatome als Grundgerüstatome erarbeitet und durch mögliche Fremdatome als Substituenten sowie fossile Brennstoffe als Quelle für organische Kohlenwasserstoffverbindungen ergänzt. Kettenförmige, unverzweigte Alkane (Filmsequenz 5:40 min) Das zweite Kapitel entwickelt die Strukturformeln der kurzkettigen Alkane. Dabei wird der räumliche Bau erarbeitet und basierend auf diesen Erkenntnissen die daraus resultierenden zwischenmolekularen van-der-waals-kräfte betrachtet. Verzweigte Alkane (Filmsequenz 3:10 min) Die Sequenz entwickelt die Strukturformeln der kurzkettigen verzweigten Alkane. Dabei wird der räumliche Bau 4

5 erarbeitet und basierend auf diesen Erkenntnissen die daraus resultierenden physikalischen Eigenschaften. Anschließend erfährt die Konstitutionsisomerie verzweigter Alkane das besondere Augenmerk. Benennung der verzweigten Alkane (Filmsequenz 2:50 min) Nach sinnvoller Vorarbeit und Erarbeitung einzelner Aspekte der Nomenklatur bei der Konstitutionsisomerie wird die IUPAC-Nomenklatur mit feststehenden Regeln eingeführt. Diese erfolgt an ausgewählten Molekülbeispielen. Cycloalkane (Filmsequenz 2:30 min) Diese Gruppe erfährt bei der Erarbeitung des räumlichen Baus besondere Bedeutung, da am Beispiel des Methylcyclohexans die Konformationsisomerie eingeführt und eindrucksvoll veranschaulicht wird. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf die äquatoriale und die axiale Stellung der Methylseitengruppe gelegt. Filmsequenzen Alkene Aufbau der Alkene (Filmsequenz 2:00 min) Analog dem Schema der Alkane werden die Alkene als einfachste ungesättigte Kohlenwasserstoffe thematisiert. E-Z-Isomerie (Filmsequenz 3:10 min) Ergänzend wird in dieser Sequenz auf die E-Z-Isomerie eingegangen, welche den bisher erlernten räumlichen Bau sowie die Nomenklatur sinnvoll integriert. 5

6 Filmsequenzen Alkine Aufbau der Alkine (1:30 min) Nach entsprechender Vorarbeit erscheint die Gruppe der Alkine leicht nachvollziehbar. Unterstützt wird dies durch die Behandlung derselben Aspekte wie bei den Alkanen bzw. Alkenen. Benennung der Alkine (1:30 min) Abschließend wird die Benennung der Alkine bearbeitet. Zusätzlich zeigt die Sequenz auch bei den Alkinen einen fachübergreifenden und fächerverbindenden Bezug, die Industrie und die Biologie betreffend. Grafiken zu Alkane Kettenförmige, unverzweigte Alkane (8 Grafiken) In acht Grafiken werden die vier kleinsten kettenförmigen, unverzweigten Alkane sowohl als Valenzstrichformel als auch als 3D-Modell gezeigt. Verzweigte Alkane (6 Grafiken) In sechs Grafiken werden drei verzweigte Alkane sowohl als Valenzstrichformel als auch als 3D-Modell gezeigt. Cycloalkane (8 Grafiken) In acht Grafiken werden zwei Cycloalkane sowohl als Valenzstrichformel als auch als 3D-Modell gezeigt. Zusätzlich werden die äquatoriale und axiale Stellung des Methylcyclohexans dargestellt. Grafiken zu Alkene Aufbau der Alkene (4 Grafiken) In vier Grafiken werden vier Alkene sowohl als Valenzstrichformel als auch als 3D-Modell gezeigt. C 4 H 8 Isomere (8 Grafiken) In acht Grafiken werden die verschiedenen Isomere mit der Summenformel C 4 H 8 gezeigt. Grafiken zu Alkine Aufbau der Alkine (6 Grafiken) In sechs Grafiken werden drei Alkine sowohl als Valenzstrichformel als auch als 3D-Modell gezeigt. 6

7 Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler verstehen den grundlegenden Aufbau organischer Stoffe; unterscheiden organische von anorganischen Stoffen; können den Bau einfacher Kohlenwasserstoffmoleküle erklären; kennen die homologen Reihen der Alkane, Alkene und Alkine; verstehen die IUPAC-Nomenklatur einfacher Kohlenwasserstoffmoleküle; lernen Konformations- und Konstitutionsisomerien zu unterscheiden und zu benennen; können die Zusammenhänge zwischen Molekülbau und Stoffeigenschaften aufzeigen; verstehen die Bedeutung von Kohlenwasserstoffen für die chemische Industrie, Mensch und Natur; können Alkene bzw. Alkine in Gedankenmodellen herstellen; lernen die unterschiedlichsten Darstellungsmöglichkeiten von Kohlenwasserstoffmolekülen kennen. Didaktische Hinweise Die Produktion Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt soll den Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen zu diesen allgegenwärtigen und bedeutsamen Stoffen vermitteln. Das sehr allgemein gehaltene Thema beschränkt sich auf einfache Kohlenwasserstoffverbindungen der Alkane, Alkene, Alkine und Cycloalkane. Dabei werden neben unterschiedlichsten Beispielen vor allem die chemische Herstellung, verschiedene modellhafte Darstellungsmöglichkeiten der Moleküle, deren räumlicher Bau, daraus resultierende Stoffeigenschaften und die Nomenklatur auf Teilchenebene behandelt. So erarbeitet die Produktion die homologen Reihen der oben genannten Stoffgruppen und gibt den ersten Einblick in die Konstitutionsund Konformationsisomerien. Die ausgearbeiteten Themengebiete werden dabei stets an Beispielen und mithilfe von Arbeitsblättern eingeübt und vertieft. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Alkane, Alkene, Alkine Isomerien IUPAC Nomenklatur 7

8 Arbeitsblatt 46 / Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt Arbeitsblatt 7 Seite 1/4 Darstellung von Ethen und Ethin Versuch: Darstellung und Eigenschaften von Ethen Geräte und Chemikalien: Reagenzglas Stativmaterial drei Spritzen Stopfen mit Metallkanülen Bunsenbrenner Aluminiumoxid Sand Ethanol Synthese von Ethen: In ein Reagenzglas wird ca. 2 cm hoch Sand gefüllt, welcher mit Ethanol bis oben getränkt wird. Das Reagenzglas wird in einem Winkel von 45 an einem Stativ eingespannt und in die Mitte des Reagenzglases wird ein gefüllter Löffelspatel Aluminiumoxid (Al2O3) gegeben. Das Reagenzglas wird über einen durchbohrten Stopfen, in welchem eine Metallkanüle steckt, mit einer Spritze verbunden. Der Sand wird mit der rauschenden Bunsenbrennerflamme stark erhitzt. Die erste Spritze wird verworfen. (Explosionsgefahr!) 1. Skizziere einen beschrifteten Versuchsaufbau für die Synthese von Ethen. FWU Institut für Film und Bild 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) Grafiken Filmtexte Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, den Grafiken und den ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Schmelz- und Siedetemperaturen der Alkane 2) Alkane ordnen 3) Schmelz- und Siedetemperaturen der Alkene 4) Schmelz- und Siedetemperaturen der Alkane und Alkine 5) Nomenklatur der Kohlenwasserstoffe 6) Kohlenwasserstoffe Isomerie 7) Darstellung von Ethen und Ethin 4 kettenförmige, unverzweigte Alkane (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 3 verzweigte Alkane (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 4 Cycloalkane (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 2 Alkene (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 4 C 4 H 8 Isomere (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 3 Alkine (Valenzstrichformel und 3D-Modell) 5 Grafiken zur Nomenklatur Alkane Alkene Alkine Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Untermenüs Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt Alkane Alkane Alkane Alkene Alkene Alkine Alkine Arbeitsmaterial Film 17 min Sequenzen/Grafiken Film 6 min Sequenzen/Grafiken Film 4 min Sequenzen/Grafiken Vielfalt organischer Stoffe Kettenförmige, unverzweigte Alkane Kettenförmige, unverzweigte Alkane Verzweigte Alkane Verzweigte Alkane Benennung der verzweigten Alkane Cycloalkane Cycloalkane 2:10 min 5:40 min 8 Grafiken 3:10 min 6 Grafiken 2:50 min 2:30 min 8 Grafiken Alkene Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 7 Arbeitsblätter 42 Grafiken 3 Filmtexte Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Aufbau der Alkene Aufbau der Alkene E-Z-Isomerie C 4H 8 Isomere Aufbau der Alkine Aufbau der Alkine Benennung der Alkine 2:00 min 4 Grafiken 3:10 min 8 Grafiken Alkine 1:30 min 6 Grafiken 2:00 min 10

11 Produktionsangaben Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt (DVD) Produktion Daniel Schaub DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2018 Grafiken FWU Institut für Film und Bild / Katrin Opitz Bildnachweis Coverbild: Thinkstock / Bacsica Arbeitsmaterial Ulrich Hammon Ines Hofmann Kachel Ilona Theresa Knorr Laura Perry Franziska Prucker Matthias Stender Begleitheft Daniel Schaub Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zu den Filmen Alkane, Alkene ; Alkine Produktion newcut werbefilme e.k. im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild Regie Jost Gabriel Buch Dr. Nina Harsch Daniel Schaub Jost Gabriel Kamera Stefan Neudeck Schnitt Jost Gabriel Fachberatung Ulrich Hammon Redaktion Daniel Schaub 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 Kohlenwasserstoffe Aufbau und Vielfalt Die unglaubliche Vielfalt organischer Verbindungen beruht vor allem auf der Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, sich zu verknüpfen. Die Produktion stellt die Stoffklasse der Kohlenwasserstoffe vor und erklärt anhand von anschaulichen Modellen die Strukturmerkmale gesättigter und ungesättigter Kohlenwasserstoffe. Laufzeit 27 min Klasse 8 11 Sprache Filme 3 Filmsequenzen 9 Arbeitsblätter 7 DE Grafiken 50 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler verstehen den grundlegenden Aufbau organischer Stoffe; unterscheiden organische von anorganischen Stoffen; können den Bau einfacher Kohlenwasserstoffmoleküle erklären; kennen die homologen Reihen der Alkane, Alkene und Alkine; verstehen die IUPAC-Nomenklatur einfacher Kohlenwasserstoffmoleküle; lernen Konformations- und Konstitutionsisomerien zu unterscheiden und zu benennen; können die Zusammenhänge zwischen Molekülbau und Stoffeigenschaften aufzeigen. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse 8 11 Alkane Alkene Alkine Isomerie IUPAC Nomenklatur 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