Einführung in das Periodensystem der Elemente

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1 Einführung in das Periodensystem der Elemente Dr. Nicole Kunze, Kirchzarten; Dr. Leena Bröll, Gundelfingen Niveau: Dauer: Sek. I 3 Unterrichtsstunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachwissen: Struktur-Eigenschafts-Beziehung: Beschreiben und Begründen von Ordnungsprinzipien für Stoffe. Erkenntnisgewinnung: Kennenlernen und nutzen eines der zentralen Hilfsmittel der Chemie, das PSE, welches die Schülerinnen und Schüler 1 ihre gesamte Schulkarriere über begleiten wird. Im weiteren Chemieunterricht werden die Kenntnisse hierzu verfeinert und vertieft. Beschreiben, veranschaulichen und erklären chemischer Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache mit Hilfe von Modellen und Darstellungen Entnehmen von Informationen aus dem Periodensystem der Elemente Kommunikation: Informationsaustausch in der Lerngruppe auf Basis sachgemäßer Verknüpfung zwischen Alltags- und Fachsprache durch Verwendung der Elementsymbole und der neuen Fachbegriffe Periode, Hauptgruppe und Ordnungszahl. Bewertung: Durch das Nachvollziehen historischer Einteilungen Grenzen und Weiterentwicklungen in den Naturwissenschaften erfahren. Der Beitrag enthält Materialien für: methodisch abwechslungsreiches Arbeiten Gruppenarbeit selbstständiges Arbeiten Lernzielkontrolle Hausaufgaben Hintergrundinformationen Die Erarbeitung des Periodensystems der Elemente ist ein zentraler Aspekt im Chemieunterricht der Sekundarstufe I. Meist geschieht diese Thematisierung lehrerzentriert ohne die Möglichkeit der Eigenaktivität der Schüler. Die vorgestellte Unterrichtseinheit soll Möglichkeiten aufzeigen, wie es durch methodisch abwechslungsreiches Arbeiten möglich ist, die Lernenden zu aktivieren und mit ihnen die Entdeckung des Periodensystems der Elemente nachzuvollziehen. Im vorangegangenen Unterricht muss eine Besprechung der Elementfamilien stattgefunden haben (Elemente in einer Elementfamilie haben ähnliche Eigenschaften). Über die Anordnung im Periodensystem muss nichts bekannt sein. Hinweise zu Didaktik und Methodik In der ersten Unterrichtsstunde werden die Elementsymbole eingeführt. Als Einstieg dient die Folienvorlage M 1, auf der verschiedene Symbole abgebildet sind. Diese Symbole werden als stummer Impuls aufgelegt. Danach wird auf die Symbole in der Chemie übergeleitet. Es folgt ein geschichtlicher Exkurs. Auf Folienvorlage M 2 werden die im Mittelalter benutzten Zeichen gezeigt und es wird thematisiert, dass diese Symbole mit dem aufkom- 1 Im weiteren Verlauf der UE wird aus Gründen der einfacheren Lesbarkeit nur Schüler verwendet. Schülerinnen sind genauso gemeint.

2 25C3%25B6ffentlicht%2B% %2529%2B-%2B Unter diesem Link findet sich ein Podcast über die Anordnung der Elemente im Periodensystem. Unter dieser URL kann der Periodensystemsong angehört werden PNKLQ9S4OJU Unter diesem Link finden Sie ein PSE Spiel für das interaktive Whiteboard. Bezugsquellen Ein PSE kann im Klassensatz kostenlos bei den Chemieverbänden Baden-Württemberg bestellt werden ( auf Schule klicken, dann auf Unterrichtsmaterialien- Link auf der Seite). Materialübersicht Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt Fo = Folienvorlage M 1 FoVo Symbole begegnen uns überall im Alltag M 2 FoVo Die geheimen Symbole der Alchemisten M 3 Ab Von den Symbolen der Alchemisten zu den Elementsymbolen M 4 FoVo Elementkärtchen für ausgewählte Elemente M 5 SV Auf der Suche nach einer Ordnung für die Elemente 1 Ab pro Schüler 19 Elementkärtchen aus M 4 (pro Gruppe) 1 weißes A4-Papier pro Gruppe Kleber Filzmarker M 6 Ab Kommst du drauf? Ein Logical zum PSE M 7 Ab In Bewegung ein Laufdiktat zum PSE M 8 Ab Wir ordnen die Elemente im Periodensystem richtig an M 9 Ab Das Periodensystem der Elemente M 10 Ab Kennst du dich aus? Trimino zum PSE Schere Kleber Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie hier.

3 M 2 Die geheimen Symbole der Alchemisten Der Alchemist, William Fettes Douglas ( )

4 M 4 Elementkärtchen für ausgewählte Elemente Blei Lithium Natrium Calcium Kalium Phosphor Thinkstock/iStock Thinkstock/iStock Thinkstock/iStock/Coprid Thinkstock/iStock Colourbox Thinkstock/iStock

5 M 7 In Bewegung ein Laufdiktat zum PSE Im PSE sind alle bisher bekannten Elemente angeordnet. Die Spalten werden als Gruppen bezeichnet und die Zeilen als Perioden. Die Elemente, die untereinander stehen, haben ähnliche Eigenschaften und werden deshalb auch als Elementfamilien bezeichnet. Insgesamt gibt es im PSE 8 Hauptgruppen, die mit den römischen Zahlen I VIII gekennzeichnet werden. Innerhalb einer Periode stehen die Elemente nebeneinander. Jede Periode beginnt also mit einem Alkalimetall und endet mit einem Edelgas. Die Perioden werden mit den Zahlen 1 bis 7 bezeichnet. Der Platz jedes Elements ist durch seine Gruppe und seine Periode festgelegt. Die Urväter unseres Periodensystems sind der Russe Dmitri Mendelejew und der Deutsche Lothar Meyer, die zeitgleich an der Anordnung der Elemente gearbeitet haben wurde das Periodensystem erstmals veröffentlicht. Die einzelnen Elemente werden mit ihren Elementsymbolen notiert. Diese Zeichensprache schlug 1814 der Schwede Berzelius vor.

6 M 8 Wir ordnen die Elemente im Periodensystem richtig an Gruppe 1 Die Alkalimetalle Zu den Alkalimetallen gehören die Elemente Natrium, Kalium, Rubidium, Lithium, Francium und Cäsium. Alle diese Elemente gehören in die erste Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: Fr, Li, Cs, Rb, Na und K. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Lithium = 3, Natrium = 11, Francium = 87. Kalium steht in der 4., Rubidium in der 5., Cäsium in der 6. Periode. Gruppe 2 Die Erdalkalimetalle Zu den Erdalkalimetallen gehören die Elemente Barium, Radium, Beryllium, Calcium, Magnesium und Strontium. Alle diese Elemente gehören in die zweite Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: Ra, Mg, Ca, Sr, Ba und Be. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Beryllium = 4, Radium = 88, Magnesium = 12. Calcium steht in der 4., Barium in der 6. sowie Strontium in der 5. Periode. Gruppe 3 Die Bor-Gruppe In die Bor-Gruppe gehören die Elemente Bor, Thallium, Indium, Gallium und Aluminium. Alle diese Elemente gehören in die dritte Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: Al, Ga, In, B und Tl. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Bor = 5, Gallium = 31. Aluminium steht in der 3., Indium in der 5. sowie Thallium in der 6. Periode. Gruppe 4 Die Kohlenstoff-Gruppe In die Kohlenstoff-Gruppe gehören die Elemente Silicium, Germanium, Zinn, Blei (Plumbum) und Kohlenstoff. Alle diese Elemente gehören in die vierte Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: C, Pb, Ge, Si und Sn. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Kohlenstoff = 6 und Blei = 82. Silicium steht in der 3., Zinn in der 5. sowie Germanium in der 4. Periode.

7 Gruppe 5 Die Stickstoff-Gruppe In die Stickstoff-Gruppe gehören die Elemente Stickstoff (Nitrogenium), Bismut, Antimon, Phosphor und Arsen. Alle diese Elemente gehören in die fünfte Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: P, As, N, Sb und Bi. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Stickstoff = 7, Bismut = 83. Phosphor steht in der 3., Antimon in der 5. sowie Arsen in der 4. Periode. Gruppe 6 Die Sauerstoff-Gruppe In die Sauerstoff-Gruppe, auch Chalkogene genannt, gehören die Elemente Sauerstoff (Oxygenium), Polonium, Tellur, Selen und Schwefel. Alle diese Elemente gehören in die sechste Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: S, O, Po, Te und Se. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Sauerstoff = 8 und Selen = 34. Schwefel steht in der 3., Tellur in der 5. sowie Polonium in der 6. Periode. Gruppe 7 Die Halogene In die Gruppe der Halogene gehören die Elemente Astat, Iod, Fluor, Chlor und Brom. Alle diese Elemente gehören in die siebte Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: F, Cl, At, Br und I. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Chlor = 17 und Astat = 85. Fluor steht in der 2., Iod in der 5. sowie Brom in der 4. Periode. Gruppe 8 Die Edelgase In die Gruppe der Halogene gehören die Elemente Neon, Krypton, Argon, Helium, Xenon und Radon. Alle diese Elemente gehören in die achte Hauptgruppe. Folgende Elementsymbole (internationale Abkürzungen) stehen zur Verfügung: Ne, He, Ar, Rn, Xe und Kr. Zugehörige Ordnungszahlen sind: Helium = 2, Argon = 18 und Xenon = 54. Neon steht in der 2., Radon in der 6. sowie Krypton in der 4. Periode.

8 M 9 Das Periodensystem der Elemente Jetzt hast du schon viel über das Periodensystem erfahren: Du weißt, wie die Elementnamen entstanden sind, kennst die Begriffe Gruppe und Periode und hast gelernt, dass jedes Element eine Ordnungszahl hat. Nun soll das leere PSE mit den Elementen, ihren Symbolen und Ordnungszahlen gefüllt werden. Aufgabe: Trage in das Periodensystem die Elementnamen, Symbole und Ordnungszahlen aus Material M 8 ein. Hauptgruppe I II III IV V VI VII VIII Halogene Alkalimetalle Erdalkalimetalle Borgruppe Kohlenstoffgruppe Stickstoffstoffgruppe Sauerstoffgruppe Wasserstoff H 1 2 Edelgase

9 M 10 Kennst du dich aus? Trimino zum PSE Eine letzte Aufgabe wartet noch auf dich. Kennst du dich mit den Begriffen rund ums Periodensystem wirklich richtig gut aus? Überprüfe es mit dem Trimino. Aufgabe: Schneide die Teildreiecke aus und sortiere sie richtig zusammen. Wenn du das Trimino fertig gelegt und kontrolliert hast, kannst du es einkleben.

10 Erläuterungen und Lösungen Erläuterung (M 1) Diese Folienvorlage soll die Schüler dazu anregen, über Symbole zu sprechen. Die Lernenden können äußern, welche Symbole sie kennen, wo man diese im Alltag findet und warum diese Symbole und nicht ein Text verwendet werden. Man kann herausarbeiten, dass Symbole international verständlich sind und auch von Leuten verstanden werden, die nicht lesen und schreiben können. Im Anschluss sollte ein Transfer zur Chemie stattfinden, denn auch in der Chemie gibt es Symbole, die Elementsymbole, die eine Verständigung über nationale Grenzen hinweg ermöglichen. Erläuterung (M 2) Die ersten Chemiker, die sich der Symbolschreibweise bedienten, waren die Alchemisten. Auf dieser Folienvorlage sollen die Schüler erkennen, welche Symbole die Alchemisten verwendet haben, um miteinander zu kommunizieren. Dabei sollen die Lernenden zusätzlich darüber informiert werden, dass den Alchemisten nicht nur eine länderübergreifende Kommunikation wichtig war, sondern dass sie die geheimen Zeichen eher dafür verwendet haben, dass niemand, der kein Alchemist war, ihre Konversation verstand. Es waren also in erster Linie Geheimsymbole. Mit den Schülern kann darüber hinaus thematisiert werden, dass bei den Zeichen der Alchemisten nicht zwischen Element und Verbindung unterschieden wurde, d. h. dass bei einer Verbindung aufgrund des Symbols nicht deutlich wird, aus welchen Elementen sie besteht. Vermutlich war dies den Alchemisten auch noch gar nicht bekannt. Erläuterung (M 3) Durch das Aufkommen des Buchdrucks mit beweglichen Lettern (Gutenberg, ca. 1450) bestand mehr und mehr die Problematik, dass die Symbole der Alchemisten nur schwer zu drucken waren und den Text oftmals verunstalteten. Viele Verbesserungsvorschläge wurden gemacht, letztlich hat sich die Idee von Berzelius durchgesetzt. Mit einer kleinen Passage aus dem Originaltext von Berzelius werden die Lernenden mit seiner Idee vertraut gemacht und müssen versuchen, den Elementen nach Maßgabe Berzelius die richtigen Elementsymbole zuzuschreiben. Lösungen (M 3) Name des Elements Lateinische Bezeichnung Symbol Name des Elements Lateinische Bezeichnung Gold Aurum Au Kohlenstoff Carboneum C Aluminium Aluminium Al Kupfer Cuprum Cu Schwefel Sulfur S Sauerstoff Oxygenium O Eisen Ferrum Fe Wasserstoff Hydrogenium H Stickstoff Nitrogenium N Symbol