Der rote Faden durch den Anfangsunterricht Chemie - eine Dauerbaustelle? Christian Herdt, Seminarlehrer für Chemie am Gymnasium Neubiberg

Transkript

1 Der rote Faden durch den Anfangsunterricht Chemie - eine Dauerbaustelle? Referent: Christian Herdt, Seminarlehrer für Chemie am Gymnasium Neubiberg

2 Kurze Vorstellungsrunde Bast Volker, Bregulla Julia, Edlbergmeier Julia, Feist Verena, Hench Philipp, Hüttenbrenner Christian, Janitz Karlotta, Kumpf Carina, Lachmair Ilka, Majer Viki, Pieper Katharina, Riedl Andreas, Schmalbrock Lisa, Schöffel Melanie, Struckmeier Claudia, Swiercynski Paulina, Troglauer Peter, Trösch Elisabeth, Wild Martin, Zollner Susanne

3 Ablauf des Workshops Themenstellung klären und Einflüsse auf Themenfolge beleuchten Spezielle fachdidaktische Fragen aufwerfen 9 Gedanken zum roten Faden einbringen Arbeitsphase in Kleingruppen mit Diskussion (ca. 30 min) Präsentation der Ergebnisse im Plenum (ca. 20 min) Eigenes Beispiel für realisierten Stoffplan 2013/14

4 Thema des Workshops: In welcher Abfolge müssen die Themen unterrichtet werden, damit der Lehrgang optimal logisch aufeinander aufbaut? Schulbuch aus dem Referendariat Vorgaben an der Schule Zunehmende Berufserfahrung Wodurch wird die Themenfolge typischerweise beeinflusst? Fachliteratur Empfehlungen Fachkollegen Fortbildungen Aktuelles Schulbuch Planungen für LZK (SA, Ex) Lehrplan Eigene Schulerfahrungen Eigene Vorstellungen zur optimalen Themenfolge

5 Verbindungsformeln auswendig lernen oder ableiten? (Hilfsmittel?) Kern-Hülle-Modell variabel positionierbar! Energie variabel positionierbar! Einfaches Kugelteilchenmodell in Jahrgangsstufe 8? Spezielle fachdidaktische Fragen Salzbildungsreaktionen als Umgruppierung von Atomen? Aggregatzustände und Lösen eher ein Ballast? "Dalton-Modell" auf Wissensstand des 19. Jahrhunderts? Wann Ionen als Grundbausteine der Salze einführen? Ionenbindung ohne Ionenbildung?

6 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 1) Atommodell wechselt mehrfach: Elektronenformel-Modell: Valenzelektron-Punkt-Strich- Schreibweise Teilchen-Modell Dalton-Modell Kern-Hülle-Modell Kugelwolken-Modell Evtl. erweitertes Dalton-Modell Energiestufen -Modell?

7 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: Was ist das erweiterte Dalton-Modell? Alle Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen. Atome des selben Elementes sind in Bezug auf Masse und Volumen gleich. Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Volumen. Die kleinsten Teilchen, die die Struktur der Stoffe bestimmen, sind Atome, Ionen oder Moleküle. Atome und Ionen können modellhaft kugelförmig dargestellt werden, sie besitzen keine Farbe. Verbindungen bestehen aus Atomen mindestens zweier Atomarten oder aus Ionen mindestens zweier Ionenarten. Entfallen ist: Atome sind unzerstörbar/ unveränderbar! vgl. PdN ChiS 2/63, 2014, S.17

8 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 2) Zentrale Themenblöcke: Stoffeigenschaften und Teilchenmodell - Aggregatzustände - Lösen Chemische Reaktion - Element - Verbindung - Energieumsatz - Katalyse Atombau Periodensystem Stoffgruppen - Salze - Metalle - Molekular geb. St. Naturwissenschaft Chemie Chemische Grundgesetze - Erhaltung der Masse - Konstante Massenverhältnisse Bindungen

9 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 3) Einzelthemen: Wertigkeit? Luft? Oktettregel? Elektronenkonfiguration? Stoffeigenschaften und Teilchenmodell - Aggregatzustände - Lösen Chemische Reaktion - Element - Verbindung - Energieumsatz - Katalyse Atombau Periodensystem Stoffgruppen - Salze - Metalle - Molekular geb. St. Naturwissenschaft Chemie Energiestufen -Modell? Chemische Grundgesetze - Erhaltung der Masse Bindungen - Konstante Massenverhältnisse

10 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 4) Basiskonzepte: Wertigkeit? Luft? Oktettregel? Elektronenkonfiguration? Stoffeigenschaften und Teilchenmodell - Aggregatzustände - Lösen Chemische Reaktion - Element - Verbindung - Energieumsatz - Katalyse Atombau Periodensystem Stoffebene (=Phänomen-Ebene) und Stoffgruppen - Salze - Metalle - Molekular geb. St. Naturwissenschaft Chemie Chemische Grundgesetze Teilchenebene (=Modell-Ebene) - Erhaltung der Masse - Konstante Massenverhältnisse Bindungen

11 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 4) Basiskonzepte: Wertigkeit? Luft? Oktettregel? Elektronenkonfiguration? Stoffeigenschaften und Teilchenmodell - Aggregatzustände - Lösen Chemische Reaktion - Element - Verbindung - Energieumsatz - Katalyse Atombau Stoff-Teilchen-Konzept und Periodensystem Stoffgruppen - Salze - Metalle - Molekular geb. St. Naturwissenschaft Chemie Chemische Grundgesetze Struktur-Eigenschafts-Konzept - Erhaltung der Masse - Konstante Massenverhältnisse Bindungen

12 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 4) Basiskonzepte: Wertigkeit? Luft? Oktettregel? Elektronenkonfiguration? Stoffeigenschaften und Teilchenmodell - Aggregatzustände - Lösen Chemische Reaktion - Element - Verbindung - Energieumsatz - Katalyse Energie-Konzept Atombau Periodensystem Stoffgruppen - Salze - Metalle - Molekular geb. St. Naturwissenschaft Chemie Chemische Grundgesetze - Erhaltung der Masse - Konstante Massenverhältnisse Bindungen

13 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 5) Spezialthemen: Optimales Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln? Wertigkeit Stöchiometrische Wertigkeit Ionen-Wertigkeit (=Ionenladung) Bindungs- Wertigkeit (=Bindigkeit) Aufstellen von Verhältnisformeln und Molekülformeln Aufstellen von Verhältnisformeln Aufstellen von Molekülformeln

14 Schroedel: Chemie heute, 8 NTG

15 Natrium und Chlor sind einwertig. Natriumchlorid ist NaCl. Vorstellung: Bindungsarme zwischen Natrium und Chlor. Definition im Schroedel-Buch

16 Fazit zu den Problemen mit der stöchiometrischen Wertigkeit Unterscheidet nicht zwischen Atomen und Ionen, er ist historisch auf die Elemente in Verbindungen bezogen (fachsprachlich sehr problematisch!) Führt zu Fehlvorstellungen der Schüler hinsichtlich der Struktur der Stoffe: vgl. Cu 2 O und H 2 O Hilft den Schülern zwar die Abstraktionsstufe der chemischen Formel zu formulieren hierbei wird die Formel aber nicht logisch über die Struktur abgeleitet. (vgl. Verhältnisformel) Führt zu Fehlvorstellungen bzgl. gerichteter und ungerichteter Anziehungskräfte zwischen Atomen bzw. Ionen. Aber: Wertigkeit im LP! (also muss man Wertigkeit abhandeln)

17 Lösung: Ionenladung und Bindigkeit als Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln Ionenladung: Die Ionenladung gibt die Art und die Anzahl elektrischer Elementarladungen an, die ein Ion trägt. Die Folge sind ungerichtete Kraftwirkungen (Anziehungs- und Abstoßungskräfte) auf andere Ionen. In manchen Fällen kann ein Element verschiedene Ionenarten ausbilden. Bindigkeit: Die Bindigkeit gibt die Anzahl einfacher gerichteter Bindefähigkeiten (Anziehungskräfte) an, die ein Nichtmetall-Atom gegenüber anderen Nichtmetall-Atomen ausbilden kann. Die Bindigkeit eines Atoms kann je nach Reaktionspartner und Reaktionsbedingungen verschieden sein. vgl. PdN ChiS Heft 2015 Stolpersteine im Chemieunterricht: Bindigkeit und Ionenladung

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20 Ionenladungen

21 Bindigkeit

22 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 6) Spezialthemen: Kann man auf Teilchenebene definieren, was eine chemische Reaktion ist?

23 Ausfällen von Bleiiodid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen Bild nachbearbeitet; Bildquelle:

24 Erhitzen von blauem Kupfersulfat mit dem Gasbrenner

25 Zugabe von Wasser zu weißem Kupfersulfat

26 Ausfällen von Silberchlorid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen

27 und Nachweis freier Ionen mit einem Leitfähigkeitsprüfer.

28 Bildung von Natriumamalgam aus Natrium und Quecksilber

29 Auflösen von Eis in Ethanol bei -15 C

30 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 6) Spezialthemen: Kann man auf Teilchenebene definieren, was eine chemische Reaktion ist? Chemiker wissen genau, was chemische Reaktionen sind! Hierbei verändern sich die Stoffe! Die chemische Reaktion ist auf der Stoffebene definiert. Definitionsversuch chemischer Prozess (Teilchenebene): Bei chemischen Prozessen werden Atome, Ionen oder auch Moleküle umgruppiert. Hierbei werden meist Bindungen gelöst und/ oder neue Bindungen ausgebildet. Atome können sich hierbei in Ionen umwandeln oder umgekehrt Ionen in die entsprechenden Atome.

31 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 7) Spezialthemen: Energiestufen-Modell vs. Schalen-Modell Heute: im Energiestufen-Modell (energetische Darstellung der Atomhülle) z.b. Na-Atom Früher: im Schalen-Modell (räumliche Darstellung der Atomhülle) Bilder aus dem neuen Schroedel Gesamtband Chemie heute

32 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 8) Spezialthemen: Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell Bild aus Schroedel Chemie heute 8 NTG Bayern

33 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 8) Spezialthemen: Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell

34 Gedanken zum roten Faden in Chemie 8 NTG: 9) Spezialthemen: Elektronenpaarbindung: Kugelwolkenmodell vs. Schalenmodell

35 Vorbereitung der Arbeitsphase

36 Workshop = Arbeiten! Arbeiten nach der Placemat-Methode zum Erstellen eines eigenen roten Faden durch den Anfangsunterricht Chemie Je ein DIN A3 Bogen pro Person Je ein DIN A3 Bogen pro Person Je ein DIN A3 Bogen pro Person Zwei DIN A3 Bögen Je ein DIN A3 Bogen pro Person