Kernaussagen zum Teilchenmodell

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1 Kernaussagen zum Teilchenmodell Lernbereich 2: Stoffe und ihre Eigenschaften Von beobachtbaren Stoffeigenschaften zum Teilchenmodell Kompetenzerwartung 8 (NTG) und 9 (SG): Die Schülerinnen und Schüler wenden das Teilchenmodell zur Erklärung von Stoffeigenschaften und physikalischen Vorgängen an. Das Teilchenmodell Die Unterscheidung von Stoff- und Teilchenebene ist essentiell für das Verstehen von naturwissenschaftlichen Vorgängen. Beobachtungen auf der Stoffebene können korrekt nur auf der Teilchenebene erklärt werden. Viele Fehlvorstellungen beruhen auf einer nicht-korrekten Trennung dieser beiden Ebenen (s. ergänzende Information: Häufig beobachtbare Fehlvorstellungen zum Teilchenkonzept ). Als Modell zur Beschreibung und Erklärung von physikalischen Vorgängen auf der Teilchenebene wird im Lehrplan das sogenannte Teilchenmodell verwendet. Es besagt Folgendes: 1. Alle Stoffe bestehen aus Teilchen. 2. Teilchen ist ein Sammelbegriff für Atome, Moleküle und Ionen. 3. Zwischen den Teilchen ist nichts (leerer Raum). 4. Die Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Masse, Form und Größe. 5. Die Teilchen sind ständig in Bewegung. Durch Erwärmen einer Stoffportion werden sie schneller, durch Abkühlen langsamer. 6. Mit zunehmender Temperatur nimmt entweder der Abstand zwischen den Teilchen zu oder der Druck, den die Teilchen auf die Gefäßwand ausüben, steigt an, weil sich die Zahl der Teilchenstöße auf die Wandfläche erhöht. 7. Zwischen den Teilchen herrschen Anziehungs- bzw. Abstoßungskräfte, die stark vom Abstand abhängig sind. Je kleiner die Abstände zwischen den Teilchen sind, desto größer sind diese Kräfte. 8. Bei gleichbleibender Temperatur bleibt die Bewegungsenergie aller Teilchen zusammen genommen unverändert. 9. Zusammenstöße zwischen zwei Teilchen verlaufen so, dass beide zusammengenommen ihre Bewegungsenergie behalten. Möglichkeiten zur Verwendung des Teilchenmodells: Unterstufe (Aussagen 1-5): Aggregatzustände, Zustandsänderungen, Lösevorgänge Mittelstufe (Aussagen 1-7): Aggregatzustände, Zustandsänderungen, Unterschied zwischen Reinstoff und Stoffgemisch, Diffusion, Lösevorgänge Oberstufe (Aussagen 1-9): kinetische Gastheorie Seite 1 von 5

2 Modellgrenzen: Folgende Punkte können mithilfe des Teilchenmodells nicht erklärt werden: Größe, Gestalt, Aussehen und der Aufbau der kleinen Teilchen, das Verschwinden / die Entstehung von Stoffen bei einer chemischen Reaktion, die elektrische Leitfähigkeit. Darstellung der Teilchenebene bei Verwendung des Teilchenmodells: Teilchen können alle Formen haben. Um der Verwechselungsgefahr vorzubeugen, sollte man Teilchen nur dann rund zeichnen, wenn sie tatsächlich kugelförmig sind, also Atome oder Atom-Ionen. Ansonsten können andere Formen wie z. B. Dreiecke verwendet werden. Abbildungen von Teilchen im Kontinuum, z. B. Wasserteilchen im Becherglas, sollten möglichst vermieden werden. Als geeignete Darstellung bieten sich z. B. Superlupen an. Hier wird die Teilchenebene getrennt von der Stoffebene dargestellt. Seite 2 von 5

3 Experimente zur Verdeutlichung Ergänzende Informationen zum LehrplanPLUS Aggregatszustandsänderung von Butan(l) (z. B. nach Akademiebericht Nr. 475 Chemie aber sicher! 4. Auflage, Versuch 14_KW_Butan_Liebesbarometer_Pst) flüssiges Butan: geringer Abstand zwischen den Teilchen gasförmiges Butan: großer Abstand zwischen den Teilchen Verflüssigen von Butangas durch Druckerhöhung oder Abkühlung (z. B. nach Akademiebericht Nr. 475 Chemie aber sicher! 4. Auflage, Versuch 05_SE_Butan_Aggregatzustandsaenderung_Microscale_HT) Man füllt Butangas (aus einer Feuerzeuggasnachfülldose) in eine Spritze und verschließt diese. Komprimiert man die Gasportion durch Drücken des Spritzenkolbens, so kondensiert flüssiges Butan. Visualisierung auf Teilchenebene: gasförmiges Butan: großer Abstand zwischen den Teilchen flüssiges Butan: geringer Abstand zwischen den Teilchen Seite 3 von 5

4 Zucker in Wasser Der Zucker löst sich, er verschwindet. Teilchenebene: Zucker besteht aus Zucker- Teilchen und Wasser aus Wasser- Teilchen. Die Zucker-Teilchen verteilen sich zwischen den Wasser- Teilchen. Wichtig: Nicht Kochsalz (oder ein anderes Salz) nehmen, da hier Kationen und Anionen hydratisiert werden, Salz-Teilchen gibt es so nicht. Förderung der Fehlvorstellung Salz-Moleküle. Volumenvergrößerung beim Erwärmen eines Luftballons Teilchenebene: Seite 4 von 5

5 Die Zahl der Teilchen bleibt gleich (geschlossenes System), aber aufgrund der höheren Temperatur bewegen sich die Teilchen schneller und der Abstand zwischen ihnen nimmt zu. Mehr Teilchen stoßen mit höherer Geschwindigkeit gegen die Gefäßwand, der Druck steigt der Ballon dehnt sich aus. Klassische Fehlvorstellung von Schülerinnen und Schülern: In der warmen Luft befinden sich mehr Teilchen. Teilchen dehnen sich aus bzw. werden größer. Alternative: Luftballon mit wenig Wasser in der Mikrowelle Das Ei in der Flasche Durch das Aufsetzen des Eies auf die heiße Flasche erzeugt man ein geschlossenes System. Das Abkühlen der Flasche führt zu geringeren Teilchengeschwindigkeiten und -abständen und damit zu einer Verringerung des Luftvolumens in der Flasche: Der Luftdruck drückt das Ei in die Flasche. Luft ist nicht Nichts Wasser wird über einen Trichter in eine abgedichtete Flasche gefüllt. Aufgrund der Luft in der Flasche, die nicht entweichen kann, verbleibt das Wasser im Trichter. Steckt man einen passenden Trinkhalm durch den Trichter, kann die Luft entweichen und Wasser fließt in die Flasche. Seite 5 von 5