Struktur Eigenschafts Beziehungen (Kapitel 5)

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1 Westf. Wilhelms-Universität Münster Institut für Didaktik der Chemie Sommersemester 2006 Fehlvorstellungen in der Chemie Sek I Leitung: Prof. Dr. H.-D. Barke Referenten: Jens Holzenkämpfer, Sebastian Ströer und Kirsten Kölking Thema: Struktur Eigenschafts Beziehungen (Kapitel 5) Gliederung: 1.) Struktur und Eigenschaften von Metallen und Legierungen 1.1) Fehlvorstellungen nach Barke und Co 1.2) Unterrichtsvorschläge von Barke und Co 2.) Existenz der Ionen und Struktur der Salze 2.1) Fehlvorstellungen nach Barke und Co 2.2) Unterrichtsvorschläge von Barke und Co 3.) Vorstellung zur Ionenbindung 3.1) Fehlvorstellungen nach Barke und Co 3.2) Unterrichtsvorschläge von Barke und Co 4.) Chemische Strukturen und Symbolsprache 4.1) Fehlvorstellungen nach Barke und Co 4.2) Unterrichtsvorschläge von Barke und Co 5.) Anhang (Fragebogen nach Holzenkämpfer, Ströer und Kölking) zu 1.1) Einzelnen Atomen werden die Eigenschaften der Stoffe zugeschrieben einen größeren Stellenwert auf die Betrachtung des Atomverbandes legen gerade Metalle bieten sich zur sachlich korrekten Veranschaulichung an, da sie mit den leicht verständlichen Kugelpackungen beschrieben werden können zu 1.2) gleiche Stoffe in verschiedenen Zuständen zeigen und mit Schülern darüber diskutieren (Eisenpulver: schwarz, Eisenplatte: silbergrau; Diamant: durchsichtig, Graphit: schwarz;...) Arbeiten mit Kugelmodellen und die verschiedenen Möglichkeiten der Anordnung von Atomen herausarbeiten

2 zu 2.1) der Begriff Ion wird im Gegensatz zum Molekül- oder Atombegriff sehr viel später eingeführt Dabei wird das Ion nicht als kleinstes existierendes Teilchen benannt, sondern tritt im Zusammenhang der Ionenbindung auf Die Schüler stellen sich Salze aus Salz-Molekülen bzw. Salzteilchen aufgebaut vor In Salzlösungen besteht noch recht häufig die richtige Vorstellung von gelösten Ionen Die Fehlvorstellung existiert allerdings beim Übergang zum festen Salzkristall bei immer mehr Schülern Große didaktische Schwierigkeiten den Ionenbegriff verständlich und nachhaltig einzuführen zu 2.2) statt mit dem normalen PSE zu arbeiten, sollte ein erweitertes PSE eingeführt werden, in dem auch die Ionen dargestellt werden Atome und Ionen als Grundbausteine der Materie betrachten und Verknüpfungen zwischen den einzelnen Stoffen herstellen Metallkristalle, Legierungen: Verknüpfung von Atomen ( links-links ) Salze: Verknüpfung von Ionen ( links-rechts ) auch wieder mit Kugelpackungen arbeiten und dort Lücken entdecken, die mit kleineren Teilchen gefüllt werden können zu 3.1) Durch das wissen über Atommodell und Atomkern/Atomhülle gelangen Schüler zur Vorstellung eine Ionenbindung entsteht durch Ionenbildung Sie stellen sich Einfachbindungen zwischen einzelnen Ionen oder Ionenpaaren vor Somit gelangen sie zur Vorstellung von Salz-Molekülen bzw. Salz-Teilchen Selbst direkt nach einer Unterrichtseinheit zur Ionenbindung existieren die Fehlvorstellungen Die Themen Ionenbindung bzw. Ionenbildung sollten getrennt voneinander erarbeitet werden Ionenbildung Redoxreaktionen Ionenbindung Aufbau der Salze Einführung des Ionenbegriffs im Zusammenhang mit Leitfähigkeitsmessungen scheint ebenfalls ungünstig zu sein Animistische Vorstellung der Ionen zu 3.2) Wollte man im Unterricht historisch korrekt vorgehen, wäre es durchaus richtig, die Ionen mit der Ionenbildung in den Unterricht einzuführen. Didaktisch sinnvoll ist allerdings die Einführung der Ionen schon viel früher mit Hilfe des erweiterten PSE s und dort auch schon die Ionenbindung als ungerichtete Kräfte jedes einzelnen Ions zu beschreiben.

3 zu 4.1) Häufig vermischen Schüler die makroskopischen Eigenschaften der Stoffe mit ihren submikroskopischen Gegebenheiten ( Laborjargon ) Fehlvorstellungen beim Formulieren von Reaktionssymbolen Probleme bei der Zerlegung von gegebenen Ionenverbindungen in ihre beteiligten Ionen Massenverhältnisse werden dem Anzahlverhältnis gleichgesetzt zu 4.2) als Lehrer ganz klar zwischen den einzelnen Sprachebenen unterscheiden immer wieder Modellzeichnungen anfertigen lassen für feste Stoffe eine regelmäßige Struktur wählen, für Lösungen unregelmäßige Ionensymbole immer im realen Zahlenverhältnis zeichnen, damit auch weniger abstrakt denkende Schüler die Möglichkeit haben, alles nachzuvollziehen Ausfällungsreaktionen auch immer visualisieren und nicht nur Formeln aufschreiben Zu 5) Anhang

4 Anonymer Fragebogen zum Verständnis von Struktur - Eigenschafts - Beziehungen bei SchülerInnen der Jahrgangsstufe 10 / 11 / 12 (Jahrgang bitte einkreisen) Geschlecht: männlich weiblich 1.) Struktur und Eigenschaften von Metallen und Legierungen Aufgabe: Gib Unterschiede & Gemeinsamkeiten zweier Metalle deiner Wahl (z.b. Eisen, Gold, Blei) auf der Ebene des sichtbaren Metalls und auf Atomarer Ebene wieder. Zeichne Modelle für die (atomare) Struktur von (Rein)gold und Rotgold: (Tipp: Rotgold enthält Kupfer) Gold: Rotgold: 2.) Existenz der Ionen und Struktur der Salze Frage: Was sind Ionen und wie bilden sie sich? Beschreibe den Aufbau irgendeines Salzes Zeichne deine Vorstellung vom Salzkristall und einer ungesättigten sowie einer gesättigten Salzlösung eines Salzes deiner Wahl (z.b. Silberchlorid [AgCl]): Kristall: ungesättigt: gesättigt:

5 3.) Vorstellungen zur Ionenbindung Frage: Wie kommen Ionenbindungen zustande und welche anderen chemischen Bindungen kennst du? (erläutere kurz deren Unterschiede) gibt es Unterschiede??? Zeichne deine Vorstellung von der Ionenbindung(en) in einem Salzkristall deiner Wahl: 4.) Chemische Strukturen und Symbolsprache Frage: in wie viele verschiedene Ionen(arten) kann Natriumphosphat (Na 3 PO 4 ) zerfallen? Wie lautet das Ionenverhältnis dieses Salzes im Kristallgitter? Wie sieht deine Vorstellung vom Wasser (H 2 O) beim verdampfen aus? (kreuze an!): Legende: = H 2 O-Molekül = O-Atom = H-Atom Lösung: a: b: c: d: Eiswürfel e:

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