Atombau und Periodensystem 3. Eine Einführung ins Teilchenmodell (Kl. 7 9) Alle Teilchen in Bewegung eine Einführung ins Teilchenmodell

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1 1 von 28 Alle Teilchen in Bewegung eine Einführung ins Teilchenmodell Silke Schreiber, Neustadt/Wied Viele naturwissenschaftliche Phänomene, wie Aggregatzustandsänderungen oder die Diffusion, werden durch das Teilchenmodell anschaulich und erklärbar. Jedoch muss dessen Anwendung erst einmal trainiert werden. In dieser Unterrichtseinheit üben Ihre Schüler in zahlreichen Versuchen das Deuten von Phänomenen mithilfe des Teilchenmodells. Schließlich werden die Aggregatzustände sowie die Vorgänge bei Aggregatzustandsänderungen, beim Lösen und bei der Diffusion modellhaft szenisch nachgestellt. Das lebendige Teilchenmodell macht sehr viel Spaß und trainiert die Abstraktionsfähigkeit des Einzelnen. Klasse: 7 9 (Anfangsunterricht) Dauer: 7 Stunden (Minimalplan: 5 Stunden) Kompetenzen: Die Schüler können die Aggregatzustände, die Aggregatzustandsänderungen sowie den Vorgang der Diffusion und des Lösens im Teilchenmodell beschreiben, skizzieren und szenisch nachstellen. sind in der Lage, die Übergänge zwischen den Aggregatzuständen zu benennen. können Versuche nach Anleitung selbstständig durchführen. Mit einem Cartoon zu Demokrits Teilchen vorstellung! Das Wichtigste auf einen Blick Klappe zu, Spot an! In dieser Unterrichtseinheit stellen Ihre Schüler das Teilchenmodell szenisch nach. Versuche: Fest, lüssig, gasförmig die drei Aggregatzustände (SV) Vom Feststoff zum Gas und wieder zurück (LV) Diffusion im Reagenzglas (LV) Wenn sich ein Stoff im anderen löst (SV) Wie von selbst?! Teilchenbewegung in der Petrischale (SV) Übungsmaterial: Klappe zu, Spot an! Szenische Darstellung des Teilchenmodells Foto: Thinkstock/iStockphoto

2 5 von 28 Die Einheit im Überblick V = Vorbereitungszeit FO = Folie AB = Arbeitsblatt D = Durchführungszeit SV = Schülerversuch LV = Lehrerversuch VP = Versuchsprotokoll Stunde 1: M 1 (AB) M 2 (FO) M 3 (AB) Demokrits Vorstellung von den kleinsten Teilchen Und was ist mit dem Staub? Eine Zeitreise ins alte Griechenland Klein, kleiner, am kleinsten Klein, kleiner, am kleinsten Demokrits Gedankenexperiment 2 3 Kieselsteine 2 3 Bechergläser mit Wasser 2 3 aufgeblasene Luftballons Stunden 2 3: Aggregatzustände und deren Übergänge im Teilchenmodell M 4 (SV) V: 5 min D: 15 min M 5 (VP) M 6 (AB) LV Fest, lüssig, gasförmig die drei Aggregatzustände 4 Schutzbrillen (pro Gruppe) 1 Plastikspritze (pro Gruppe) 1 Becherglas (50 ml) (pro Gruppe) Wasser Versuchsprotokoll: Fest, lüssig, gasförmig Aggregatzustände ändern sich! Vom Feststoff zum Gas und wieder zurück 1 Erlenmeyerkolben (50 ml) (pro Gruppe) 1 Zink- oder Eisenstab (pro Gruppe) V: 2 min D: 10 min 1 Schutzbrille 1 großes Reagenzglas Stativmaterial 1 Becherglas (400 ml) mit Wasser Spatel 1 Uhrglas 1 Heizplatte Iod ( ) 1 Eiswürfel Stunden 4 5: Der Lösevorgang und die Diffusion im Teilchenmodell (Teil I) LV V: 5 min D: mehrere Tage M 7 (SV) Diffusion im Reagenzglas 1 Schutzbrille 1 Reagenzglas 1 Reagenzglasständer Wenn sich ein Stoff im anderen löst 1 Spatel Kaliumpermanganat ( ) Wasser V: 5 min D: 10 min M 8 (VP) 4 Schutzbrillen (pro Gruppe) 1 Reagenzglas (pro Gruppe) 1 Reagenzglasständer (pro Gruppe) 1 Stopfen (pro Gruppe) 1 Spatel (pro Gruppe) Wasser Kupfersulfat ( ) Versuchsprotokoll: Wenn sich ein Stoff im anderen löst

3 6 von Eine Einführung ins Teilchenmodell (Kl. 7 9) Atombau und Periodensystem III Stunde 6: M 9 (SV/AB) V: 10 min D: 10 min Der Lösevorgang und die Diffusion im Teilchenmodell (Teil II) Wie von selbst?! Teilchenbewegung in der Petrischale 4 Schutzbrillen (pro Gruppe) gelbes Blutlaugensalz 1 weißes Blatt Papier (pro Gruppe) Eisen(III)-chlorid ( ) 1 Petrischale (pro Gruppe) Leitungswasser 1 Spatel (pro Gruppe) Stunde 7: M 10 (AB) Szenische Darstellung des Teilchenmodells Klappe zu, Spot an! Szenische Darstellung des Teilchenmodells Minimalplan Ihnen steht wenig Zeit zur Verfügung? Dann können Sie die Unterrichtseinheit auf fünf Stunden verkürzen. Die Ergebnissicherung in den Stunden 6 und 7 mit den Materialien M 9 und M 10 entfällt dann.

4 8 von Eine Einführung ins Teilchenmodell (Kl. 7 9) Atombau und Periodensystem III M 2 Klein, kleiner am kleinsten Zeichnung: Julia Lenzmann

5 21 von 28 Hinweise Stunde (M 7 M 8) So bereiten Sie die Stunden vor Kopieren Sie Versuchsanleitung M 7 im viertel und Versuchsprotokoll M 8 im ganzen Klassensatz. Falls Sie die Versuchsanleitung M 7 in mehreren Klassen einsetzen wollen, empiehlt es sich, diese zu laminieren und nach Durchführung des Versuches wieder einzusammeln. So gelingt Ihnen ein Einstieg in die Stunde Wiederholen Sie die Erkenntnisse der letzten Stunde mithilfe der folgenden Fragen: Wiederholen Wie unterscheiden sich ein Feststoff, eine Flüssigkeit und ein Gas im Teilchenmodell? Was passiert jeweils auf Teilchenebene beim Übergang vom Gas zur Flüssigkeit und von der Flüssigkeit zum Feststoff? Wie bezeichnet man die Übergänge jeweils? Gibt es auch den Übergang zwischen Gas und Feststoff und umgekehrt? Wie nennt man die Übergänge? An welchem Beispiel konnten wir die Übergänge sehen? Kündigen Sie an, dass Sie in den folgenden beiden Stunden weitere chemische Vorgänge auf Teilchenebene betrachten wollen. Dazu werden Sie zunächst einen Lehrerversuch ansetzen, der in den nächsten Stunden ausgewertet wird. Lehrerversuch Diffusion im Reagenzglas Vorbereitung: 5 min Durchführung: mehrere Tage Weisen Sie die Schüler darauf hin, genau zu beobachten, wie der nun angesetzte Versuch zu Beginn aussieht. Er soll dann im Laufe der Stunde und erneut zur nächsten Stunde auf Änderungen hin betrachtet werden. Das benötigen Sie für den Lehrerversuch 1 Schutzbrille 1 großes Reagenzglas 1 Reagenzglasständer 1 Spatel So führen Sie den Lehrerversuch durch Kaliumpermanganat ( ) 1 Wasser 1. Setzen Sie sich die Schutzbrille auf und stellen Sie das Reagenzglas in den Reagenzglasständer. Füllen Sie das Reagenzglas bis 1 cm unter den Rand mit Wasser. 2. Stellen Sie den Reagenzglasständer an einen Ort, der von den Schülern einsehbar ist und wo sie den Versuchsansatz über mehrere Tage hinweg ohne Erschütterungen stehen lassen können. 3. Geben Sie mit dem Spatel einen großen Kaliumpermanganatkristall in das Reagenzglas. 4. Lassen Sie den Versuchsansatz über mehrere Tage hinweg beobachten, ohne dass er berührt, geschüttelt oder auf andere Art bewegt wird. Nachbesprechung des Lehrerversuches Sammeln Sie Vermutungen der Schüler, was sich im Verlauf des Versuches verändern könnte. Lassen Sie die Schüler anschließend in Kleingruppen nach vorn kommen und den Versuchsansatz genauer betrachten. Besprechen Sie dann im Plenum, was zu beobachten war: Der Kaliumpermanganatkristall begann langsam, sich aufzulösen, und bald war am Boden des Reagenzglases eine tiefviolette Färbung zu erkennen. Der Rest des Wassers war noch farblos. Teilen Sie anschließend Versuchsprotokoll M 7 aus und lassen Sie die Schüler die Versuchsdurchführung und die Beobachtungen zum Lehrerversuch ausfüllen.

6 24 von Eine Einführung ins Teilchenmodell (Kl. 7 9) Atombau und Periodensystem III M 9 Wie von selbst?! Teilchenbewegung in der Petrischale Ihr habt viel über die Eigenschaften der kleinsten Teilchen der Materie kennengelernt. In diesem Versuch wendet ihr nun alle eure Erkenntnisse an. Schülerversuch in Vierergruppen Vorbereitung: 10 min Durchführung: 10 min Aufgabe Führt den folgenden Versuch durch. So führt ihr den Versuch durch 1. Einer von euch holt die folgenden Chemikalien und Geräte an den Platz. 4 Schutzbrillen gelbes Blutlaugensalz 1 weißes Blatt Eisen(III)-chloridt ( ) 1 Petrischale Leitungswasser 1 Spatel 2. Setzt euch die Schutzbrillen auf. Stellt die Petrischale auf ein weißes Blatt Papier und füllt sie zu etwa zwei Dritteln mit Wasser. 3. Gebt an zwei gegenüberliegenden Rändern der Petrischale gleichzeitig je eine Spatelspitze gelbes Blutlaugensalz bzw. Eisen(III)-chlorid dazu. 4. Entsorgt den Petrischaleninhalt im Sammelgefäß auf dem Lehrerpult. Beobachten und Auswerten 1. Skizziert eure Beobachtungen. Beginn nach kurzer Zeit zum Ende des Versuches 2. a) Den Versuchsablauf kann man in drei Phasen einteilen. Welche sind dies? 1 Die Salze liegen ungelöst im Wasser. 2 3 b) Erstellt auf der Rückseite des Blattes eine beschriftete Skizze zu den Vorgängen des Versuches auf Teilchenebene, auf dem die drei in a) genannten Phasen deutlich werden.

7 27 von 28 Klappe zu, Spot an! Szenische Darstellung des Teilchenmodells M 10 Inszeniert nun mithilfe eurer Erkenntnisse ein lebendiges Teilchenmodell. Dabei stellt jeder Schüler ein Teilchen dar. Gruppenarbeit in Sechser- bis Achtergruppen Aufgabe Stellt eine/n der folgenden Zustände/Zustandsänderungen von Stoffen auf Teilchenebene szenisch dar. Foto: Thinkstock/iStockphoto Aggregatzustand Diskutiert in eurer Gruppe, wie ihr mit dem Teilchenmodell den festen, lüssigen und gasförmigen Aggregatzustand am besten darstellen könnt. Aggregatzustandsänderung Diskutiert in eurem Team, wie ihr mit dem Teilchenmodell folgende Aggregatzustandsänderungen am besten darstellen könnt: Sublimation Resublimation Erstarren Schmelzen Verdampfen Kondensieren Stoffgemische Diskutiert in eurer Gruppe, wie ihr mit dem Teilchenmodell die Begriffe Aulösen eines Salzkristalls Lösung (lüssig/fest) Lösung (lüssig/lüssig) Diffusion ( Suspension Rauch Dampf Legierung Emulsion Gemenge) am besten darstellen könnt. So geht ihr vor 1. Geht in Gruppen aus 6 8 Schülern zusammen. 2 3 von euch sind die Regisseure, die restlichen Gruppenmitglieder die Darsteller. 2. Die Regisseure beraten sich (unter Abwesenheit der Darsteller) und einigen sich auf eine/n der oben genannten Zustände/Zustandsänderungen von Stoffen auf Teilchenebene. 3. Überlegt euch als Regisseure, wie die Darsteller diese Szene spielen könnten. Wenn ihr euch einig seid, gebt den Darstellern exakte Anweisungen, wie sie sich verhalten sollen, ohne ihnen das Thema zu nennen. Die Darsteller müssen euren Anweisungen Folge leisten. 4. Wenn die Inszenierung klappt, präsentiert ihr sie vor der Klasse. Eure Mitschüler sollen hinterher erraten, welchen Zustand/welche Zustandsänderung ihr vorgeführt habt.