Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 1

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1 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 1 Mischung oder Reaktion Im Labor mischen die Schülerinnen zwei Flüssigkeiten. Wenn die Stoffe miteinander reagieren, sind überraschende Farben, Fällungen oder Gasblasen zu beobachten. Die Anleitung und einige Bilder finden Sie im Kapitel 3 "Reaktionsgleichungen" auf Erkenntnisse: In Reaktionen entstehen Substanzen mit völlig neuen Eigenschaften, weil die Teilchen verändert werden. Das Teilchenmodell kann die Veränderung zuwenig genau beschreiben. Deshalb müssen wir wissen, wie die Stoffteilchen aufgebaut sind. Bsp. aus dem Schülerversuch: Brom reagiert mit Malonsäure. Die folgende Skizze reicht als Erklärung nicht. Teilchen bestehen aus Atomen Bsp. Wasser Bis heute wurden über hundert Atomsorten gefunden. In der Natur kommen dabei nur etwa neunzig vor. Die restlichen wurden künstlich hergestellt. Manche dieser Atome zerfallen aber in Bruchteilen von Sekunden gleich wieder und sind deshalb für uns völlig uninteressant. Jede Atomsorte besitzt: einen Namen ein Symbol aus ein bis zwei Buchstaben eine Nummer Im Periodensystem stehen die Atome den Nummern nach geordnet. Für die Schülerinnen ist das Periodensystem im Moment nichts anders als eine Liste, in der sie Symbole und Namen der Atome ablesen können.

2 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 2 Verschiedene Moleküle bedeuten verschiedene Substanzen Aufgabe 1 a) Bei Abgabe einer Schwarz-Weiss-Kopie: Die Atome gemäss Konvention färben. b) Summenformeln mit Bleistift angeben. Gleiche Atome haben dieselbe Farbe. Auf die Reihenfolge der Buchstaben in den Summenformeln soll noch nicht geachtet werden. c) Aus welcher Substanz kann Ether hergestellt werden? Welches Molekül auf diesem Blatt muss nur wenig umgebaut werden, damit es zu einem Ether-Molekül wird. Bitte erkläre die Veränderung mit einer Skizze.

3 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 3 Besprechung: Lösungen angeben und auf die Reihenfolge der Buchstaben in den Summenformeln eingehen. Nur bei organischen Molekülen gibt es eine Regel: zuerst C, dann H, dann die weiteren Atomsymbole in alphabetischer Reihenfolge. Aufgabe 2 a) Strichformeln zeichnen. Wenn die Lehrperson die Aufgabe am Beispiel von Wasser und Sauerstoff vormacht und betont, dass jede Atomsorte eine bestimmte Anzahl Bindungen eingeht, verstehen die Schüler wie sie vorgehen können. Aus H 2 O weiss man, dass Sauerstoffatome 2 Bindungen machen. Deshalb muss es bei O 2 eine Doppelbindung geben. b) Erkläre mit Strichformeln, wie Alkohol- zu Ethermolekülen werden. Die Lösung der Aufgaben ist im Skript auf zu finden. Auswertung Die Summenformel gibt die Zusammensetzung des Moleküls an. Die Strichformel zeigt, wie sich Atome verbinden. Jede Atomsorte macht eine bestimmte Anzahl Bindungen. Wenn die Moleküle eines Stoffs aus gleichen Atomen aufgebaut sind, bezeichnen wir den Stoff als elementaren Stoff. Wenn die Moleküle eines Stoffes aus verschiedenen Atomen aufgebaut sind, bezeichnen wir den Stoff als Verbindung. Beispiele von elementaren Stoffen:... Beispiele von Verbindungen:... Mit Strichformeln können Reaktionen beschrieben werden. Sie zeigen welche Bindungen gebrochen und wo neue Bindungen gebildet werden. Die Strichformeln zeigen beispielsweise, dass Alkohol in Ether und Wasser verwandelt werden kann. Umgekehrt kann Chloroform nicht zu Ammoniak werden. Diese Voraussage ist mit Stoffteilchen nicht möglich. Deshalb verwenden Chemikerinnen Strichformeln und Summenformeln, wenn sie Reaktionen studieren und die Veränderung der Moleküle verstehen wollen. Der Umbau der Moleküle kann mit Molymod-Modellen oder besonders elegant mit Snatoms demonstriert werden:

4 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 4 Reaktionen 1. Wasserstoff verbrennen Dieser Abschnitt wird an der Wandtafel entwickelt. Die Unterrichtssequenz ist auf ausführlich beschrieben. Experiment: Abgase untersuchen

5 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 5 Der singende Trichter Den Auslauf eines grossen Kunststofftrichters mit Aluminiumfolie auf 2 mm Durchmesser verkleinern. Den Trichter wie in der Abbildung gezeigt auf den Experimentiertisch stellen und mit einem Schlauch von unten her genügend Wasserstoff einfüllen. Den Schlauch entfernen. Sofort die Stahlflasche schliessen und den Wasserstoff entzünden, der aus dem kleinen Loch strömt. Zuerst passiert 10 bis 15 Sekunden gar nichts. Dann beginnt der Trichter zu singen und endlich explodiert das Gas im Trichter mit lautem Knall. Es ist kein Gehörschutz nötig. Vorschlag: Sie schildern der Klasse alles was geschehen wird und führen dann das Experiment durch. Obwohl alle den Verlauf kennen und gewarnt sind, erschrecken die Schülerinnen und Schüler bei der Explosion.

6 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S Elektrolyse von Wasser Das Experiment kann mit dem Hofmann-Apparat ausgeführt werden Abbildung aus Wikipedia Was ist gut dargestellt? Was sollte verbessert werden? Die Vorgänge an den Elektroden können auf dieser Stufe nicht genau erklärt werden, weil Elektronen und Ionen den Schülern noch nicht bekannt sind. Erkenntnisse: Reaktionen können umgekehrt werden Die Reaktionsgleichung erklärt, warum doppelt so viel Wasserstoff wie Sauerstoff entsteht. 3. Erdgas verbrennen Exp. Kohlendioxid und Wasserdampf im Abgas nachweisen Abbildung von K. Pfefferkorn, Kantonsschule Oerlikon. Kalkwasser ist eine gesättigte Lösung von Calciumhydroxid.

7 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 7 Reaktionsgleichung Damit CH 4 zu CO 2 und H 2 O wird, wird Sauerstoff aus der Luft benötigt. 4. Fossile Brennstoffe Lernaufgabe Lernaufgaben gliedern sich in 4 Phasen: Input, Lernaufgabe, Diskussion und sichern der Erkenntnisse. A) Input: 1. Bsp. vorlösen und alle Überlegungen laut vordenken. Da die Aufgabe nicht im Klassengespräch erarbeitet wird ist der Input kurz und bleibt übersichtlich. Die Schülerinnen wissen anschliessend, was zu tun ist 1. Bsp. Feuerzeuge enthalten Propan. Propan C 3 H 8 brennt B) Lernaufgabe Auftrag: Die Reaktionsgleichung mit Summenformeln aufstellen 2. Bsp. Benzin C 7 H 16 brennt 3. Bsp. Heizöl C 17 H 36 brennt 4. Bsp. Butan C 4 H 10 brennt 5. Bsp. Kerosin C 14 H 30 brennt 6. Bsp. Alkohol C 2 H 6 O brennt In der Lernaufgabe verarbeiten die Schüler das, was im Input vorgestellt wurde. Sie setzen sich mit der Aufgabe aktiv auseinander und treffen auf neue Herausforderungen. Die Lehrperson geht von Schüler zu Schüler und sieht die Schwierigkeiten.

8 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 8 Fragen zu den gewählten Beispielen: 1. Warum wurden die oben genannnten Substanzen in die Lernaufgabe aufgenommen? 2. Weshalb diese Reihenfolge? 3. Welche Herausforderungen müssen die Schülerinnen meistern? C) Diskussion In der Lernaufgabe treffen die Schülerinnen auf alle Schwierigkeiten, die sich beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen ergeben. Sie merken, wo es Probleme gibt und können diese teilweise lösen. Nach der Lernaufgabe folgt deshalb eine Diskussion in der die Lösungen gezeigt und alle Fragen beantwortet werden. Wenn die Schüler grösstenteils erfolgreich waren, kann die Diskussion kurz gehalten werden. Wenn sie aber an vielen Aufgaben scheiterten, entsteht ein grosses Bedürfnis, die richtige Lösung zu erfahren. Alle sind froh, wenn die Lehrperson alle Aufgaben verständlich erklärt und folgen den Ausführungen aufmerksam. D) Die Erkenntnisse festhalten Verbrennungen sind Reaktionen mit Sauerstoff: Wenn der Brennstoff Kohlenstoff- und Wasserstoffatome enthält, entstehen Kohlendioxid und Wasserdampf. In Reaktionen werden Bindungen gebrochen und die Atome verbinden sich neu. Die Zahl der Atome jeder Sorte verändert sich nicht. Übung 3: Atommodelle im Grundlagenfach Aufgabe 1: Das Bohr'sche Atommodell kommt in jedem Lehrbuch vor a) Weshalb müssen Gymnasiasten das Bohr'sche Atommodell kennen? b) Wie kann das Bohr'sche Atommodell bei 15-jährigen Schülerinnen und Schülern im Grundlagenfach eingeführt werden? Gesucht ist eine sinnvolle Abfolge von Erkenntnissen und eine stufengerechte Begründung für das Konzept von Bohr. c) Wo sind die Grenzen des Bohr'schen Atommodells? In welchen Bereichen von Atombau und Bindungslehre kann das Bohr'sche Atommodell nicht verwendet werden? d) Warum ist das Bohr'sche Atommodell falsch? Eine kurze Antwort genügt. Aufgabe 2: Das Kern-Hülle-Modell a) Phantasieloser Unterricht: Sie nehmen das rechts abgedruckte Bild und erklären damit den Streuversuch von Rutherford. Wie könnten Sie den Unterricht interessanter machen? Machen Sie einen Vorschlag. b) Werden Sie das Kern-Hülle-Modell im Unterricht vorstellen? Bitte begründen Sie Ihre Antwort kurz. Umfang: 1 bis 3 Seiten. Am liebsten als Word-Dokument, im Notfall als PDF. Abgabe bis Donnerstag, 12. Okt Uhr, per Mail an amadeus.baertsch@kfr.ch Die sollte maximal 2 MB gross sein.

9 Fachdidaktik Chemie ETH Reaktionen S. 9 Was machen ChemikerInnen? aus Primo Levi: Der Ringschlüssel