Gase Struktur und Eigenschaften

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1 Didaktische FWU-DVD Gase Struktur und Eigenschaften Chemie Klasse 7 10 Trailer ansehen

2 Schlagwörter Aggregatzustand; Atmosphäre; Atom; Avogadro, Amedeo; Avogadro-Konstante; Boyle, Robert; Charles, Jacques; Chlor; CO 2 ; Dichte; Druck; Eis; Flüssigkeit; Gas; Gasgleichung; Gashülle; Gaskonstante; Gay-Lussac, Joseph Louis; Gemisch; Gesetz; Gewicht; Grad Celsius; Guericke, Otto von; Helium; Kelvin; Knallgas-Reaktion; Kohlenstoffdioxid; Luft; Mariotte, Edme; Masse; Mol; Normaldruck; Ozon; Pascal; Sauerstoff; Stern; Stickstoff; Stoff; Struktur; Substanz; Teilchen; Temperatur; UV-Strahlung; Vakuum; Versuch; Volumen; Wasser; Wasserdampf; Wasserstoff; Xenon; Zustandsgleichung Systematik Chemie Physikalische Chemie Atombau, Periodensystem Bindung, Struktur, Eigenschaften Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Angewandte Chemie Chemie in Alltag und Umwelt Anorganische Chemie Stoffgemische Elemente Verbindungen 2

3 Zum Inhalt (Film 24 min) Der Film soll den Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen zum Aufbau und zu den Besonderheiten gasförmiger Stoffe näherbringen. Dazu wird zunächst der Gasbegriff definiert. Anschließend werden die grundlegenden Eigenschaften von Gasen anhand einfacher Experimente thematisiert. In weiteren Abschnitten geht es um das Zusammenspiel von Volumen, Druck und Temperatur bei Gasen. Abschließend wird die allgemeine Gasgleichung eingeführt, bevor auf den atomaren oder molekularen Aufbau und die Massenbestimmung exemplarischer Gase eingegangen wird. Die Arbeitsblätter dienen der Festigung und der Vertiefung des Gelernten. Filmsequenzen Was ist eigentlich ein Gas? (5:10 min) Das Gas Ozon schützt uns vor schädlicher UV-Strahlung, Kohlenstoffdioxid bringt Mineralwasser oder Limonaden zum Sprudeln und mit jedem Atemzug strömt ein Gemisch unterschiedlicher Gase durch unsere Lungen. Was aber macht ein Gas aus? Und welchen Gesetzen gehorchen diese flüchtigen Substanzen? Die Filmsequenz setzt sich mit diesen Fragen auseinander und zeigt in anschaulicher Weise, dass Stoffe unterschiedliche Aggregatzustände aufweisen können. Eigenschaften von Gasen (4:20 min) Lange gingen Naturforscher davon aus, dass Luft nichts wiegt. Heute wissen wir, dass das nicht stimmt. Bei Raumtemperatur und Normaldruck wiegt ein Liter Luft ungefähr 1,20 Gramm. Und Luft wiegt nicht nur etwas, sie hat auch Kraft. Durch die Kraft, die Gasteilchen auf eine Fläche ausüben, entsteht Druck. Das können wir zum Beispiel beim Aufblasen eines Reifens beobachten. Je mehr Gasteilchen vorhanden sind, desto höher ist die Kraft auf eine bestimmte Fläche und somit der Druck des Gases. Volumen, Druck und Temperatur (4:40 min) Die Filmsequenz stellt zunächst das noch heute gültige Gesetz der im 17. Jahrhundert wirkenden Forscher R. Boyle und E. Mariotte vor, das besagt, dass bei einer Gasportion mit konstanter Teilchenzahl das Produkt aus dem Druck und dem Volumen konstant ist. Dieses Gesetz gilt allerdings nur bei gleichbleibender Temperatur. Erhitzt man etwa das Gas- 3

4 gemisch Luft, vergrößert sich dadurch auch sein Volumen ein Zusammenhang, den man sich zum Beispiel beim Ballonfahren zunutze macht. Die allgemeine Gasgleichung (4:00 min) Verschiedene Gase haben unterschiedliche Eigenschaften. Man könnte vermuten, dass sie sich daher auch in Bezug auf Druck, Temperatur und Volumen unterscheiden. Das überprüfte der französische Chemiker J. L. Gay-Lussac mit einer Reihe von Experimenten. Sein Ergebnis: Wenn man Gase unter denselben Bedingungen miteinander vergleicht, ist die Art des Gases egal. Diese Gesetzmäßigkeit lässt sich durch eine Gleichung beschreiben: Druck mal Volumen durch Temperatur ist konstant. Struktur von Gasen (5:10 min) Die atomare Zusammensetzung eines Gases bestimmt, wie und in welchem Verhältnis es mit anderen Stoffen reagiert. Beim Aufbau der Gase gibt es Unterschiede: Das Edelgas Helium kommt atomar vor, hier entspricht ein Gasteilchen immer einem Atom. Sauerstoff bildet im Gaszustand dagegen zweiatomige Moleküle. Andere Gase sind aus verschiedenen Elementen zusammengesetzt: Ein Teilchen Kohlenstoffdioxid besteht aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen. Grafiken Aggregatzustände (Grafik) Die Darstellung von Stoffen als Teilchen erlaubt eine vereinfachte Erklärung der 4

5 gilt für alle Gase. Diese Gesetzmäßigkeit lässt sich durch eine Gleichung beschreiben: Druck mal Volumen durch Temperatur ist konstant. Aggregatzustände und der Übergänge zwischen ihnen. Die Grafik liegt mit unterschiedlichen Beschriftungen vor, sodass die Benennung der einzelnen Zustände und Übergänge durch die Schülerinnen und Schüler (zum Beispiel am interaktiven Whiteboard) erfolgen kann. Allgemeine Gasgleichung (Grafik) Der Zusammenhang von Volumen, Druck und Temperatur bleibt immer gleich. Das Gesetz von Boyle und Mariotte (Grafik) Die Grafik zeigt das noch heute gültige Gesetz von Boyle und Mariotte: Bei einer Gasportion mit konstanter Teilchenzahl ist das Produkt aus dem Druck p und dem Volumen V konstant. Avogadro-Konstante (Grafik) Der italienische Chemiker Amedeo Avogadro fand heraus, dass die Teilchenzahl bei gleichem Volumen und gleichen äußeren Bedingungen für alle idealen Gase gleich ist: 24 Liter eines beliebigen Gases bestehen bei Raumtemperatur 5

6 und Normaldruck aus ungefähr 6,022 mal Teilchen. Dies ist die Avogadro- Konstante. Diese Menge an Teilchen entspricht einem Mol. Das Formelzeichen der Stoffmenge ist ein kleines n. Kelvin- und Celsius-Skala (Grafik) Temperaturen werden häufig entweder in Kelvin oder Grad Celsius angegeben. Das Kelvin (Einheitenzeichen: K) ist dabei die SI-Basiseinheit der thermodynamischen Temperatur und zugleich gesetzliche Temperatureinheit. In vielen europäischen Ländern gilt daneben auch das Grad Celsius (Einheitenzeichen: C) als gesetzliche Einheit für die Angabe von Celsius-Temperaturen und deren Differenzen. Dabei entspricht eine Temperatur von 0 C umgerechnet 273,15 K. Das Periodensystem der Elemente (Grafik nur im ROM-Teil) Die Grafik zeigt in übersichtlicher Darstellung das Periodensystem der Elemente. Im Rahmen der Produktion steht dieses auch als interaktives Periodensystem zur Verfügung. Interaktion Interaktives Periodensystem der Elemente (nur im ROM-Teil) Die Schülerinnen und Schüler können mit diesem interaktiven Periodensystem die einzelnen Elemente und deren Eigenschaften erforschen und miteinander vergleichen. 6

7 Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler lernen einfache Experimente zum Thema Gase kennen; wissen um die Zusammensetzung der Luft; wissen, dass Gase aus Atomen oder Molekülen bestehen; kennen das Zusammenspiel von Druck, Temperatur und Volumen; lernen die Gesetze von Boyle und Mariotte, von Gay-Lussac und die allgemeine Gasgleichung kennen; strukturieren sukzessive visualisierte Inhalte und Texte in den Arbeitsmaterialien; leiten aus grafischen Darstellungen (z. B. Diagramme) Aussagen ab; verstehen, dass sich zwischen den einzelnen Gasteilchen leerer Raum befindet; können nachvollziehen, dass theoretisch jeder Stoff gasförmig werden kann; erkennen, dass Gase etwas wiegen; verstehen, dass Gase Raum benötigen; differenzieren zwischen der Teilchenstruktur der verschiedenen Aggregatzustände; unterscheiden zwischen Gasen und Dämpfen; können die allgemeine und die universelle Gasgleichung anwenden; können relevante Informationen aus dem Film herausarbeiten und gliedern; strukturieren fachlich relevante Informationen aus verschiedenen Informationsquellen (Film, Text), erarbeiten und verknüpfen Einsichten und organisieren diese; üben sich in Medienkompetenz. Didaktische Hinweise Die vorliegende Produktion ist insbesondere für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe I konzipiert. Mithilfe anschaulicher Experimente und Animationen erhalten die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, sich ein vertieftes Verständnis zur Struktur und zu den Eigenschaften von Gasen zu erarbeiten. Die Einsatzmöglichkeiten des Films sind flexibel. So kann der Film sowohl als Einstieg in die Thematik als auch als stückweise Begleitung zu den einzelnen Teilen einer entsprechenden Unterrichtseinheit verwendet werden, oder aber als Abschluss und grundlegende Zusammen- 7

8 fassung der Behandlung des Themas im Unterricht. Begleitet und ergänzt wird der Film durch insgesamt fünf Arbeitsblätter. Hier werden einzelne Aspekte des Films wiederholt sowie weiterführendes Wissen zu im Film nicht angesprochenen Punkten vermittelt. Durch den Erwerb des Fachwissens werden die Schülerinnen und Schüler motiviert, sich näher mit chemiebezogenen Themen auseinanderzusetzen. Die Produktion eignet sich für die Vermittlung folgender Lehrplaninhalte: Eigenschaften von Gasen Aggregatzustände Verhältnis von Volumen, Druck und Temperatur Celsius- und Kelvinskala Gesetz von Boyle und Mariotte Die allgemeine Gasgleichung Struktur von Gasen Chemische Nachweistests 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts situation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der Interaktion, der Grafiken und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Was ist Luft? 2) Nachweistests 3) Anwendung der Nachweistests 4) Lavoisiers Experimente mit Luft und Wasserdampf 5) Gaswägungen mit der Gaswägekugel Interaktion Interaktives Periodensystem der Elemente Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Aggregatzustände (ohne und mit Beschriftung) Aggregatzustände (mit Phasenübergängen) Allgemeine Gasgleichung Gesetz von Boyle und Mariotte (ohne und mit Zusatzinfo) Avogadro-Konstante Kelvin- und Celsius-Skala Das Periodensystem der Elemente Filmtext zum Film als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Programmstruktur Hauptmenü Untermenü 24 min Was ist eigentlich ein Gas? 5:10 min Sequenzen Eigenschaften von Gasen 4:20 min Aggregatzustände Gesetz von Boyle und Mariotte Avogadro-Konstante 2 Grafiken Grafik Grafik Volumen, Druck und Temperatur Die allgemeine Gasgleichung Struktur von Gasen 4:40 min 4:00 min 5:10 min Allgemeine Gasgleichung Grafik Kelvin- und Celsiusskala Grafik Arbeitsmaterial Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter Interaktives Periodensystem 9 Grafiken Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 10

11 Produktionsangaben (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2017 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag von FWU Institut für Film und Bild Grafiken MMCD NEW Media GmbH Bildnachweis Thinkstock / istock, princegarik (Coverbild) Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch Begleitheft Svenja Weiß, Manfred Rank Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zum Film Produktion MMCD NEW Media GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Kamera, Animation und Schnitt Harald Frater Benjamin Ziemann Didaktische Fachberatung Dr. Nina Harsch Bildnachweis Harald Frater NASA/JPL Shutterstock (kovalsmedia, kai 4107) Redaktion Daniel Schaub Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2017 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Gasförmig ist ein ganz besonderer Aggregatzustand. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten und Feststoffen kann man Gase sehr leicht komprimieren. Auch bei chemischen Reaktionen sorgen Gase für erstaunliche Effekte. So scheinen bei Verbrennungen Materie und Masse zu verschwinden. Die Produktion zeigt, was Gase mit diesen Phänomenen zu tun haben, und stellt weitere Besonderheiten der Gase vor. Laufzeit 24 min Klasse 7 10 Sprache Film 1 Filmsequenzen 5 Arbeitsblätter 5 Grafiken 9 DE Interaktion 1 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler kennen das Zusammenspiel von Druck, Temperatur und Volumen; lernen die Gesetze von Boyle und Mariotte, von Gay-Lussac und die allgemeine Gasgleichung kennen; erkennen, dass jeder Stoff gasförmig werden kann; erkennen, dass Gase etwas wiegen und Raum benötigen; differenzieren zwischen der Teilchenstruktur der verschiedenen Aggregatzustände; können die allgemeine und die universelle Gasgleichung anwenden. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse 7 10 Was ist eigentlich ein Gas? Eigenschaften von Gasen Volumen, Druck und Temperatur Die allgemeine Gasgleichung Struktur von Gasen Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de