Verlauf chemischer Reaktionen

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1 Didaktische FWU-DVD mit Interaktion Verlauf chemischer Reaktionen Chemie Klasse 8 11 Trailer ansehen

2 Schlagwörter Aktivierungsenergie; Biomolekulare Reaktion; Edukt; Endotherme Reaktion; Enthalpie; Exotherme Reaktion; Experiment; Geschwindigkeit; Katalysator; Katalyse; Kinetik; Knallgasprobe; Konzentration; Messkurve; Oberfläche; Oberflächenvergrößerung; Produkt; Reaktion; Reaktionskinetik; Reaktionsverlauf; Redoxreaktion; RGT-Regel; Stoßtheorie; Temperatur; Thermodynamik; Unimolekulare Reaktion; Zerteilungsgrad Systematik Chemie Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten chemischer Reaktionen Chemisches Gleichgewicht und seine Beeinflussung Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden Physikalische Chemie Chemische Kinetik Chemische Thermodynamik 2

3 Zum Inhalt Chemische Reaktionen (Film 8 min) Bei der einfachsten Art einer chemischen Reaktion wandelt sich ein Stoff in einen oder mehrere andere um. Hier wird ein Edukt A in die Produkte B und C umgewandelt. Es gibt aber auch Reaktionen mit zwei oder mehr Edukten, wie die Reaktion von Salzsäure und Zink. Hier werden die Edukte A und B in die Produkte C und D umgewandelt. Zu einer Reaktion der Eduktteilchen kann es aber nur kommen, wenn sie genügend Energie haben. Die benötigte Aktivierungsenergie erhalten die Teilchen zum Beispiel durch Wärme. Die Geschwindigkeiten von Reaktionen kann man auch messen und die Ergebnisse in einem Graphen darstellen. In diesem kann man den Verlauf der Reaktion ablesen. Einfluss der Oberfläche (Film 6 min) Ein Versuch mit Salzsäure und unterschiedlich stark zerkleinerten Zinkstücken zeigt, dass eine chemische Reaktion schneller und stärker abläuft, je kleiner die Zinkstücke bei gleicher Masse sind. Das ist auf die vergrößerte Oberfläche zurückzuführen: Je höher der Zerteilungsgrad einer Stoffportion ist, desto mehr Oberfläche bietet diese. So nimmt mit dem Zerteilungsgrad auch die Reaktionsgeschwindigkeit zu. 3

4 Einfluss der Temperatur (Film 5 min) Ein Versuch mit unterschiedlich stark erhitzter oder abgekühlter Salzsäure und Zink zeigt, dass eine chemische Reaktion schneller und stärker abläuft, je heißer die Salzsäure ist. Durch das Erwärmen erhöht sich die Geschwindigkeit der Teilchen. Es kommt dadurch viel häufiger zu effektiven Zusammenstößen und die Reaktion läuft schneller ab. Diesen Zusammenhang bezeichnet man als Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur- oder RGT-Regel. Einfluss der Konzentration (Film 3 min) Ein Versuch mit unterschiedlich hoch konzentrierter Salzsäure und Zink zeigt, dass eine chemische Reaktion schneller und stärker abläuft, je höher konzentriert die Salzsäure ist. Daraus lässt sich ableiten, dass die Reaktionsgeschwindigkeit umso größer ist, je größer die Anzahl der Eduktteilchen und je höher die Konzentrationen der Ausgangsstoffe sind. Einfluss der Katalyse (Film 6 min) Wir können die chemische Reaktion von Salzsäure und Zink mithilfe von Kupfersulfat zum Laufen bringen oder auch beschleunigen. Das Kupfer dient hier als Katalysator. Ein Katalysator ist ein Stoff, der eine Reaktion auslöst oder diese sofern sie bereits am Laufen ist beschleunigt, ohne dass er bei der Reak tion selbst verbraucht wird. Dieser Effekt wird auch in einem Energiediagramm demonstriert. 4

5 Grafiken Energiediagramm einer exothermen Reaktion Als exotherm bezeichnet man eine chemische Reaktion, wenn deren Produkte eine geringere Reaktionswärme (Enthalpie) aufweisen als die Ausgangsstoffe. Energiediagramm einer endothermen Reaktion Als endotherm bezeichnet man chemische Reaktionen, für deren Start zunächst Energie hinzugeführt werden muss. Zerteilungsgrad Je höher der Zerteilungsgrad einer Stoffportion ist, desto mehr Oberfläche bietet diese. So nimmt mit dem Zerteilungsgrad auch die Reaktionsgeschwindigkeit zu. Oberflächenvergrößerung der Lunge Der Aufbau der Lunge kann mit einem Baum verglichen werden. Die kleinste Einheit der Lunge, die Lungenbläschen, entsprechen dabei den Blättern eines Baumes. Durch die Verzweigung in immer kleinere Einheiten steht der Lunge eine enorme Oberfläche zum Gasaustausch zur Verfügung. Reaktion von Zink und Salzsäure bei unterschiedlichen Temperaturen Wir geben in drei Reagenzgläser Zink und unterschiedlich erhitzte Salzsäure. Die wärmste Salzsäure (rechts) reagiert am schnellsten, bei der kühlsten (links) ist kaum eine Reaktion sichtbar. 5

6 Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsverteilung für Stickstoff Mit steigender Temperatur T nimmt die durchschnittliche Geschwindigkeit von Teilchen zu. Dieser Zusammenhang wird hier am Beispiel des Stickstoffs gezeigt. Reaktion von Zink und unterschiedlich konzentrierter Salzsäure Wir geben in drei Reagenzgläser Zink und unterschiedlich konzentrierte Salzsäure. Die hochprozentige Salzsäure (rechts) reagiert am schnellsten, bei der niedrigen Konzentration (links) ist kaum eine Reaktion sichtbar. Elementarreaktionen Die meisten Reaktionsmechanismen setzen sich aus mehreren Elementar- reak tionen zusammen. Zwei Grafiken zeigen die Elementarreaktion 2A B + C und A + B C + D. Energiediagramm einer katalysierten Reaktion Ein Katalysator erhöht die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion durch die Senkung der Aktivierungsenergie, ohne dabei selbst verbraucht zu werden. Er beschleunigt die Hin- und Rückreaktion gleichermaßen und ändert somit die Kinetik chemischer Reaktionen. Simulation einer monomolekularen Elementarreaktion (Grafik nur im ROM-Teil) Die Grafik zeigt die Anleitung für die Modellierung der Elementarreaktion A B. 6

7 Simulation von mono-/bimolekularen Elementarreaktionen (Grafik nur im ROM-Teil) Die Grafik zeigt die Anleitung für die Modellierung einer monomolekularen und einer bimolekularen Elementarreaktion und die dazugehörigen Graphen. 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. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundprinzipien chemischer Reaktionen kennen; lernen, wie die Oberfläche des Edukts die Geschwindigkeit von Reaktionen beeinflusst; wissen, dass die Temperatur einen wichtigen Einfluss auf chemische Reaktionen hat; kennen den Einfluss der Konzentration auf den Verlauf chemischer Reaktionen; lernen die Katalyse kennen; erkennen, dass chemische Reaktionen charakteristische zeitliche Verläufe vorweisen; verstehen, wie sich die Geschwindigkeit von Reaktionen erhöhen lässt; differenzieren zwischen unimolekularen und bimolekularen Reaktionen; unterscheiden zwischen dem Einfluss von Temperatur, Oberfläche und Konzentration; können chemisch relevante Informationen aus dem Film herausarbeiten und gliedern. 7

8 Didaktische Hinweise Fünf Filme sollen den Schülerinnen und Schülern das grundlegende Fachwissen zu den Einflussgrößen, die chemische Reaktionen auslösen, beschleunigen oder hemmen können, näherbringen. Dazu wird zunächst der Reaktionsbegriff näher definiert und eingegrenzt. Anschließend wird der Einfluss der Oberfläche des reagierenden Stoffes auf die Reaktionsgeschwindigkeit thematisiert. Des Weiteren geht es um den Einfluss der Temperatur und der Konzentration. Abschließend wird die Katalyse erläutert. Die Einsatzmöglichkeiten der Filme sind flexibel. So können sie 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 Zusammenfassung der Behandlung des Themas im Unterricht. Begleitet werden die Filme durch insgesamt fünf Arbeitsblätter. Hier werden einzelne Aspekte der Filme wiederholt sowie weiterführendes Wissen zu nicht angesprochenen Punkten vermittelt. Durch den Erwerb des Fachwissens werden die Schülerinnen und Schüler motiviert, sich näher mit chemiebezogenen Themen auseinanderzusetzen. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Verlauf chemischer Reaktionen im Experiment und im Graphen Edukte und Produkte exotherme und endotherme Reaktionen Zerteilungsgrad Katalyse Einfluss der Temperatur Reaktionskinetik Aktivierungsenergie Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel 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 Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktion Grafiken Filmtexte Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz der Filme, der Grafiken, der Interaktion und den ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Reaktion von Marmor mit Säure 2) Simulation der monomolekularen Elementarreaktion 3) Simulation der bimolekularen Elementarreaktion 4) Reaktionsgeschwindigkeit und Stoßkombinatorik 5) Katalyse Das Periodensystem der Elemente Energiediagramm einer exothermen Reaktion Energiediagramm einer endothermen Reaktion Zerteilungsgrad Oberflächenvergrößerung der Lunge Reaktion von Zink und Salzsäure bei unterschiedlichen Temperaturen Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsverteilung für Stickstoff Reaktion von Zink und unterschiedlich konzentrierter Salzsäure Elementarreaktionen Energiediagramm einer katalysierten Reaktion Simulationen von mono/bimolekularen Elementarreaktionen Das Periodensystem der Elemente Filmtexte 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 Untermenü Hauptmenü Verlauf chemischer Reaktionen Chemische Reaktionen Film / Grafiken Einfluss der Oberfläche Film / Grafiken Einfluss der Temperatur Film / Grafiken Einfluss der Konzentration Film / Grafiken Einfluss der Katalyse Film / Grafiken Chemische Reaktionen Chemische Reaktionen Film 8 min Energiediagramm einer exothermen Reaktion 2 Grafiken Energiediagramm einer endothermen Reaktion 2 Grafiken Einfluss der Oberfläche Einfluss der Oberfläche Film 6 min Zerteilungsgrad Grafik Oberflächenvergrößerung der Lunge Grafik Arbeitsmaterial Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 5 Arbeitsblätter 19 Grafiken Interaktion Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Einfluss der Temperatur Einfluss der Temperatur Film 5 min Reaktion von Zink und Salzsäure bei unterschiedlichen Temperaturen Grafik Temperaturabhängigkeit der Geschwindigkeitsverteilung für Stickstoff Grafik Einfluss der Konzentration Einfluss der Konzentration Film 3 min Reaktion von Zink und unterschiedlich konzentrierter Salzsäure Grafik Elementarreaktionen 2 Grafiken Einfluss der Katalyse Einfluss der Katalyse Film 6 min Energiediagramm einer katalysierten Reaktion 2 Grafiken 10

11 Produktionsangaben Verlauf chemischer Reaktionen (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2017 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Grafiken FWU Institut für Film und Bild Bildnachweis Coverbild: Thinkstock hansenn Interaktion MMCD NEW MEDIA GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Arbeitsmaterial Dr. Nina Harsch Begleitheft Dr. Maike Schuchmann Pädagogische Referenten im FWU Daniel Schaub Dr. Maike Schuchmann Produktionsangaben zu den Filmen Chemische Reaktionen Einfluss der Oberfläche Einfluss der Temperatur Einfluss der Konzentration Einfluss der Katalyse Produktion Weichelt Film im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2017 Buch Dr. Nina Harsch Daniel Schaub Kamera Fabian Weichelt Stefan Weichelt 2D- und 3D-Animationen Stefan Weichelt Schnitt Stefan Weichelt Sprecherin Cordula Senfft Musik GEMAfreie Musik von audeeyah.de Footage Material Weichelt Film Wir bedanken uns bei allen Beteiligten für die freundliche Unterstützung, besonders bei Haldor Neumann und dem Lise-Meitner-Gymnasium 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 Verlauf chemischer Reaktionen Chemische Reaktionen können ganz verschieden ablaufen. Manche Reaktionen starten von selbst, manchen muss Energie zugeführt werden, damit etwas passiert. Die Geschwindigkeit, mit der die Reaktion abläuft, kann durch Temperatur oder auch das Konzentrationsverhältnis der Stoffe variiert werden. Wie all diese Faktoren zusammenhängen und Reaktionen beeinflussen, wird in der Produktion anschaulich gezeigt und erklärt. Laufzeit 28 min Klasse 8 11 Sprache Filme 5 Arbeitsblätter 5 DE Grafiken 19 Interaktion 1 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler lernen die Grundprinzipien chemischer Reaktionen kennen; lernen, wie die Oberfläche des Edukts die Geschwindigkeit von Reaktionen beeinflusst; wissen, dass die Temperatur einen wichtigen Einfluss auf chemische Reaktionen hat; kennen den Einfluss der Konzentration auf den Verlauf chemischer Reaktionen; lernen die Katalyse kennen; erkennen, dass chemische Reaktionen charakteristische zeitliche Verläufe vorweisen. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse 8 11 Chemische Reaktionen Einfluss der Oberfläche Einfluss der Temperatur Einfluss der Konzentration Einfluss der Katalyse 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