Der rote Faden durch den Anfangsunterricht Chemie - eine ... · zwischen Natrium und Chlor.“...

MNU-Junglehrer-Tagung am 11.Oktober 2014 am Humboldt-Gymnasium Vaterstetten

Der rote Faden durch den Anfangsunterricht Chemie - eine Dauerbaustelle?

Referent: Christian Herdt, Seminarlehrer für Chemie

am Gymnasium Neubiberg

Vorstellungsrunde

Bast Volker, Bregulla Julia, Edlbergmeier Julia, Feist Verena,

Hench Philipp, Hüttenbrenner Christian, Janitz Karlotta,

Kumpf Carina, Lachmair Ilka, Majer Viki, Pieper Katharina,

Riedl Andreas, Schmalbrock Lisa, Schöffel Melanie,

Struckmeier Claudia, Swiercynski Paulina,

Troglauer Peter, Trösch Elisabeth, Wild Martin, Zollner Susanne

Ablauf des Workshops

• Themenstellung klären und Einflüsse auf Themenfolge beleuchten

• Spezielle fachdidaktische Fragen aufwerfen

• 9 Gedanken zum „roten Faden“ einbringen

• Arbeitsphase in Kleingruppen mit Diskussion (ca. 30 min)

• Präsentation der Ergebnisse im Plenum (ca. 20 min)

• Eigenes Beispiel für realisierten Stoffplan 2013/14

Thema des Workshops:

In welcher Abfolge müssen die Themen unterrichtet werden,

damit der Lehrgang optimal logisch aufeinander aufbaut?

Wodurch wird die Themenfolge

typischerweise beeinflusst?

Schulbuch

aus dem

Referendariat

Aktuelles

Schulbuch

Lehrplan

Eigene Vorstellungen zur

optimalen Themenfolge

Fortbildungen

Zunehmende

Berufserfahrung Fachliteratur

Eigene

Schulerfahrungen

Vorgaben an

der Schule

Empfehlungen

Fachkollegen

Planungen für

LZK (SA, Ex)

Spezielle

fachdidaktische

Fragen

Einfaches Kugelteilchenmodell in Jahrgangsstufe 8 ?

Aggregatzustände und Lösen eher ein Ballast ?

"Dalton-Modell" auf Wissensstand des 19. Jahrhunderts ?

Wann Ionen als Grundbausteine der

Salze einführen?

Ionenbindung ohne Ionenbildung ?

Salzbildungsreaktionen als „Umgruppierung von Atomen“ ?

„Energie“ variabel positionierbar !

Kern-Hülle-Modell variabel

positionierbar !

Verbindungsformeln auswendig lernen

oder ableiten ? (Hilfsmittel?)

Gedanken zum „roten Faden“ in Chemie 8 NTG:

1) Atommodell wechselt mehrfach:

Teilchen-Modell Dalton-Modell Kern-Hülle-Modell Kugelwolken-Modell

Evtl. erweitertes Dalton-Modell

Elektronenformel-Modell: Valenzelektron-Punkt-Strich-Schreibweise

Energiestufen-Modell ?

Was ist das „erweiterte Dalton-Modell“ ?

• Alle Elemente bestehen aus kleinsten Teilchen, den Atomen.

• Atome des selben Elementes sind in Bezug auf Masse und Volumen gleich.

• Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Masse und Volumen.

• Die kleinsten Teilchen, die die Struktur der Stoffe bestimmen, sind Atome, Ionen oder Moleküle.

• Atome und Ionen können modellhaft kugelförmig dargestellt werden, sie besitzen keine Farbe.

• Verbindungen bestehen aus Atomen mindestens zweier Atomarten oder aus Ionen mindestens zweier Ionenarten.

• Entfallen ist: Atome sind unzerstörbar/ unveränderbar!

vgl. PdN ChiS 2/63, 2014, S.17

2) Zentrale Themenblöcke:

- Aggregatzustände

- Lösen

- Element

- Verbindung

- Energieumsatz

- Katalyse

- Erhaltung der Masse

- Konstante Massenverhältnisse

Naturwissenschaft Chemie

Chemische Grundgesetze

Stoffeigenschaften und Teilchenmodell

Chemische Reaktion

- Salze

- Metalle

- Molekular geb. St.

Atombau

Periodensystem

Stoffgruppen

Bindungen

3) Einzelthemen:

- Aggregatzustände

- Lösen

Chemische Reaktion

- Element

- Verbindung

- Energieumsatz

- Katalyse

Atombau

Periodensystem

Stoffgruppen

- Salze

- Metalle

Bindungen

Oktettregel ?

Wertigkeit ?

Elektronen- konfiguration ?

Luft ?

Energiestufen-Modell ?

4) Basiskonzepte:

- Aggregatzustände

- Lösen

Chemische Reaktion

- Element

- Verbindung

- Energieumsatz

- Katalyse

Atombau

Periodensystem

Stoffgruppen

- Salze

- Metalle

Bindungen

Oktettregel ?

Wertigkeit ?

Luft ?

Stoffebene (=Phänomen-Ebene)

Teilchenebene (=Modell-Ebene)

4) Basiskonzepte:

- Aggregatzustände

- Lösen

Chemische Reaktion

- Element

- Verbindung

- Energieumsatz

- Katalyse

Atombau

Periodensystem

Stoffgruppen

- Salze

- Metalle

Bindungen

Oktettregel ?

Wertigkeit ?

Luft ?

Stoff-Teilchen-Konzept

Struktur-Eigenschafts-Konzept

4) Basiskonzepte:

- Aggregatzustände

- Lösen

Chemische Reaktion

- Element

- Verbindung

- Energieumsatz

- Katalyse

Atombau

Periodensystem

Stoffgruppen

- Salze

- Metalle

Bindungen

Oktettregel ?

Wertigkeit ?

Luft ?

Energie-Konzept

5) Spezialthemen:

Optimales Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln ?

Wertigkeit

Stöchiometrische

Wertigkeit Ionen-Wertigkeit

(=Ionenladung)

Bindungs-

Wertigkeit

(=Bindigkeit)

Aufstellen von

Verhältnisformeln

Molekülformeln

Aufstellen von

Verhältnisformeln Aufstellen von

Molekülformeln

Schroedel: Chemie heute, 8 NTG

„Natrium und Chlor sind einwertig.“ „Natriumchlorid ist NaCl.“ Vorstellung: „Bindungsarme zwischen Natrium und Chlor.“

Definition im Schroedel-Buch

Fazit zu den Problemen mit der stöchiometrischen Wertigkeit

• Unterscheidet nicht zwischen Atomen und Ionen, er ist historisch auf die „Elemente“ in Verbindungen bezogen (fachsprachlich sehr problematisch!)

• Führt zu Fehlvorstellungen der Schüler hinsichtlich der Struktur der Stoffe: vgl. Cu2O und H2O

• Hilft den Schülern zwar die Abstraktionsstufe der chemischen Formel zu formulieren – hierbei wird die Formel aber nicht logisch über die Struktur abgeleitet. (vgl. Verhältnisformel)

• Führt zu Fehlvorstellungen bzgl. gerichteter und ungerichteter Anziehungskräfte zwischen Atomen bzw. Ionen.

Aber: Wertigkeit im LP ! (also muss man „Wertigkeit“ abhandeln)

Lösung: Ionenladung und Bindigkeit als Hilfsmittel zum Aufstellen von Verbindungsformeln

• Ionenladung: Die Ionenladung gibt die Art und die Anzahl elektrischer Elementarladungen an, die ein Ion trägt. Die Folge sind ungerichtete Kraftwirkungen (Anziehungs- und Abstoßungskräfte) auf andere Ionen. In manchen Fällen kann ein Element verschiedene Ionenarten ausbilden.

• Bindigkeit: Die Bindigkeit gibt die Anzahl einfacher gerichteter Bindefähigkeiten (Anziehungskräfte) an, die ein Nichtmetall-Atom gegenüber anderen Nichtmetall-Atomen ausbilden kann. Die Bindigkeit eines Atoms kann je nach Reaktionspartner und Reaktionsbedingungen verschieden sein.

vgl. PdN ChiS Heft 2015 „Stolpersteine im Chemieunterricht: Bindigkeit und Ionenladung“

Ionenladungen

Bindigkeit

6) Spezialthemen:

Kann man auf Teilchenebene definieren,

was eine chemische Reaktion ist?

Ausfällen von Bleiiodid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen

Bild nachbearbeitet; Bildquelle: http://www.versuchschemie.de/upload/files3/65197142_5417.jpg

Erhitzen von blauem Kupfersulfat mit dem Gasbrenner

Zugabe von Wasser zu weißem Kupfersulfat

Ausfällen von Silberchlorid-Kristallen aus 2 klaren Lösungen

… und Nachweis freier Ionen mit einem Leitfähigkeitsprüfer.

Bildung von Natriumamalgam aus Natrium und Quecksilber

Auflösen von Eis in Ethanol bei -15 °C

6) Spezialthemen:

Kann man auf Teilchenebene definieren,

was eine chemische Reaktion ist?

Definitionsversuch „chemischer Prozess“ (Teilchenebene): Bei chemischen Prozessen werden Atome, Ionen oder auch Moleküle umgruppiert. Hierbei werden meist Bindungen gelöst und/ oder neue Bindungen ausgebildet. Atome können sich hierbei in Ionen umwandeln oder umgekehrt Ionen in die entsprechenden Atome.

Chemiker wissen genau, was chemische Reaktionen sind! Hierbei verändern sich die Stoffe! Die „chemische Reaktion“ ist auf der Stoffebene definiert.

7) Spezialthemen:

Energiestufen-Modell vs. Schalen-Modell

z.B. Na-Atom

Früher: im Schalen-Modell (räumliche Darstellung der Atomhülle)

Heute: im Energiestufen-Modell (energetische Darstellung der Atomhülle)

Bilder aus dem neuen Schroedel Gesamtband Chemie heute

8) Spezialthemen:

Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell

Bild aus Schroedel Chemie heute 8 NTG Bayern

8) Spezialthemen:

Elektronenformeln und Kugelwolkenmodell

9) Spezialthemen:

Elektronenpaarbindung: Kugelwolkenmodell vs. Schalenmodell

http://www.u-helmich.de/che/0809/05-molek/Folien/Fo12-05.jpg

http://www.tf.uni-kiel.de/matwis/amat/mw_for_et/kap_2/illustr/kovalent_cl2.gif

Vorbereitung

Arbeitsphase

Workshop = Arbeiten !

Arbeiten nach der Placemat-Methode

zum Erstellen eines „eigenen roten Faden“

durch den Anfangsunterricht Chemie

Je ein DIN A3 Bogen pro Person

Zwei DIN A3 Bögen

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