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Fehlvorstellungen Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriffzum Säure-Base-Begriff
Ein zu beachtender Bestandteil des Donator-Akzeptor-Konzepts
115.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
GliederungGliederungEinleitungDer Säure-Base-BegriffReine Säure und Säure-LösungenpH-WertNeutralisationStarke und schwache Säuren
215.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
EinleitungEinleitungSuS kommen mit eigenen
Vorstellungen oder Kenntnissen in den naturwissenschaftlichen Unterricht
Diagnose von Vorstellungen spezifische Unterrichtseinheiten
Ursprüngliche Präkonzepte neben „hausgemachte“ Fehlvorstellungen
Parallelen im Denken früherer Wissenschaftler
315.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Der Säurebegriff - Der Säurebegriff - phänomenologischphänomenologischBoyle (17. Jhd.) – Färbung bestimmter
Pflanzenfarbstoffe, Lösen von KalksteinGlauber (1650) – S&B feindlich und
entgegengesetzt, bilden zusammen aber Salze
Lavoisier (1778) – Nichtmetalloxid bilden S in wässerigen Lösungen
Davy (1816) – S sind Wasserstoffverbindungen
Liebig (1838) – Salze bilden sich, wenn in S der Wasserstoff durch Metalle ersetzt wird
415.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Der SäurebegriffDer SäurebegriffArrhenius (1864) – S zerfallen in
wässriger Lösung in positive Wasserstoff-Ionen und in negativ Säurerestionen. B in positive Baserestionen und negative Hydroxidionen (OH-)
Brönsted (1923) – erstes Konzept beruhend auf Funktion von kleinsten Teilchen (Protonendonatoren / Protonenakzeptoren)
515.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-Begriff„Säure ätzen“„Säuren zerstören“ / „zerfressen
Dinge“„Essigsäure ist in der Chemie eine
ätzende und gefährliche Substanz, im alltäglichen Gebrauch nicht“
Zuschreibung der aggressive Eigenschaft nur den Säuren
Keine Teilchenvorstellungen mit verknüpft
615.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-BegriffOft mit dem pH-Wert verknüpft
(kleiner pH-Wert; „gelb oder rot“)
Angelernte Säure-Konzepte:Arrhenius-Konzept (enthalten H+-
Ionen)Brönsted-Konzept (geben
Protonen ab)
715.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-Begriff„…dass zwar eine Zunahme an
Brönsted-Definitionen in den Klassen 11 und 12 zu verzeichnen ist, Basen im gleichen Zusammenhang noch überwiegend nach Arrhenius interpretiert werden. Ein beliebiges Vertauschen beider Säure-Base-Definitionen zeigt letztlich, dass das Wissen nicht tief verankert und deshalb nicht in Form des Transfers angewendet wird“
815.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
UnterrichtsvorschlägeReaktion von Säuren und Laugen als
Substanz und ihre aggressive Wirkungkeine Vernichtung von Stoffen!Beachtung des Alltagsbezuges
V7.1: Zucker + konz.Schwefelsäure schwarzer Kohlenstoff + Wasserdampf
V7.2: Säure-Lösungen mit unedlen Metallen
V7.3: KalkentfernerV7.4: Abflussfrei
UnterrichtsvorschlägeSäure-Base-Konzepte:
◦Substanz-bezogenes Arrhenius-Konzept◦ Arrhenius-Konzept nur Ionen in wässrigen
Lösungen
◦Teilchen-bezogenes Brönsted-Konzept◦ Brønsted-konzept: Übergabe von Protonen
allgemeineres Konzept
genetische Entwicklung von beiden in historisch orientiertem Unterricht
Festlegung auf das Brønsted-Konzept
(9G.2 hessischer Lehrplan!)
UnterrichtsvorschlägeSalzsäure konz.
Zusammensetzung aus Ionen als Modellvorstellung!
reine Schwefelsäure oder Salpetersäure durch Moleküle beschreiben!
V7.7 LeitfähigkeitsprüfungenOH-(aq)-Ion und H+(aq)-Ionvollständige Trennung aller Ionen
UnterrichtsvorschlägeV7.8:
H2SO4-Molekül+Cl--Ion
HCl-Molekül + HSO4--Ion
V7.9: HCl-Molekül +H2O-Molekül
Cl-(aq)-Ion + H3O+(aq)-Ion
Üben!!
UnterrichtsvorschlägeV7.10:
H2SO4-Molekül + 2H2O-Moleküle 2H3O+(aq)-Ionen + SO4
2-
(aq)-Ionexotherm
V7.11: O2--Ion + H2O-Moleküle
OH-(aq)-Ion + OH-(aq)-Ion | exotherm
Wasser ist ein Ampholyt-Teilchen
Reine Säure und Säure-Reine Säure und Säure-LösungLösung
1415.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Reine Säure und Säure-Reine Säure und Säure-LösungLösung
1515.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Richtige Antworten hinsichtlich H3O+ und SO4
2- nur bei etwa 10%45 % VerdünnungseffektAndere: pH kleiner, Dichten
unterschiedlich, ätzender, reaktionsfreudiger
Oft Dissoziation unverstanden
UnterrichtsvorschlägeUnterscheidung festes NaOH und
Natronlauge Reaktionen verdünnter Säuren
Erwünscht z.B. Magensäure, Würzmittel (Kontext)
Durch Verdunsten des Wassers können auch verdünnte Lösungen eine aggressive Wirkung erzielen
pH-WertpH-Wert
1715.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
"negativer dekadischen Logarithmus der H+-Ionen-Konzentration" ohne richtige Anwendung
oft Veränderung der Definitionphänomenologisch (pH 7
hautneutral, hat was mit Hautverträglichkeit zu tun)
pH-WertpH-Wert
1815.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Aufgabe: Lösungen mit pH-Wert 1.0 bennen- 15 % 0,1 M HCl- 30% HCl oder H2SO4 (ohne
Konzentration)- 45 % gar keine Antwort
Reines Merkwissen bezüglich pH-Wertes
Schwierigkeiten mit dem pH-Wert umzugehen
UnterrichtsvorschlägeSäure-Base-Indikatoren –
besondere Farbstoffe V7.5 (Rotkohl, Curcumin)
V7.6: pH-Werte Küche/Bad-Lösungen
Sauer Neutral Alkalisch
UnterrichtsvorschlägepH-Werte – Potenz der H3O+(aq)-IonKonzentration der H3O+(aq)-IonenpH-Wert 2 10-2-molare Salzsäure
Lösung
UnterrichtsvorschlägeV7.12: Verdünnungsreihe
Salzsäure (1.0 mol/L): 1.0 mol H30+(aq)-Ionen und 1.0 mol Cl-(aq)-IonenVerdünnung: a)1:10 0,1mol H30+(aq)-Ionen b)1:100 0,01mol H30+(aq)-Ionen
Unterrichtsvorschläge
Alkalische Lösungen:pH-Wert 2 10-2-molare H3O+(aq)-Ionen
10-10-molare OH-(aq)-Ionen
pH-Wert 10 10-10-molare H3O+(aq)-Ionen
10-4-molare OH-(aq)-Ionen
NeutralisationNeutralisation
2315.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Aufgabe: „Salzsäure und Natronlauge reagieren miteinander“
- 80 % formal richtige HCl + NaOH NaCl + H2O
- 50 % sogar mit Ionensymbolen- Allerdings 40% bilden NaCl
NeutralisationNeutralisation
2415.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Aufgabe: „Reagierende Teilchen?“„alle Teilchen“ oder „positive und
negative Ladungen“ reagieren„NaCl-Moleküle entstehen“ / Salz-
MoleküleNur 35% konnten Neutralisation
benennen
NeutralisationNeutralisation
2515.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Modellvorstellungen zum Modellvorstellungen zum Abdampfen von Wasser aus Abdampfen von Wasser aus KochsalzlösungKochsalzlösung
2615.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
UnterrichtsvorschlägeNeutralität ganz der Säure-Base-
Thematik zuzuordnenV7.14 (Cl-(aq) und Na+(aq) –
spectator ions): H3O
+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) Cl-(aq) + Na+(aq) + 2 H2O(l)
Starke und schwache SäurenStarke und schwache Säuren
2815.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Weit verbreitet: Säurestärke durch pH-Wert der
Lösung
(Verdünnungsmöglichkeit wird nicht wahrgenommen!)
Starke und schwache SäurenStarke und schwache Säuren
2915.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Modellvorstellungen:
3015.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Unterrichtsvorschläge
Stärke der Säure entspricht nicht der Konzentration, sondern:
- starke Säuren sind Teilchen, die leicht Protonen abgeben können.
- schwache Säuren sind Teilchen, die nur schwer Protonen abgeben können.
- V7.17 - V7.18
UnterrichtsvorschlägeModellvorstellungen
100%ige Protolyse versus 1%ige Protolyse
3315.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
ResümeeResümee• Säuren werden oft Eigenschaften
zugesprochen
• Hydroxide und Laugen oft nicht genannt
• keine Unterschiede zwischen reinen Säuren (Moleküle) und Säure-Lösungen (z.T. Ionen)
• Arrhenius oft mit Brönsted vermischt „Salzsäure ist ein Protonendonator“
3415.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
ResümeeResümee• Neutralisation steht Salzbildung im
Vordergrund und „Salz-Moleküle“
• Dissoziations- oder Protolysegrad oft nicht in Vorstellungswelt der SuS vorhanden
• Wenig Modellvorstellungen ins Zentrum rücken
3515.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
QuellenangabeQuellenangabe
3615.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie
Vielen Dank für eure Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!
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