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Salze genauer betrachtet - die Ionenbindung

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5 RAAbits Realschule Chemie Dezember 2013

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Salze genauer betrachtet – die IonenbindungSandra Kaut, Hamburg

Salze gehören zu unserem Alltag. So be-gegnet uns Kochsalz jeden Tag in unse-rem Essen – manchmal sichtbar, wie

auf Brezeln, meistens aber unsichtbar. Doch wie sind Kochsalz und weitere Ionenverbin-dungen eigentlich aufgebaut? Wie stellt man sie im Schalenmodell dar? Und welche Eigen-schaften haben sie?

Diese Unterrichtseinheit bietet einen Einstieg in das Thema „Ionenbindungen“ über Versu-che, die von den Schülern selbst entwickelt werden. Anschließend erarbeiten sich die Ler-nenden eigenständig die wichtigsten Infor-mationen zu den Ionenbindungen und dem Bohr’schen Atommodell.

Kochsalzkristalle auf einer Laugenbrezel – wie sind diese und weitere Ionenverbindun-gen aufgebaut?

Das Wichtigste auf einen Blick

Klasse: 9/10

Dauer: 4 Stunden (Minimalplan: 2–3)

Kompetenzen: Die Schüler …

• können die Eigenschaften von Kochsalz nennen.

• sind in der Lage, die Ladungen der Teil-chen in Ionenbindungen anzugeben und Reaktionsgleichungen aufzustellen.

• können Atome und Ionen mit dem Bohr’schen Atommodell darstellen.

• können ein Experiment planen und selbstständig durchführen.

Versuche:

• Forscherauftrag – Kochsalz genauer be-trachtet (SV)

• Elektrolyse von Zinkiodid (LV)

Übungsmaterial:

• Übung macht den Meister! – Die Ionen-bindung

• Elektronen haben einen bestimmten Platz! – Das Schalenmodell nach Bohr

• Jetzt weiß ich’s! – Die Ionenbindung

Kochsalzkristalle auf einer Brezel – wie sind diese und ihre chemischen Verwandten aufgebaut?

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Versuche selbst planen!

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Was Sie zum Thema wissen müssen

Wann liegt eine Ionenbindung vor?Zwischen Atomen gibt es unterschiedliche Arten von Bindungen. Welche Art der Bindung vor-liegt, hängt von den beteiligten Elementen ab und von der Differenz ihrer Elektronegativitä-ten. Ab einer Elektronegativitätsdifferenz von über 1,8 geht man von einer Ionenbindung aus. Diese besteht zwischen einem Anion (negativ geladen) und einem Kation (positiv geladen). Es sind immer genauso viele negative wie positive Ladungen vorhanden, sodass Ionenver-bindungen nach außen hin neutral sind. Ionenverbindungen haben aufgrund ihrer starken inneren Anziehungskraft hohe Schmelz- und Siedepunkte und sind im festen Zustand hart und spröde. Verbindungen aus Ionen bezeichnet man auch als Salze.

Wie sind Ionen aufgebaut? – Das Bohr’sche AtommodellDen Aufbau von Ionen kann man mithilfe des Bohr’schen Atommodells darstellen. Das Bohr’sche Atommodell wurde 1913 von Niels Bohr, einem dänischen Physiker, als Optimierung des Rutherfordschen Atommodells entwickelt. Das Modell nimmt einen positiv geladenen Atomkern an, um den auf festgelegten Kreisbahnen die Elektronen kreisen. Die Kreisbahnen werden auch als Schalen bezeichnet. Daher wird dieses Modell auch Schalenmodell genannt. Die Schalen werden nach steigender Energie mit zunehmendem Abstand vom Atomkern mit den Buchstaben K, L, M, N, O, P und Q bezeichnet. In der K-Schale können sich maximal 2 Elektronen aufhalten, während sich in der L-Schale 8 und in der M-Schale 18 Elektronen befin-den können. Die Elektronen, die sich in der äußeren Schale eines Atoms befinden, nennt man Außenelektronen. Die Besetzung der Schalen erfolgt von innen nach außen und ergibt sich aus der Anzahl der Protonen im Kern.

Mithilfe des Bohr‘schen Atommodells kann der Aufbau von Ionen und ihren Verbindungen chemisch verständlich erklärt werden. Wichtig ist, den Schülern zu vermitteln, dass es sich hierbei jedoch lediglich um ein Modell zur Veranschaulichung handelt und sich Elektronen nicht tatsächlich auf festgelegten Bahnen bewegen.

Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung

Voraussetzungen der LerngruppeDie Unterrichtseinheit setzt voraus, dass Ihre Schülerinnen und Schüler* bereits das Atom-modell von Dalton kennen und verschiedene Versuche zum Thema „Stoffeigenschaften“ durchgeführt haben. Sie sollten die verschiedenen Stoffeigenschaften Löslichkeit, Schmelz-temperatur und Leitfähigkeit kennen und mit den Sicherheitsmaßnahmen beim Experimen-tieren vertraut sein. Es ist von Vorteil, wenn die Schüler zuvor bereits einmal eigene Versuche geplant haben.

* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet.

Aufbau der UnterrichtseinheitDer Einstieg in die Einheit erfolgt mithilfe einer vom Lehrer gestellten Eingangsfrage, an die sich der Forscherauftrag M 1 anschließt, der die Schüler vor die Aufgabe stellt, sich genauer mit dem im Alltag oft verwendeten Kochsalz zu beschäftigen. Die Arbeitsphase während des Forscherauftrags erfolgt in Gruppen mit nummerierten Köpfen (M 2). Die Schüler entwickeln eigene Versuche, um die Eigenschaften von Kochsalz zu bestimmen. Die Versuchsplanungen werden fachgerecht in Protokollen dokumentiert. Sollten die Schüler Probleme beim Verfas-sen von Protokollen haben, unterstützt sie Versuchsprotokoll M 3. Nach der ersten Stun-de werden die Versuchsergebnisse gesichert. Die Schüler erhalten das Arbeitsblatt M 4 zur Ionenbindung, welches entweder als Hausaufgabe bearbeitet wird oder den Einstieg in die 2. Stunde bietet.

In Stunde 2 werten die Schüler ihre Versuche mithilfe von Arbeitsblatt M 4 aus. Nachdem die Ergebnisse im Plenum besprochen wurden, wird Arbeitsblatt M 5 mit der DAB-Arbeitsphase (Denken, Austauschen, Besprechen) behandelt.

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Führen Sie als Einstieg in Stunde 3 die Elektrolyse von Zinkiodid als Lehrerversuch durch. Mit diesem Versuch zeigen Sie, dass die Ionen bei einer Elektrolyse tatsächlich wandern. Im An-schluss setzen sich die Schüler in einem Lerntempoduett mit den Arbeitsblättern M 6 und M 7 auseinander. Sie bearbeiten Übungsaufgaben, die dann im Plenum verglichen und bespro-chen werden. Anschließend erhalten die Schüler Arbeitsblatt M 8, welches sie selbstständig bearbeiten. Sollten sie damit nicht fertig werden, wird der Rest als Hausaufgabe aufgegeben.

In Stunde 4 vergleichen Sie gegebenenfalls die Hausaufgaben und klären abschließende Fragen. Dann wird die Lernerfolgskontrolle M 9 entweder als Test oder als Selbstkontrolle geschrieben. Sollte M 9 als Selbstkontrolle eingesetzt werden, steht den Lernenden der Ein-schätzungsbogen M 10 zur Verfügung, mit dem sie ihren Wissensstand einschätzen können.

Mit den Arbeitsblättern M 7 und M 8 bekommen die Schüler die Chance, einige Übungen zu den Themen „Ionenbindung“ und „Bohr‘sches Atommodell“ durchzuführen.

Als Abschluss der Einheit wiederholen die Schüler mithilfe von Lernerfolgskontrolle M 9 die wichtigsten Erkenntnisse dieser Unterrichtseinheit.

Üben

Angebote zur DifferenzierungForscherauftrag M 1 ist binnendifferenziert angelegt, da die Schüler eigenständig Versuche planen und durchführen. Leistungsstarke Schüler entwickeln in der Regel komplexere Versu-che und führen mehr als einen Versuch in der vorgegebenen Zeit durch. Versuchsprotokoll M 3 erleichtert das Erstellen und Strukturieren des Versuchsprotokolls. Während der Erarbei-tungsphase können sich die Schüler gegenseitig unterstützen. Die Arbeitsblätter M 4–M 8 sind durch die eingesetzten kooperativen Lernformen (DAB, Lerntempoduett) ebenfalls bin-nendifferenziert: Es sind verschiedene Aufgaben mit erhöhter Schwierigkeit vorhanden. Wei-terhin kann differenziert werden, indem leistungsstarke Schüler die Hausaufgaben bereits im Unterricht bearbeiten.

Ideen für die weitere ArbeitIm Anschluss an diese Unterrichtseinheit eignet sich das Thema „Säuren und ihre Salze“, das an das in dieser Unterrichtseinheit erlangte Wissen anknüpft. Es könnte z. B. ein Stationen-lernen zu fünf wichtigen Säuren, ihren Salzen und deren Verwendung im Alltag durchgeführt werden. Daran anschließend könnten die Themen „Laugen“ und „Neutralisation“ behandelt werden.

Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler

Die Schüler ...

• können die Eigenschaften von Kochsalz nennen.

• sind in der Lage, die Ladungen der Teilchen in Ionenbindungen anzugeben und Reaktions-gleichungen aufzustellen.

• können Atome und Ionen mit dem Bohr’schen Atommodell darstellen.

• können ein Experiment planen und selbstständig durchführen.

• können ihre Planung und ihre Vorgehensweise in einem Protokoll dokumentieren.

• können argumentieren, warum es lebensgefährlich ist, einen laufenden Föhn in die Bade-wanne zu werfen.

• sind in der Lage, sich themenbezogen und sachgerecht über ihre Ideen in der Gruppe aus-zutauschen.

• können eine Aufgabe im Team lösen.

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Medientipps

FilmeAtombau & Atommodelle, DVD, ca. 28 min, 2010, FWU-Nr. 4663742 Der Film erklärt knapp und gut verständlich die verschiedenen Atommodelle. Für die-

se Unterrichtseinheit eignet sich der Beginn des Teils „Atome und Isotope“ (7:50 min) und der Teil „Das Schalenmodell“ (7:10 min), in denen die Atommodelle von Ruther-ford und Bohr thematisiert werden. Der Film ist im Internet unter folgender Adresse zu erwerben: www.gida.de/shop/Chemie/Atombau-Atommodelle-Sek-I-7-9.html

Internetadressenwww.chemgapedia.de In diesem Online-Lexikon zur Chemie finden Sie unter den entsprechenden Suchbe-

griffen theoretische Grundlagen zum Aufbau von Ionen und ihrer Anordnung im Io-nengitter. Die Website ist oft kompliziert geschrieben und dient daher eher zur Infor-mation der Lehrkraft.

www.wdr.de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2011/0925/badewanne.jsp Rund 6-minütiger Kurzfilm mit dem Experiment „Föhn in der Badewanne“, den Sie

Ihren Schülern zur Besprechung von Arbeitsblatt M 5 zeigen können.

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Die Einheit im Überblick

·V = Vorbereitung SV = Schülerversuch AB = Arbeitsblatt·D = Durchführung LV = Lehrerversuch LEK = LernerfolgskontrolleVP = Versuchsprotokoll FO = Folie = Zusatzmaterial auf CD

Stunde 1: Kochsalz genauer betrachtet

M 1 (SV) Forscherauftrag – Kochsalz genauer betrachtet

· V: 10 min

· D: 30 min

* Exemplar(e) pro Gruppe

4 Schutzbrillen*Natriumchlorid (feinkörnig)destilliertes Wasser1 Salzkristall (groß)*Glucose2–3 Bechergläser*1 Lupe*1 Gasbrenner*1 feuerfeste Unterlage*1 Tiegelzange*

2 Elektroden*2 Kabel*1 Glühbirne mit Sockel*1 Stromquelle*1 Porzellanschale*1 Multimeter*1 Waage*2. Lösungsmittel (z. B. Ethanol)1 Thermometer*1 Dreifuß*

M 2 (AB) Wir arbeiten im Team – nummerierte Köpfe

M 3 (VP) Versuchsprotokoll: Kochsalz genauer betrachtet

Stunden 2: Was das Salz zusammenhält – die Ionenbindung

M 4 (AB) Was das Salz zusammenhält – die Ionenbindung

M 5 (SV) Tod durch Badesalz?

(FO) Kopiervorlage Elektolyse (zur Besprechung von M 5)

Stunde 3: Positiv oder negativ? – Ionen genauer betrachtet

LV Elektrolyse von Zinkiodid

· V: 5 min

· D: 5 min

2 Elektroden1 StromquelleZinkiodidlösung

1 U-Rohr2 Kabel

M 6 (AB) Was hat das Periodensystem mit der Ionenbindung zu tun?

M 7 (AB) Übung macht den Meister! – Die Ionenbindung

Stunden 4: Schalenmodell und Lernerfolgskontrolle

M 8 (AB) Elektronen haben einen bestimmten Platz! – Das Schalenmodell nach Bohr

(FO) Kopiervorlage Schalenmodell (zur Besprechung von M 8)

M 9 (LEK) Jetzt weiß ich’s! – Die Ionenbindung

M 10 (AB) Selbsteinschätzungsbogen zum Test

MinimalplanWenn die Zeit knapp ist, können Sie die Einheit auf 2–3 Stunden begrenzen. Händigen Sie dann Versuchsprotokoll M 3 allen Schülern aus und geben Sie die Arbeitsblätter M 4 und M 8 als Hausaufgabe auf. Arbeitsblatt M 5 entfällt.

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