Arbeitsblatt: Unterrichtseinheitsplanung

UnterrichtseinheitsPlanung Chemische Reaktionen Eine UEP für das BWP von: Marco Gsell Gassäckerstrasse 5 5618 Bettwil Eingereicht am 16.12.2009 bei: Kurt Baumann Pädagogische Hochschule FHNW Institut Sek 1 Küttigerstrasse 42 5000 Aarau Inhaltsverzeichnis INHALTSVERZEICHNIS.2 1 BEDINGUNGEN.4 Schüler und Schülerinnen 4 Lehrplan 6 Situation 7 2 THEMATIK.8 Einführung8 Grundlagen.8 Energie9 Reaktionsgeschwindigkeit10 Reaktionstypen.12 Chemisches Gleichgewicht13 3 DIDAKTISCHE ANALYSE.14 Exemplarische Bedeutung 14 Gegenwartsbedeutung 14 Zukunftsbedeutung 15 Struktur des Inhaltes 15 Unterrichtliche Zugänglichkeit 15 4 LERNZIELE16 Kognitive Lernziele 16 Affektive Lernziele 16 Psycho-motorische Lernziele 17 5 INSZENIERUNG18 Lektion 1 18 Lektion 2 18 Lektion 3 18 Lektion 4 18 Lektion 5 18 2 Lektion 6 18 6 GEFAHREN.20 QUELLENVERZEICHNIS.22 3 1 Bedingungen Schüler und Schülerinnen Die zu unterrichtende Klasse ist eine Realschulklasse im neunten Schuljahr. Die Klasse zählt 16 Schüler mit acht Schülerinnen und acht Schülern. Die Schulklasse zeigt eine sehr heterogene Zusammensetzung. Dies sowohl in der schulischen Leistung, als auch in der Motivation. Die Klasse hat Schüler, bzw. Schülerinnen, die motiviert sind neues zu entdecken und so auch dazu zu lernen. Auf der anderen Seite enthält die Klasse aber auch Schüler und Schülerinnen, denen die Schule mehr oder weniger egal ist. Bei diesen Schülern und Schülerinnen wird es schwierig sein, sie auf einer intrinsischen Ebene zu motivieren. Ein häufiges Problem stellt die Pünktlichkeit dar. Viele der Lernenden, speziell in der männlichen Hälfte, neigen dazu, die Grenzen bezüglich der Pünktlichkeit hinauszuschieben. Die Klasse hat vor der Mittwochsstunde Sportunterricht. Dies wird vielfach als Grund verwendet um eben das spätere Erscheinen im Chemieunterricht zu erklären. Die Sportlehrperson bestätigt aber vermehrt ein pünktliches Beenden deren Lektion. Ich muss während dem Unterrichten darauf achten, dass die Schüler und Schülerinnen in allen Situationen rund um den Unterricht eine angemessene Sprache beibehalten. Mir ist aufgefallen, dass gewisse Personen dazu neigen auf eine eher freche Art und Weise zu antworten. Die Schüler und Schülerinnen sind sich gewohnt im Team zu arbeiten. Sie führten mehrmals Experimente zu zweit durch. Auch ist es ihnen vertraut, Experimente zu beschreiben. Nicht immer gelingt ihnen aber das Unterscheiden zwischen Beobachtungen und Interpretationen. Diesen Punkt werde ich während den drei Wochen versuchen zu beachten. Die Schüler und Schülerinnen wissen Grundsätzlich was eine chemische Reaktion ist. Sie kennen den Unterschied zwischen einer chemischen und einer physikalischen Umwandlung. Sie kennen auch die beiden Begriffe der Synthese und der Analyse. Neu sein werden aber Begriffe wie exotherme, resp. endotherme Reaktionen, Reaktionsgeschwindigkeiten, Katalysator oder der Aktivierungsenergie. 4 Bereits behandelte Themen der Klasse im Schulfach Chemie: Die Bedeutung der Chemie Den Unterschied von physikalischen und chemischen Vorgängen Definition einer Mischung, einer Verbindung, eines Reinstoffes und eines Elements Fraktioniermethoden Verschiedene Aggregatzustände Die Analyse und die Synthese Das Periodensystem Kugelwolkemodell (jedoch nur eingeführt; ist noch nicht gefestigt) 5 Lehrplan Im Lehrplan werden folgende Punkte verlangt: Verschiedene Arbeitsvorgänge und Fragen stellen Medien für das eigenständige Vermutungen äussern Erforschen der belebten und der Erleben unbelebten Natur kennen und in Beobachten einfachen Experimenten anwenden. Experimentieren Protokollieren Die Begriffe Erfahrungen, und Erkenntnisse, Zusammenhänge in Sammeln, vergleichen, messen, ordnen Handhabung von Arbeitsmitteln geeigneter Form darstellen. Geräten Wichtige chemische Eigenschaften von ReineStoffe, Stoffgemische organischen Aggregatzustände und anorganischen und kennen lernen Stoffumwandlungen: Säure-Basen-Reaktionen,Salze Redox-Reaktionen Der Lehrplan gibt sehr wenig Auskunft über den zu behandelnden Stoff. Für die Unterrichtseinheit chemische Reaktionen ist nichts direkt vorgegeben. Ich werde dem ersten Teil zu Arbeitsvorgängen und Medien aber Beachtung schenken und werde versuchen die Schüler und Schülerinnen zum erleben, beobachten, experimentieren, protokollieren, etc. zu motivieren. 6 Situation Die Unterrichtseinheit behandelt chemische Reaktionen während 6 Einzellektionen. Alle Lektionen finden vormittags statt, das heisst die Lektionen würden 45 Minuten dauern. Zwischen der Lehrperson und den Lernenden besteht die Vereinbahrung, dass die Lektion jeweils fünf Minuten später beginnt. Dies aufgrund vorgehender Lektionen (Sportunterricht). Der Unterricht findet in einem speziellen Physik/Chemiezimmer statt. Das Zimmer ist im Parterre des Gebäudes 2. Das Zimmer hat 36 Arbeitsplätze und somit mehr als doppelt so viele als die Anzahl Schüler und Schülerinnen der Klasse. Das Zimmer ist mit einer Wandtafel, einem Hellraumprojektor und einem Fernseher mit DVD und VHS Gerät ausgestattet. Zudem hat das Zimmer eine gute Ausrüstung an Experimentiermaterial, inklusive Chemikalien. Ein Beamer ist nicht fest installiert, kann aber reserviert und ausgeliehen werden. Eine Chemiesammlung an sich ist nicht vorhanden. Alle Geräte und Chemikalien werden im Zimmer gelagert. Auf die Aufzählung aller Chemikalien und Gerätschaften werde ich an dieser Stelle verzichten. Ich werde die Zugänglichkeit zu den Materialen für die einzelnen Versuche separat prüfen. Der Klasse steht ein Klassensatz an Chemiebüchern zur Verfügung. Das vorhandene Chemiebuch ist: Frühauf, Dieter; Teen, Hans (2006): blickpunkt Chemie. Braunschweig: Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH. Die Klasse arbeitet aber selten mit dem Schulbuch. Die Ergebnissicherung geschieht über ein Skript. Die Klasse führt kein Theorieheft oder ähnliches. 7 2 Thematik Einführung Die Menschheit begann im Mittelalter mit chemischen Elementen systematisch zu experimentieren. Damals versuchte man hauptsächlich aus unedlen Metallen Gold zu erhalten. Diese Epoche der Chemie nannte man Alchemie. Zu jener Zeit wusste man noch kaum etwas über den Aufbau von Stoffen. So wurden aus heutiger Sicht seltsame Versuche unternommen, um Stoffe umzuwandeln. Je mehr die Menschheit über den Aufbau von Materialien lernten, desto genauer und zielgerichteter konnten sie experimentieren. So erkannte man, dass alle Materialien aus einer mehr oder weniger kleinen Menge an Elmenten bestehen. Später erkannte man dann auch, dass diese Elemente nicht die kleinsten Teilchen sind. Man fand Atomkerne (mit Protonen und Neutronen) und Atomhüllen (mit Elektronen). Mit der weiteren Erforschung dieser Elemente konnte man Gesetzmässigkeiten entdecken. So konnte man nach und nach immer mehr chemische Stoffe künstlich herstellen. Die heutige chemische Industrie hat als Hauptaufgabe, aus bestimmten (meist leicht gewinnbaren) Stoffe ein gewünschtes Produkt zu erhalten. Grundlagen Eine chemische Reaktion ist eine Umwandlung eines oder mehreren Stoffen. Dabei unterscheiden sich chemische Reaktionen von physikalischen Reaktionen. Bei chemischen Reaktionen werden die Stoffe ineinander umgewandelt. Es findet also eine Veränderung der Grundstruktur oder genauer gesagt: Der Stoff vor der Reaktion hat eine andere atomare Struktur als der Stoff nach der Reaktion. Wichtig ist aber, dass alle chemischen Reaktionen von physikalischen Veränderungen begleitet werden. Sei dies durch eine Farbänderung, durch die Aufnahme oder die Abgabe von Energie oder der häufigen Änderung des Aggregatzustandes. Bei der Unterscheidung zwischen chemischen und physikalischen Vorgängen ist Vorsicht geboten. Folgende beiden Beispiele sollen dies veranschaulichen1: Die Auflösung von Natrium in verflüssigtem Ammoniakgas gilt als chemische Reaktion, da sich die Flüssigkeit blau färbt. Nach dem Eindampfen der blauen Flüssigkeit bleibt jedoch wieder Natrium übrig und nicht wie im Fall einer chemischen Reaktion zu erwarten wäre irgendeine Verbindung aus Natrium und Stickstoff. 1 Aus: (08.12.2009) 8 Die Auflösung von Kochsalz (Natriumchlorid) in Wasser wird häufig als physikalischer Lösevorgang eines Salzes bezeichnet. Die Flüssigkeit erfährt keine Veränderung in der Farbe, jedoch ändern sich deren Eigenschaften z. B. ist die Leitfähigkeit für Elektrizität in einer wässrigen Natriumchlorid-Lösung wesentlich höher als in reinem Wasser. Es werden unter Energieumsatz Ionenbindungen zerstört und Hydrathüllen erzeugt. Daher kann dieser Vorgang streng genommen ebenfalls den chemischen Reaktionen zugeordnet werden. Nach Eindampfen der Flüssigkeit liegt wieder Kochsalz vor. Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion werden Edukte genannt. Die Endstoffe heissen Produkte. Energie Bei einer chemischen Reaktion findet immer ein Austausch an Energie statt. Grundsätzlich existieren zwei unterschiedliche Varianten, endotherme Reaktionen und exotherme Reaktionen. Bei einer endothermen Reaktion wird Energie aus der Umgebung aufgenommen. Bei einer exothermen Reaktion gibt die Reaktion Energie an die Umgebung ab. Anders ausgedrückt heisst dies, dass bei einer exothermen Reaktion die Produkte weniger Energie besitzen als die dazugehörenden Edukte. Der Begriff Energie wird hier sehr allgemein verwendet. Es kann sich also um thermische, elektrische, mechanische oder um Photoenergie handeln. Beispiel für eine endotherme Reaktion: Kupferacetat Kupfer und Essigsäure Beispiel für eine exotherme Reaktion: Eisen Schwefel Eisensulfid Eine chemische Reaktion läuft selten von alleine an. Für jede Reaktion benötigt man eine so genannte Aktivierungsenergie. Den Edukten muss also immer zuerst eine bestimmte Menge an Energie zugefügt werden, damit sie ablaufen kann. Die Aktivierungsenergie ist von Edukt zu Edukt unterschiedlich. Reaktionen die sofort beginnen nennt man spontane Reaktionen. Bei spontanen Reaktionen ist die Aktivierungsenergie sehr klein. Es kann reichen, wenn man zwei Edukte zusammen giesst, dass diese mechanische Energie als Aktivierungsenergie ausreicht. Auch kann die Raumtemperatur als Aktivierungsenergie reichen. Exotherme und endotherme Reaktionen benötigen diese Aktivierungsenergie. Der Unterschied liegt 9 allerdings nach dem überwinden der Aktivierungsenergie. Die exotherme Reaktion läuft nach dem Zugeben der Aktivierungsenergie von selbst weiter und gibt fortlaufend Energie an die Umgebung ab. Die endotherme Reaktion stoppt allerdings mit dem Beenden der Energiezufuhr. Sie läuft nur solange weiter, als sie auch Energie von der Umgebung erhält. Reaktionsgeschwindigkeit Jede chemische Reaktion zeigt eine bestimmte Reaktionsgeschwindigkeit. Das heisst, es werden nicht immer genau gleich viele Teilchen pro Zeit umgesetzt. Es gibt verschiedene Faktoren, welche die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen: Verteilungsgrad Temperatur Konzentration Katalysatoren Der Verteilungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der Masse und der Oberfläche an. Je kleiner die Eduktteilchen sind, desto eine grössere Oberfläche besitzen diese im Vergleich zu deren Menge. Faustregel: Je feiner der der Stoff vorliegt, desto schneller reagiert er. Denn je grösser die Oberfläche ist, desto mehr Angriffspunkte haben die Mitreaktanden. Auch die Temperatur spielt eine wichtige Rolle bei der Geschwindigkeit einer Reaktion. Die Vant Hoffsche Regel besagt, dass bei einer Erhöhung der Temperatur um zehn Kelvin die Geschwindigkeit der Reaktion um das zwei bis vier fache zunimmt. Es existieren aber je länger desto mehr Ausnahmen. So wurden bereits komplexe Reaktionen gefunden, die mit einer höheren Temperatur eine kleinere Reaktionsgeschwindigkeit zeigten. Für die meisten und gängigsten Reaktionen kann die Vant Hoffsche Regel (auch bekannt unter dem Namen RGT-Regel) aber angewendet werden. Je grösser eine Konzentration der Edukte vorliegt, desto schneller reagieren diese. Dies ist mit der Bewegung der Teilchen zu erklären. Zwei Edukte reagieren nur dann zu einem Produkt, wenn diese aufeinander treffen. Wenn nun nur wenige Edukte in einer Lösnung vorhanden sind, so ist die Wahrscheinlichkeit relativ klein, dass diese aufeinander treffen. Sind jedoch viele Edukte enthalten, so kommt es viel häufiger zu einem Zusammenprall und es können pro Zeit mehr Produkte entstehen. Ein Katalysator ist ein Stoff, den man zusätzlich den Edukten beigibt. Durch die Anwesenheit eines Katalysators wird die Aktivierungsenergie herabgesetzt. Durch das Herabsetzen der 10 Aktivierungsenergie verläuft eine chemische Reaktion schneller, obwohl man nichts an den Bedingungen (Temperatur, Verteilungsgrad, Konzentration) verändert hat. Damit man von einem Katalysator reden kann sind folgende Punkte vom Katalysator zu erfüllen2: Mit Ausnahme des zugesetzten Katalysators sind die Edukte und die Produkte der Reaktion die gleichen, wie bei der nichtkatalysierten Reaktion. Anfangs- und Endzustand der Reaktion bleiben also unbeeinflusst. Die Reaktion schlägt bei Anwesenheit des Katalysators einen mechanistischen Umweg ein. Die einzelnen Schritte dieses Umwegs benötigen aber alle weniger Aktivierungsenergie als die Umsetzung ohne Anwesenheit des Katalysators. Damit wird insgesamt die Aktivierungsenergie gesenkt, was einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit gleichkommt. Obwohl der Katalysator am Reaktionsgeschehen mitmischt und zwischenzeitlich weg reagiert, liegt er aber am Ende der Reaktion wieder in seiner ursprünglichen Form vor. Deswegen sind nur kleine Mengen des Katalysatorstoffes notwendig. Denn der Katalysator kann nach einer Reaktion mit Edukten wieder mit weiteren Edukten reagieren. Katalysatoren besitzen eine riesige Bedeutung in der Industrie. Dank ihrer Hilfe können Reaktionen bei Temperaturen in Gang gesetzt werden, bei denen die Reaktionsgeschwindigkeit normalerweise viel zu klein wäre. Damit kann Energie eingespart werden. Das in letzter Zeit wohl bekannteste Beispiel eines Katalysators stellt der AutoabgasKatalysator dar. In diesem Fall werden Reaktionen beschleunigt, die aus schädlichen Abgasen praktisch unschädliche andere Stoffe erzeugen. Die entsprechenden Reaktionen würden im Prinzip spontan ablaufen, nur reicht die im Auspuff vorliegende Temperatur nicht aus, um eine genügend hohe Reaktionsgeschwindigkeit zu erzielen. In der Umgebungsluft, wo die Temperaturen noch tiefer liegen, gilt dies erst recht. Daher zwingt man die Abgase im noch heissen Auspuffrohr, durch den Autokatalysator zu strömen. 2 Aus Skript von Herrn P. Müller aus Chemieunterricht Kantonsschule Wohlen (2004) 11 Reaktionstypen Synthese: Zwei Edukte verbinden sich zu einem Edukt. XY Ein Spezialfall stellt die Dimerisierung dar. Hier sind die beiden Edukte identisch. Xd Analyse: Ein Edukt teilt sich in mehrere Produkte. XY Einfache Umsetzung: Eine Verbindung reagiert mit einem Element zu einem neuen Element und einer neuen Verbindung. XY Z XZ Y Doppelte Umsetzung: Zwei Verbindungen bilden durch eine Reaktion zwei neue Verbindungen. WX YZ WY XZ Kondensation: Zwei Edukte reagieren so miteinander, dass Wasser freigesetzt wird. XH YOH XY H 2 Hydrolyse: Ein Edukt regiert mit Wasser zu zwei Produkten. XY H 2 XH YOH 12 Chemisches Gleichgewicht Eine chemische Reaktion läuft nicht immer vollständig durch, bis alle Edukte aufgebraucht sind. Auch bei einer exothermen Reaktion ist dies nicht immer der Fall. Eine Reaktion kann stoppen wenn ihr chemisches Gleichgewicht erreicht ist. Dies ist mit der Rückreaktion der Produkte zu den Edukten zu erklären. Eine Reaktion kann auch rückwärts laufen. Eine solche Reaktion nennt man reversible Reaktion. Mit dem Massenwirkungsgesetz berechnet man die Gleichgewichtskonstante. Dazu benötigt man die stöchiometrischen Koeffizienten und die Konzentration der Edukte und der Produkte der Reaktion. Allgemeine Reaktion: aX bY cXY c XY K Gleichgewichtskoeffizient: c X b (Y Ist grösser als 1 liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Produkte (XY). Das heisst es existieren beim Gleichgewichtszustand prozentual mehr Produkte als Edukte. Ist kleiner als 1 liegt das Gleichgewicht auf der Seite der Edukte. Wenn genau gleich 1 so liegt das Gleichgewicht genau in der Mitte. 13 3 Didaktische Analyse Exemplarische Bedeutung Chemische Reaktionen bilden die Grundlage der modernen Chemie. Kaum ein Teilgebiet der Chemie kommt ohne chemische Reaktionen aus. Die Unterrichtseinheit soll bei den Lernenden den Blick einerseits für die Errungenschaften der Chemie und anderseits für die Chancen der Chemie öffnen. Die Chemie, insbesondere chemische Reaktionen, sind ein Teilgebiet der Naturwissenschaften, welches noch sehr viel Potential besitzt. Mit Hilfe von chemischen Reaktionen, ich denke speziell auch an Katalysatoren, können in Zukunft eventuell grosse Probleme der Menschheit angegangen und gelöst werden. Als Beispiel wäre die Klimaerwärmung zu nennen. Es könnten neue und saubere Methoden entwickelt werden zur Energiegewinnung. Nicht zuletzt bieten chemische Reaktionen einen guten Einblick in die fast Grenzenlose Schönheit der Natur. Hier bieten sich chemische Versuche mit Farben an, wie zum Beispiel der chemische Garten (Metallchloride werden in ein Natriumsilikat/Wasser Gemisch gegeben). Gegenwartsbedeutung Chemische Reaktionen sind in der Erfahrungswelt der Lernenden allgegenwärtig. Sei es bei einer Vitaminbrausetablette, beim Anzünden eines Feuers oder beim Haare waschen mit einem Shampoo. Schüler und Schülerinnen begegnen chemischen Reaktionen meist unbewusst. Ziel dieser Unterrichtseinheit soll es sein, die Lernenden auf solche Reaktionen aufmerksam zu machen. Die Chemie spielt in der heutigen Welt eine grosse Rolle. Ohne die Chemie wären viele alltägliche Dinge nicht vorhanden (Bsp. Kunststoff). Schüler und Schülerinnen sollen dies erkennen und zu schätzen wissen. Ein wichtiger Punkt ist die Thematik rund um Reaktionsgeschwindigkeiten. Meist sind sich Schüler und Schülerinnen nicht bewusst, dass harmlose Reaktionen unter bestimmten umständen sehr gefährlich werden können. Als Beispiel möchte ich hier die Staubexplosion von Mehl anfügen. Es ist wichtig, dass die Lernenden solche Mechanismen verstehen, um sich nicht ahnungslos einer Gefahr auszusetzen. 14 Zukunftsbedeutung Wie bereits in der exemplarischen Bedeutung angetönt sind chemische Reaktionen für die Chemie sehr Grundlegend. Für ein weiteres vertieftes Chemieverständnis ist dieses Thema enorm wichtig. Themen wie Säuren und Basen oder Redox basieren auf diesem Wissen. Da die Chemie in unserer Gesellschaft immer wichtiger wird, ist ein grundlegendes Chemieverständnis wichtig. Chemische Kenntnisse zählen heute zu einer soliden Allgemeinbildung. In vielen Berufen werden chemische Kenntnisse vorausgesetzt oder sind zumindest hilfreich. Struktur des Inhaltes Der Inhalt soll so strukturiert sein, dass die Komplexität des Stoffes im Laufe der Zeit zunimmt. Beginnen werde ich mit der Aktivierungsenergie. Die Aktivierungsenergie ist Voraussetzung für jede chemische Reaktion. Anschliessend werde ich die chemischen Reaktionen in zwei grundlegende Typen teilen. Diese werden die exothermen und endothermen Reaktionen sein. Die Schüler und Schülerinnen sollen hier durch Experimente selber herausfinden, was den eigentlichen Unterschied der beiden Typen darstellt. Nach den Grundlagen werde ich genauer auf die Geschwindigkeit von chemischen Reaktionen eingehen. Die Schüler werden sich vier verschiedene Parameter erarbeiten, welche die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen. Diese werden die Temperatur, der Verteilungsgrad, die Konzentration und die Anwesenheit von Katalysatoren sein. In der letzten Stunde werde ich einen Kurztest schreiben lassen, um den Lerngewinn zu evaluieren. Unterrichtliche Zugänglichkeit Die Theorie wird mit verschiedenen Medien, wie Hellraumprojektor, Wandtafel und eventuell Beamer unterstützt. Experimente spielen eine zentrale Rolle bei der Erarbeitung der Thematik. Es werden zum einen Demonstrationsexperimente gezeigt und zum anderen sollen die Schüler und Schülerinnen selbständig viele Experimente selber durchführen. Die Versuche sind teilweise sehr schön und sollen so auch auf einer visuellen Ebene motivieren. Hinweise zu vergleichbaren Reaktionen im alltäglichen Umfeld sollen die Schüler und Schülerinnen zusätzlich motivieren. 15 4 Lernziele Kognitive Lernziele Die Schüler und Schülerinnen kennen folgende Begriffe: Aktivierungsenergie, exotherme Reaktion, endotherme Reaktion, Reaktionsgeschwindigkeit, Konzentration, Verteilungsgrad, Katalysator. Die Schüler und Schülerinnen können die oben genannten Begriffe selbständig und in eigenen Worten kurz erklären. Die Schüler und Schülerinnen üben das möglichst exakte definieren von Begriffen. Die Schüler und Schülerinnen sind sich bewusst, dass in der alltäglichen Umwelt viele chemische Reaktionen ablaufen. Die Schüler und Schülerinnen werden sich bewusst, dass chemische Reaktionen gefährlich sein können. Die Schüler und Schülerinnen verstehen ein einfaches Energiediagramm einer chemischen Reaktion. Die Schüler und Schülerinnen können ein Energiediagramm einer exothermen Reaktion auf eine endotherme Reaktion anpassen. Die Schüler und Schülerinnen können erklären, weshalb eine Reaktion unterschiedlich schnell ablaufen kann. Die Schüler und Schülerinnen kennen die vier Parameter zur Reaktionsgeschwindigkeit. Die Schüler und Schülerinnen lernen eine Unterrichtseinheit zu bewerten. Die Schüler und Schülerinnen lernen ihre eigene Aktivität im Unterricht einzuschätzen. Affektive Lernziele Die Schüler und Schülerinnen folgen aktiv dem Unterricht. Die Schüler und Schülerinnen interessieren sich für chemische Gegebenheiten, insbesondere für chemische Reaktionen. Die Schüler und Schülerinnen hinterfragen auftretende Probleme oder Konflikte in Bezug auf die Chemie. Die Schüler und Schülerinnen bringen Drittpersonen zum Nachdenken über Phänomene der Chemie. Das Verstehen der chemischen Umwelt der Schüler und Schülerinnen wird als wesentlicher Wert im Leben angesehen. 16 Psycho-motorische Lernziele Die Schüler und Schülerinnen können einfache chemische Versuche mit Hilfe einer Anleitung selbständig durchführen. Die Schüler und Schülerinnen sind können mit Chemikalien vorsichtig umgehen. Die Schüler und Schülerinnen sind fähig, Chemikalien genau abzuwägen. Die Schüler und Schülerinnen sind in der Lage ruhig und konzentriert zu arbeiten. Die Schüler und Schülerinnen können alleine und im Team arbeiten. 17 5 Inszenierung Lektion 1 Brainstorming: Wo sind euch chemische Reaktionen bereits begegnet? Demoexperiment: Indikator Farbspiele. Falls das Material noch aufgetrieben werden kann, wäre der chemische Springbrunnen ein schönes Experiment. Schüler Experiment vorbereiten: chemischer Garten. Lektion 2 Betrachtung und Vergleich der chemischen Gärten Aktivierungsenergie: Experiment: Knallgas Theorie: Aktivierungsenergie Demoexperiment: Exotherme Reaktion: Gummibärchen Hölle Lektion 3 Schülerexperiment: Endotherme Reaktion: Kupferacetat Kupfer Essigsäure Theorie: Exotherme und Endotherme Reaktion Lektion 4 Einführung Reaktionsgeschwindigkeit: Demo Experimente: Pharao Schlange Beispiel eher langsamen Reaktion Zink/Schwefel Synthese Beispiel schnellen Reaktion Schülerexperiment zur Temperatur: Eisenchlorid und Natriumthiosulfat in Wärmebädern (Schülerexperiment zum Verteilungsgrad: Brausetablette lösen grob/fein) Je nach Zeit Lektion 5 Schülerexperiment zur Konzentration: Zinkspäne und Salzsäure Wasserstoff und Zinkchlorid Demoexperiment zu Katalysatoren: Zersetzung von Kaliumchlorat mit und ohne Mangandioxid Theorieeintrag zur Reaktionsgeschwindigkeit Lektion 6 Kurztest: Chemische Reaktionen 18 Besprechung des Testes Evaluation der Unterrichtseinheit 19 6 Gefahren Das hantieren mit Chemikalien kann gefährlich sein. Wie bereits in den Lernzielen angedeutet, wird es ein wichtiges Ziel sein, die Schüler und Schülerinnen auf solche Gefahren hin zu weisen. Schüler und Schülerinnen sollen erkennen, dass chemische Experimente nur unter Aufsicht durchgeführt werden dürfen und auch dann nur mit grosser Vorsicht. Im Folgenden werde ich die zentralen Gefahren der einzelnen Versuche auflisten. Indikator Farbspiele: Die Chemikalien sind teilweise ätzend. Eine Schutzbrille ist Pflicht. Da der Versuch als Demoexperiment durchgeführt wird und die Schüler und Schülerinnen genügend Abstand zu den Chemikalien haben, ist die Schutzbrille nur für die Lehrperson zwingend. Chemischer Garten: Die meisten Chemikalien sind Gesundheitsschädlich. Eisenchlorid ist zudem ätzend. Aus diesem Grund ist das Tragen einer Schutzbrille und ein sorgfältiges Arbeiten Pflicht. Das Experiment wird über zwei Tage stehen gelassen. Die Reagenzgläser müssen also genau beschrieben werden, damit jeder auf den Inhalt schliessen kann. Knallgas: Dieser Versuch ist hoch explosiv, daher sollte das Gasgemisch mit Abstand gezündet werden. Die Lautstärke des Knalls erfordert ein Zuhalten der Ohren. Ein Gehörschutz wäre optimal. Zink/ Schwefel Synthese: Das Zink-Schwefel-Gemisch ist explosiv. Das Gemisch darf nur vorsichtig und ohne Druck gemischt und nur kleine Mengen verwendet werden. Es sollte eine Schutzbrille oder besser eine Sicherheitsscheibe aufgestellt werden. Die zündende Hand sollte mit einem feuerfesten Schutzhandschuh oder Leinentuch geschützt werden. Es können giftige Nebenprodukte entstehen (H2S), der Versuch sollte am Besten im Abzug stattfinden. Die glühenden Schwefel/Sulfid-Spritzer verursachen auf der Haut schwere Verbrennungen, daher sollte auf einen ausreichenden Sicherheitsabstand geachtet werden. Alle brennbaren Materialien müssen aus der näheren Umgebung entfernt werden. Kupferacetat Analyse: Kupferacetat ist gesundheitsschädlich. Zudem sollte vor Verbrennungen gewarnt werden. Das tragen der Schutzbrille ist Pflicht. 20 Pharao-Schlange: Die Bad Emser Pastillen werden mit Spiritus übergossen und angezündet. Es sollte darauf geachtet werden, dass sich keine brennbaren Materialien in der Nähe befinden. Eisenchlorid und Natriumthiosulfat in Wärmebädern: Die Stoffe sind gesundheitsschädlich, somit wird ein Tragen einer Schutzbrille vorausgesetzt. Für Personen mit wärmeempfindlichen Händen können 60 Grad Celsius zu heiss sein. Es könnten Stofflappen bereit gelegt werden. Zink und Salzsäure: Die Salzsäure ist ätzend. Es muss sehr vorsichtig gearbeitet werden. Eine Schutzbrille ist auch hier Pflicht. Die Salzsäuren können aber stark verdünnt werden (5% und 1%). Zersetzung von Kaliumchlorat: Kaliumchlorat ist Brand fördernd und zudem gesundheitsschädlich. Es sollten alle brennbaren Materialien entfernt werden. Auch eine Schutzbrille muss getragen werden. Man sollte sich vor Verbrennungen in Acht nehmen. 21 Quellenverzeichnis Frühauf, Dieter; Teen, Hans (2006): blickpunkt Chemie. Braunschweig: Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH. Geiger, Werner et al. (1989): Chemie für Realschulen. Berlin: Cornelsen Verlag. Kantonsschule Solothurn: (08.12.2009) Peter Müller (2004): Skript Chemieunterricht für die Maturität. Wohlen. Prof. Blumes: (09.12.2009) Wikipedia: (08.12.2009) 22