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Unterrichtsvorbereitung Vom Bildungsplan zum Unterricht Beispiel: Polyaddition Chemie Neigungsfach 13_1 Zeit: eine Doppelstunde Unterrichtsform: Team-teaching.

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1 Unterrichtsvorbereitung Vom Bildungsplan zum Unterricht Beispiel: Polyaddition Chemie Neigungsfach 13_1 Zeit: eine Doppelstunde Unterrichtsform: Team-teaching Lehrer und Praktikant wechseln sich während des Unterrichts ab Methodische und didaktische Hinweise Ziel: Hilfestellung für Unterrichtspraktikanten wie man Chemie-Unterricht vorbereiten kann

2 Bildungsplan: Polyaddition Bei der Behandlung von Kunststoffen lernen die Schülerinnen und Schüler Stoffe mit großer Bedeutung im Alltag und in der Technik kennen. Sie verstehen, wie mit der Kenntnis des Zusammenhangs von Struktur und Eigenschaften gezielt Werkstoffe hergestellt werden können. Die Behandlung eines Reaktionsmechanismus vertieft ihr Verständnis von Reaktionsabläufen. Am Beispiel der Verwertung von Kunststoffabfällen erhalten sie Einblick in die Umweltproblematik und in einen technischen Stoffkreislauf. Prinzip der Polyaddition Herstellung eines Polyurethans Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften bei Kunststoffen Thermoplaste, Duroplaste, Elaste Vorteile und Nachteile bei der Verarbeitung und Verwendung von Kunststoffen Vergleich mit anderen Werkstoffen Tipp: in Powerpoint die Themen in Textfelder schreiben, ergänzen, sortieren und einen Unterrichtsgang finden: Wichtig: Motivation & Spannungsbogen!

3 Polyaddition Experiment: Thermisches und mechanisches Verhalten von Kunststoffproben Vorteile eines Polyurethanschaums beim Innenausbau z.B. Rohbau - Fenster (im Vergleich zu Gips) PU-Schaum verklebt Ritzen und Fugen, nach aushärten gute mechanische Bearbeitbarkeit, hervorragende Wärmedämmung (wegen Gasein- schlüssen, Gase schlechte Wärmeleiter), schnelle Aushärtung (kein Zeitverlust) geringes Gewicht Prinzip der Polyaddition Klärung der Begriffe: Isocyanat, Urethan formal Reaktionsschema Erläuterung mit Hilfe von Folien (Sandwich) Problematik: Als Treibgas bei der Herstellung von Schaumstoffen wurde früher Freon verwendet. WARUM? Problematik Schädigung der Ozonschicht durch radikalische Kettenreaktionen Herstellung eines Polyurethan-schaums durch Abspaltung von Kohlenstoffdioxid; umweltverträglichere Variante im Vergleich zum Einsatz von FCKWs Beispiel: Gliederung der einzelnen Unterrichtsbausteine, auf Motivation und Methodenwechsel achten! Unterrichts- baustein Motivation! Unterrichtsthema Experiment und Beobachtungen Herstellung eines Polyurethanschaums Vergleich des hergestellten Polyurethans mit anderen Werkstoffen Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften bei Kunststoffen Thermoplaste, Duroplaste, Elaste Vorteile und Nachteile bei der Verarbeitung und Verwendung von Kunststoffen

4 Experimente Polyurethanschaum PU-Schaum verklebt Ritzen und Fugen, keine Risse nach Aushärten gute mechanische Bearbeitbarkeit hervorragende Wärmedämmung (wegen Gaseinschlüssen, Gase schlechte Wärmeleiter) schnelle Aushärtung (kein Zeitverlust) Herstellung: Polyurethanschaum Polyurethanschaum - Vorteile z.B. beim Innenausbau Rohbau - Fenster (im Vergleich zu Gips) Beobachtungen Starke Volumenzunahme (Gasentwicklung) Erwärmung (exotherme Reaktion) zwei Komponenten mit Holzspatellöffel zusammenrühren Untersuchung der Eigenschaften des Polyurethanschaums bei Erwärmen Vergleich mit anderen Kunststoffproben Thermoplast Duroplast Elast ? Dreidimensionale Vernetzung: ERGEBNIS: Eine Komponente muss in diesem Fall mehr als zwei Verknüpfungen zur anderen Komponente ausbilden können Der hergestelle Kunststoff zeigt: keine elastischen Eigenschaften keine Erweichung bei Erhitzen Mögliche Tafelbilder

5 Bildung Urethan Additionsreaktion: ( ) R´-CH 2 -O- H R´-CH 2 -O O=C-N-CH 2 -R H O=C=N-CH 2 -R IsocyanatAlkohol Urethan methodisch Unterrichtsgespräch: Overheadprojektor: Strukturformeln der Stoffe auf verschiedenen Folien - mit Filzstift Partialladungen - Folienschieben bis es am besten passt - neue Bindungen

6 Durch Polyaddition erhält man Polyurethane Diisocyanat Mehrwertiger Alkohol (z.B. Diol) Durch Polyaddition erhält man Polyurethane Poly urethan O=C=N-CH 2 -N=C=OH-O-CH 2 -CH 2 -O-H O=C N-CH 2 -N C=O H-O-CH 2 -CH 2 -O O-CH 2 -CH 2 -O-H H H hier fadenförmiges Molekül, Thermoplast? (vgl. Eigenschaften des Reaktionsprodukts) Gasentwicklung ? Wichtig für den weiteren Unterrichtsverlauf! zu klären!!! Reaktionsschema.... Reaktionsschema als Abbildung: Lehrbuch Folie oder Arbeitsblatt

7 Thermoplaste Duroplaste.... Kunststoffe: Struktur und Eigenschaften Elastomere.... dreidimensional vernetzte Makromoleküle bei starkem Erhitzen Zersetzung ohne Verformung weitmaschig vernetzte Makromoleküle mechanische Belastung - Verformung ohne Belastung ursprüngliche Form fadenförmige Makromoleküle bei Erwärmen plastisch verformbar Abbildungen Lehrbuch, Folie oder Arbeitsblatt

8 1. Vermischen einer Komponente mit leicht flüchtigen Stoffen 60er Jahre Dichlor-difluor-methan (oder ähnlich aufgebaute FCKWs) Problematik: Schädigung der Ozonschicht durch radikalische Kettenreaktionen, FCKWs katalysieren Ozonabbau Vortrag : Schädigung der Ozonschicht durch radikalische Kettenreaktionen Material: Folie bzw. Skizze: Aufbau der Atmosphäre mit Lage der Ozonschicht (Ziel auch Wiederholung Radikalkettenmechanismus): Start: Abspaltung Chlorradikal von Freon; Fortplanzung 1: Chlorradikal + Ozon --> O 2 + ClO-Radikal; Fortplanzung 2:ClO-Radikal + Ozon --> 2O 2 + Chlorradikal Kettenabbruch:Diskussion verschiedener Möglichkeiten Gasentwicklung bei der Polyaddition

9 2. Isozyanat reagiert mit Wasser unter Kohlenstoffdioxid-Bildung Gasentwicklung bei der Polyaddition H-O-H O=C=N-CH 2 -R O=C=O N-CH 2 -R H H-O O=C N-CH 2 -R H H O H H + + methodisch Overheadprojektor: Strukturformeln der Ausgangsstoffe auf verschiedenen Folien - mit Filzstift Partialladungen - Folienschieben bis es am besten passt - neue Bindungen Amin reagiert mit Isocyanat weiter Wasserzusatz steuert die Schaumeigenschaften (Größe der Gasblasen) umweltverträglichere Alternative zu FCKWs


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