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Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff Ein zu beachtender Bestandteil des Donator-Akzeptor-Konzepts 1 15.12.2009 Stephanie van Neuren / René Reinhold.

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Präsentation zum Thema: "Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff Ein zu beachtender Bestandteil des Donator-Akzeptor-Konzepts 1 15.12.2009 Stephanie van Neuren / René Reinhold."—  Präsentation transkript:

1 Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriff Ein zu beachtender Bestandteil des Donator-Akzeptor-Konzepts Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

2 Gliederung Einleitung Der Säure-Base-Begriff Reine Säure und Säure-Lösungen pH-Wert Neutralisation Starke und schwache Säuren Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

3 Einleitung SuS 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 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

4 Der Säurebegriff - phänomenologisch Boyle (17. Jhd.) – Färbung bestimmter Pflanzenfarbstoffe, Lösen von Kalkstein Glauber (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 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

5 Der Säurebegriff Arrhenius (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) Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

6 Fehlvorstellungen zum Säure-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 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

7 Fehlvorstellungen zum Säure-Begriff Oft mit dem pH-Wert verknüpft (kleiner pH-Wert; gelb oder rot) Angelernte Säure-Konzepte: Arrhenius-Konzept (enthalten H + -Ionen) Brönsted-Konzept (geben Protonen ab) Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

8 Fehlvorstellungen zum Säure-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 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

9 Unterrichtsvorschläge Reaktion von Säuren und Laugen als Substanz und ihre aggressive Wirkung keine Vernichtung von Stoffen! Beachtung des Alltagsbezuges V7.1: Zucker + konz.Schwefelsäure schwarzer Kohlenstoff + Wasserdampf V7.2: Säure-Lösungen mit unedlen Metallen V7.3: Kalkentferner V7.4: Abflussfrei

10 Unterrichtsvorschläge Säure-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!)

11 Unterrichtsvorschläge Salzsäure konz. Zusammensetzung aus Ionen als Modellvorstellung! reine Schwefelsäure oder Salpetersäure durch Moleküle beschreiben! V7.7 Leitfähigkeitsprüfungen OH - (aq)-Ion und H + (aq)-Ion vollständige Trennung aller Ionen

12 Unterrichtsvorschläge V7.8: H 2 SO 4 -Molekül+Cl - -Ion HCl-Molekül + HSO 4 - -Ion V7.9: HCl-Molekül +H 2 O-Molekül Cl - (aq)-Ion + H 3 O + (aq)-Ion Üben!!

13 Unterrichtsvorschläge V7.10: H 2 SO 4 -Molekül + 2H 2 O-Moleküle 2H 3 O+(aq)-Ionen + SO 4 2- (aq)-Ion exotherm V7.11: O 2- -Ion + H 2 O-Moleküle OH - (aq)-Ion + OH - (aq)-Ion | exotherm Wasser ist ein Ampholyt-Teilchen

14 Reine Säure und Säure-Lösung Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

15 Reine Säure und Säure-Lösung Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Richtige Antworten hinsichtlich H 3 O + und SO 4 2- nur bei etwa 10% 45 % Verdünnungseffekt Andere: pH kleiner, Dichten unterschiedlich, ätzender, reaktionsfreudiger Oft Dissoziation unverstanden

16 Unterrichtsvorschläge Unterscheidung 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

17 pH-Wert Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie "negativer dekadischen Logarithmus der H + -Ionen-Konzentration" ohne richtige Anwendung oft Veränderung der Definition phänomenologisch (pH 7 hautneutral, hat was mit Hautverträglichkeit zu tun)

18 pH-Wert Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Aufgabe: Lösungen mit pH-Wert 1.0 bennen - 15 % 0,1 M HCl - 30% HCl oder H 2 SO 4 (ohne Konzentration) - 45 % gar keine Antwort Reines Merkwissen bezüglich pH-Wertes Schwierigkeiten mit dem pH-Wert umzugehen

19 Unterrichtsvorschläge Säure-Base-Indikatoren – besondere Farbstoffe V7.5 (Rotkohl, Curcumin) V7.6: pH-Werte Küche/Bad-Lösungen Sauer NeutralAlkalisch

20 Unterrichtsvorschläge pH-Werte – Potenz der H 3 O + (aq)-Ion Konzentration der H 3 O + (aq)-Ionen pH-Wert molare Salzsäure Lösung

21 Unterrichtsvorschläge V7.12: Verdünnungsreihe Salzsäure (1.0 mol/L): 1.0 mol H (aq)-Ionen und 1.0 mol Cl - (aq)-Ionen Verdünnung: a)1:10 0,1mol H (aq)-Ionen b)1:100 0,01mol H (aq)-Ionen

22 Unterrichtsvorschläge Alkalische Lösungen: pH-Wert molare H 3 O + (aq)-Ionen molare OH - (aq)-Ionen pH-Wert molare H 3 O + (aq)-Ionen molare OH - (aq)-Ionen

23 Neutralisation Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Aufgabe: Salzsäure und Natronlauge reagieren miteinander - 80 % formal richtige HCl + NaOH NaCl + H 2 O - 50 % sogar mit Ionensymbolen - Allerdings 40% bilden NaCl

24 Neutralisation Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Aufgabe: Reagierende Teilchen? alle Teilchen oder positive und negative Ladungen reagieren NaCl-Moleküle entstehen / Salz- Moleküle Nur 35% konnten Neutralisation benennen

25 Neutralisation Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

26 Modellvorstellungen zum Abdampfen von Wasser aus Kochsalzlösung Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

27 Unterrichtsvorschläge Neutralität ganz der Säure-Base-Thematik zuzuordnen V7.14 (Cl - (aq) und Na + (aq) – spectator ions) : H 3 O + (aq) + Cl - (aq) + Na + (aq) + OH - (aq) Cl - (aq) + Na + (aq) + 2 H 2 O(l)

28 Starke und schwache Säuren Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Weit verbreitet: Säurestärke durch pH-Wert der Lösung (Verdünnungsmöglichkeit wird nicht wahrgenommen!)

29 Starke und schwache Säuren Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Modellvorstellungen:

30 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

31 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. - V V7.18

32 Unterrichtsvorschläge Modellvorstellungen 100%ige Protolyse versus 1%ige Protolyse

33 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Resümee 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

34 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Resümee Neutralisation steht Salzbildung im Vordergrund und Salz-Moleküle Dissoziations- oder Protolysegrad oft nicht in Vorstellungswelt der SuS vorhanden Wenig Modellvorstellungen ins Zentrum rücken

35 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Quellenangabe

36 Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!


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