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Basiskonzepte im G 8 (R. Kiesewetter, Gymnasium Neustadt)

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Präsentation zum Thema: "Basiskonzepte im G 8 (R. Kiesewetter, Gymnasium Neustadt)"—  Präsentation transkript:

1 Basiskonzepte im G 8 (R. Kiesewetter, Gymnasium Neustadt)

2 Basiskonzepte im Chemieunterricht Stoff - Teilchen – Konzept Die erfahrbaren Phänomene der stofflichen Welt und deren Deutung auf der Teilchenebene werden konsequent unterschieden. Art, Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes. Struktur - Eigenschafts – Konzept Donator - Akzeptor – Konzept Säure-Base- und Redoxreaktionen lassen sich als Protonen- bzw. Elektronenübergänge beschreiben. Energie – Konzept Alle chemischen Reaktionen sind mit einem Energieumsatz verbunden. Gleichgewichts - Konzept Reversible chemische Reaktionen können zu einem Gleichgewichtszustand führen

3 Stoffebene Beobachtungsebene Phänomenebene makroskopischer / mikroskopischer Bereich Kontinuum Teilchenebene Modellebene Deutungsebene submikroskopischer Bereich Diskontinuum Phänomene in der Welt Stoff-Teilchen-Konzept

4 Basiskonzepte im Chemieunterricht kumulativ lernen

5 Kumulative Entwicklung eines Teilchenkonzeptes im NT-Unterricht

6 Lehrplanbezug: Naturwissenschaftliches Arbeiten Jahrgangsstufe 5 Sie gewinnen eine einfache Vorstellung davon, dass Stoffe aus kleinsten Teilchen (Atome, Moleküle) zusammengesetzt sind, welche mit Hilfe einfacher Modelle veranschaulicht und zur Erklärung von chemischen und physikalischen Phänomenen eingesetzt werden. Teilchenvorstellung als Beschreibungs- und Verstehenshilfe für Vorgänge, die auf der Phänomenebene beobachtet werden können. Die Teilchenexistenz soll nicht bewiesen werden.

7 Lösen / Mischen Trennen Diffusion / Osmose Aggregatzustände, Schmelz-/Siedetemperatur NuT 5. Klasse: Einfaches Teilchenmodell

8 1.Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen (Teilchen = Sammelbegriff für Atome, Moleküle, Ionen). 2.Diese Teilchen haben eine Masse, aber man kann sie selbst durch das beste Mikroskop nicht direkt mit den Augen sehen. Allerdings kann man sie mit Hilfe der Rastertunnelmikroskopie abbilden. 3.Zwischen den kleinen Teilchen ist nichts, der Raum zwischen ihnen ist also absolut leer. 4.Gleiche Reinstoffe bestehen aus gleichen kleinen Teilchen. 5.Die kleinen Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Masse, Form und Größe. 6.Die kleinen Teilchen sind ständig in Bewegung. Mit steigender Temperatur bewegen sich die Teilchen heftiger. Folgende Vorstellungen sollten die Schüler aus dem NuT-Unterricht mitnehmen:

9 7. Bei gleichbleibender Temperatur bleibt die Bewegung aller kleinen Teilchen zusammen genommen erhalten. 8.Zusammenstöße zwischen zwei kleinen Teilchen verlaufen so, dass beide zusammengenommen ihre Bewegungsenergie behalten. 9.Zwischen den kleinen Teilchen herrschen Anziehungskräfte (Kohäsionskräfte) und Abstoßungskräfte, die stark vom Abstand abhängig sind. Je kleiner die Abstände zwischen den Teilchen sind, desto größer sind die Anziehungskräfte. NuT 5. Klasse: Einfaches Teilchenmodell Das Teilchenmodell ist nur eine vereinfachte Vorstellung vom Aufbau der Stoffe. Mit dem einfachen Teilchenmodell können und dürfen wir aber noch keine Aussagen über die Gestalt oder das Aussehen der kleinen Teilchen machen. Hierzu benötigen wir Informationen über die Bausteine und den Aufbau der kleinsten Teilchen.

10 Lehrplanbezug Biologie Jahrgangsstufe 5/6 Vor allem bei den Themen Ernährung und Photosynthese wenden die Kinder einfache Arbeitsmethoden und Denkweisen der Chemie an. Sie begreifen die Photosynthese als wesentlichen Prozess der Energiespeicherung und ziehen einfache Modellvorstellungen zur Erklärung der stofflichen Veränderungen heran.

11 NuT 5./ 6. Klasse: „Daltonsches Atommodell“: Atome, Moleküle Phänomene der Zellatmung und der Photosynthese sind nur mit Hilfe des Daltonschen Atommodells deutbar!

12 NuT 5. Klasse: „Daltonsches Atommodell“ (Atome, Moleküle Chemische Reaktion

13 NuT 5. /6., (Chemie 8. Klasse): Daltonsches Atommodell 1.Jedes Element besteht aus winzig kleinen Teilchen, den Atomen. 2.Alle Atome eines bestimmten Elementes sind untereinander gleich, sie haben die gleiche Masse und die gleiche Größe. 3.Atome unterschiedlicher Elemente haben unterschiedliche Eigenschaften (einschließlich verschiedener Massen). => Es gibt genau so viele Atomarten, wie es Elemente gibt. 4.Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden. 5.Bei chemischen Reaktionen werden die Atome der Ausgangsstoffe neu angeordnet und in bestimmten Anzahlverhältnissen miteinander verknüpft. 6.Verbindungen bestehen aus Atomen mindestens zweier verschiedener Elemente. 7. In einer bestimmten Verbindung ist die relative Anzahl und Art der Atome konstant.

14 Lehrplanbezug NuT 7. Klasse Jahrgangsstufe 7 Sie kennen ein einfaches Atommodell (Kern, Hülle mit Elektronen, Ion), eine Modellvorstellung des elektrischen Stroms und die Größen Stromstärke, Spannung und Widerstand.

15 NuT 7. Klasse: Kern-Hülle-Modell Elektrische Leitfähigkeit der Metalle

16 NuT 7. Klasse: Kern-Hülle-Modell 1.Atome enthalten positiv und negativ geladene Elementarteilchen. 2.Die positiv geladenen Elementarteilchen (=Protonen) befinden sich im Atomkern. 3.Die negativ geladenen Elementar- teilchen bilden die Atomhülle und heißen Elektronen. 4.Jedes Atom enthält gleich viele positiv und negativ geladene Elementar- teilchen. Deshalb sind Atome insgesamt elektrisch nicht geladen (neutral). 5.Nimmt ein Atom weitere Elektronen in seine Hülle auf oder gibt es Elektronen aus seiner Hülle ab, entstehen negative oder positiv geladene Teilchen = Ionen.

17 Kern-Hülle-Modell –Atom mit gleich vielen Protonen im Kern wie Elektronen in der Hülle –Ion mit Protonen oder Elektronenüberschuss Deutung elektrischer Phänomene Modellentwicklung + - Einfaches Teilchenmodell (früher: Kugelteilchenmodell) Teilchen als Sammelbegriff für Atome, Moleküle, Ionen Deutung von Löse-, Misch- und Trennvorgängen, Aggregatzustandsänderungen Teilchensymbole frei wählbar: Daltonsches Atommodell Atome als Basisteilchen, Moleküle Deutung von chemischen Reaktionen mit Molekülbeteiligung wie Verbrennung oder Zellatmung Atom als Kreis / Kugel; Molekül aus mehreren Kreisen

18 Kumulative Entwicklung des (Stoff-) Teilchen-Konzeptes im Anfangsunterricht Chemie Themen- Bereich / Frage ModellvorstellungModellgrenzenSymbolische Darstellung der Teilchen Reinstoffe / Stoffgemische Woraus sind Stoffe aufgebaut? Was wirkt hinter den Phänomenen? Einfaches Teilchenmodell Wir wissen noch nichts über Größe, Gestalt, Aussehen und den Aufbau der kleinsten Teilchen! Reinstoff (Einstoff)Stoffgemisch Chemische Reaktion Warum verschwinden bei chemischen Reaktionen Stoffe und neue tauchen auf? Chemische Bindung: Stoffänderungen sind Umgruppierungen der Teilchen, dabei werden chemische Bindungen zwischen den Teilchen gebildet bzw. gelöst, so dass neue Teilchen- kombinationen („Teilchenpakete“) entstehen. Wir wissen noch nicht, wie die chemische Bindung zwischen den Teilchen zustande kommt und was mit den Teilchen dabei passiert!

19 Satz von der Erhaltung der Masse Was bleibt bei chemischen Reaktionen erhalten? Daltonsches Atommodell Hypothese: Atomarten als Basisteilchen Es gibt so viele Elemente wie es Atomarten gibt. Wir wissen noch nichts über die Atomzahlen- verhältnisse in den Element- oder Verbindungsteilchen (=“Teilchenpaketen“)! eine Atomart in Element-Teilchen mehrere Atomarten in Verbindungs-Teilchen Element A und Element B Verbindungen A und B „Teilchen- paket“  Formel- einheit „Teilchen- paket“  Molekül Massen- / Volumengesetze Wie können wir etwas über das Atomzahlen- verhältnis innerhalb eines „Teilchenpaketes“ herausfinden? Verhältnisformeln und Molekülformeln zur symbolischen Darstellung der Verhältnisse auf Teilchenebene Wir wissen noch nicht, * weshalb es salzartige und molekulare Verbindungen gibt! * wodurch die unterschiedlichen Teilchenanzahl- verhältnisse zustande kommen! Wir wissen noch nichts über den Feinbau der Atome und die Bildung von Ionen oder Molekülen! salzartige Verbindung Molekulare Stoffe z. B. H 2 O Verhältnisformel, z. B. NaCl Molekülformel, z.B. H2O Themen-Bereich / Frage ModellvorstellungModellgrenzenSymbolische Darstellung der Teilchen

20 Bau der Atome Wodurch wird die Art der chemischen Bindung und das Teilchenanzahl- verhältnis bestimmt? Kern-Hülle-Modell und Energiestufenmodell der Atomhülle, Edelgasregel Die Edelgasregel gilt streng nur für Atomarten der 1. und 2. Periode! Cl + e -  Cl Valenzstrichformel Ionengitter O H H                - Elektronenformeln Na   Na+ + e- Salzartige Stoffe Molekulare Stoffe Themen-Bereich / Frage ModellvorstellungModellgrenzenSymbolische Darstellung der Teilchen

21 Strukturierungsvorschlag der Lehrplaninhalte NTG 8: Voraussetzungen für die Erarbeitung der Bindungstypen Atombau Kern-Hülle-Modell: Proton, Neutron, Elektron Elektronenkonfiguration, Energiestufen, Ionisierungsenergie Valenzelektronen, Valenzstrich-Schreibweise Ordnung der Elemente im gekürzten PSE Elektronenkonfiguration und Ordnung der Elemente Metalle, Nichtmetalle und Halbmetalle Ionisierung von Metall- und Nichtmetallatomen: Kation, Anion, Edelgaskonfiguration Vorstellen alltagsrelevanter Elemente und ihrer Verbindungen

22 Strukturierungsvorschlag der Lehrplaninhalte Bindungstypen Salze – Ionenbindung Synthese verschiedener Salze aus Metallen und Nichtmetallen Eigenschaften: Kristallinität, Sprödigkeit, elektrische Leitfähigkeit in Lösungen u. Schmelzen Erklärung der Eigenschaften: Aufbau aus Kationen und Anionen, Ionenbindung, Ionengitter; Bedeutung der Salze in Natur und Technik Metalle – Metallbindung Darstellung eines Metalls aus einem Salz Eigenschaften: elektrische Leitfähigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Verformbarkeit Erklärung der Eigenschaften: Elektronengas-Modell; Metallgitter Reaktionsverhalten edler und unedler Metalle Molekular gebaute Stoffe – Elektronenpaarbindung Darstellung und Eigenschaften eines Nichtmetalls Empirische Ableitung einer Molekülformel aus den Volumenverhältnissen bei Gasreaktionen Elektronenpaarbindung, Valenzstrichformel, Einfach- und Mehrfachbindung

23 Reinstoffe Chem. ElementChemische Verbindung gleichartige Atomeverschiedenartige Atome einzelne Atome Elementmoleküle Ionen geladen Atome ungeladen Kation (+), Anion (-) Verbindungs- moleküle [Na] x H2H2 [NaCl] x H2OH2O MetalleNichtmetalleSalze aus Molekülen aufgebaute Stoffe NiMe - AtomeMe - Kation + NiMe - Anion Me - Kation + Valenzlektron(en) - + Teilchensymbole: Atombau PSE Formelsprache: Stofftypen:

24 Teilchen ungeladen Elektrisch geladen einfachzusammengesetzt AtomeMolekül e Ionen Kationen Anionen + - Atomart 1, z. B. Wasserstoff-Atom Atomart 2, z. B. Sauerstoff-Atom Atomart 3, z. B. Kohlenstoff-Atom oder z. B. Wasser-Moleküle aus gleichen Atomen positiv geladennegativ geladen mehrere hängen fest zusammen Elektrische Ladung wird in Form von Elektronen von Atomart A auf Atomart B übertragen Element- Moleküle Verbindungs -Moleküle aus verschiedenen Atomen z. B. Kohlenstoffdioxid-Moleküle oder z. B. Wasserstoff-Moleküle z. B. Sauerstoff-Moleküle


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