Chemie Olympiade Forschungsthema: Der Atombau

Fertigkeiten Keine speziellen Fertigkeiten nötig.

Information Eure Klassenkameraden John Dalton, Joseph John Thomson und Niels Bohr nehmen momentan an der diesjährigen „ChemieOlympiade“ teil. Das Forschungsthema, mit dem sie sich beschäftigen, sind Atommodelle. Alle drei „Forscher“ haben euch eine Kiste zusammengestellt, in der sie über ihre Erfolge, aber auch Probleme berichten.

Aufgabe 1/5 Findet euch bitte in einer Dreiergruppe zusammen. In der Kiste, die euch eure Klassenkameraden geschickt haben, befinden sich jeweils ein Brief von John Dalton, Joseph John Thomson und Niels Bohr und Baumaterial. Jeder nimmt sich einen anderen Brief, den er für sich alleine liest und die darin enthaltene Aufgabe bearbeitet. Ihr dürft euer Periodensystem der Elemente verwenden. Schreibt eure Überlegungen beim Bauen in das Lerntagebuch.

Atommodell nach Dalton Atommodell nach Thomson Lösungsvorschlag zu 1/5 Atommodell nach Dalton Atommodell nach Thomson Atommodell nach Bohr Die hier gezeigten Atommodelle sind nur ein Lösungsvorschlag. Tatsächlich sind auch andere Lösungen möglich. Wichtig ist, dass ihr euer Vorgehen beim Bauen und euer Ergebnis nachvollziehbar erklären könnt.

Aufgabe 2/5 Nachdem nun jeder ein Atommodell nach der Vorstellung einer eurer drei Schulfreunde nachgebaut hat, trefft ihr euch wieder in eurer Dreiergruppe. Beschreibt jetzt jeweils euer Modell für die beiden anderen Gruppenmitglieder. Nehmt dabei das nachgebaute Modell zur Hilfe. Macht dazu auch Notizen in eurem Labortagebuch.

Aufgabe 3/5 Sowohl John Dalton, Joseph John Thomson als auch Niels Bohr sind der Meinung, dass ihr Atommodell das Beste ist und alle anderen falsch sind. Was denkt ihr darüber?

Hilfe Falls ihr nicht alleine weiterkommt, könnten euch diese Fragen hilfreich sein. Vergleicht dazu die drei Modelle miteinander unter den folgenden Gesichtspunkten: Kann die Abspaltung oder Aufnahme von Elektronen (=Ionenbildung) mit dem Atommodell erklärt werden? Es hat sich in der Forschung gezeigt, dass sich manche Elektronen leichter abspalten lassen als andere. Welches Atommodell berücksichtigt dieses Forschungsergebnis, welches nicht? Bei Atomen konnte festgestellt werden, dass sich an bestimmten Stellen die Elektronen häufiger befinden, als an anderen. Kann das mit einem der Atommodelle bestätigt werden?

Lösungsvorschlag zu 3/5 Die Bildung von Ionen kann mit den Modellen von Joseph John Thomson und Niels Bohr erklärt werden. Das Modell nach John Dalton erklärt das nicht. Nach ihm sind Atome winzig kleine, unveränderliche und unteilbare Teilchen. Dass sich manche Elektronen leichter abspalten lassen erklärt nur das Modell nach Niels Bohr. Bei John Dalton können keine Elektronen abgespalten werden (siehe erster Punkt). Nach Joseph John Thomson sind Atome kompakte Kugeln, in denen die positive Ladung gleichmäßig die gesamte Masse durchsetzt. Es gibt also keinen Grund, warum manche Elektronen leichter abzuspalten sind. Dass sich Elektronen an manchen Stellen im Atom häufiger befinden, kann kein Modell bestätigen. Allgemein kann man sagen, dass jedes Atommodell seine Grenzen hat. Ein Modell ist dann richtig, wenn man damit das, was einen gerade interessiert, erklären kann. Es ist falsch, wenn es bei dieser Erklärung zu Widersprüchen kommt. Ändert man die Phänomene, die einen interessieren, so benötigt man dafür eben ein anderes Modell. Keines dieser Modelle kann alles erklären und daher ist keines dieser Modelle immer und unter allen Umständen richtig. Diese Aussage lässt sich auf alle Arten von Modellen verallgemeinern.

Aufgabe 4/5 Geht nun geschlossen in der Gruppe zu eurem Lehrer und bringt die gebauten Modelle mit. Er hat ein weiteres Atommodell für euch gebaut - das Kimball-Modell. Dieses werdet ihr nun zusammen mit dem Lehrer, mit von euch gewählten Beurteilungskriterien, mit den anderen Atommodellen vergleichen.

Aufgabe 5/5 Abschließend verfasst jeder von euch einen Antwortbrief an seinen „Forscher“. Dabei beantwortet ihr seine Fragen aus dem Brief. Außerdem beschreibt ihr ihm kurz die beiden anderen Modelle der Mitschüler und fertig dazu eine kleine Skizze an. Die Briefe könnt ihr dann bei eurem Lehrer abgeben, damit er sie weiterleitet. Räumt die Kiste bitte wieder ordentlich ein.

Diese Anleitung wurde entworfen von Marie-Madeleine Böhm im Rahmen der Zulassungsarbeit in der Didaktik der Chemie, Universität Bayreuth. Quellen: 1) http://daten.didaktikchemie.uni-bayreuth.de/umethoden/0_einf.htm, Stand 24.09.2013 2) E. Wawra, H. Dolzing, E. Müllner: Chemie verstehen, 5. Aufl. UTB, 2009, S. 14-15 Bildnachweis: 1) J. Söllner: Experimentiermaterialien für den Chemieunterricht nach Maria Montessori II, schriftliche Hausarbeit, 2010 2) http://assistens.dk/wp-content/uploads/2012/10/0091-1024x927.jpg, Stand 24.09.2013 3) http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e9/John_Dalton.jpg, Stand 24.09.2013 4) http://www.rugusavay.com/wp-content/uploads/2013/01/joseph-john-thomson-4.jpg, Stand 24.09.2013