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

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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. Struktur - Eigenschafts – Konzept Art, Anordnung und Wechselwirkung der Teilchen bestimmen die Eigenschaften eines Stoffes. 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 Stoff-Teilchen-Konzept
Phänomene in der Welt Beobachtungsebene Phänomenebene makroskopischer / mikroskopischer Bereich Kontinuum Stoffebene Teilchenebene Modellebene Deutungsebene submikroskopischer Bereich Diskontinuum

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

8 NuT 5. Klasse: Einfaches Teilchenmodell
Folgende Vorstellungen sollten die Schüler aus dem NuT-Unterricht mitnehmen: Alle Stoffe bestehen aus kleinsten Teilchen (Teilchen = Sammelbegriff für Atome, Moleküle, Ionen). 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. Zwischen den kleinen Teilchen ist nichts, der Raum zwischen ihnen ist also absolut leer. Gleiche Reinstoffe bestehen aus gleichen kleinen Teilchen. Die kleinen Teilchen verschiedener Stoffe unterscheiden sich in Masse, Form und Größe. Die kleinen Teilchen sind ständig in Bewegung. Mit steigender Temperatur bewegen sich die Teilchen heftiger.

9 NuT 5. Klasse: Einfaches Teilchenmodell
7. Bei gleichbleibender Temperatur bleibt die Bewegung aller kleinen Teilchen zusammen genommen erhalten. Zusammenstöße zwischen zwei kleinen Teilchen verlaufen so, dass beide zusammengenommen ihre Bewegungsenergie behalten. 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. 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
Jedes Element besteht aus winzig kleinen Teilchen, den Atomen. Alle Atome eines bestimmten Elementes sind untereinander gleich, sie haben die gleiche Masse und die gleiche Größe. Atome unterschiedlicher Elemente haben unterschiedliche Eigenschaften (einschließlich verschiedener Massen). => Es gibt genau so viele Atomarten, wie es Elemente gibt. Atome sind unzerstörbar. Sie können durch chemische Reaktionen weder vernichtet noch erzeugt werden. 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
Atome enthalten positiv und negativ geladene Elementarteilchen. Die positiv geladenen Elementarteilchen (=Protonen) befinden sich im Atomkern. Die negativ geladenen Elementar-teilchen bilden die Atomhülle und heißen Elektronen. Jedes Atom enthält gleich viele positiv und negativ geladene Elementar-teilchen. Deshalb sind Atome insgesamt elektrisch nicht geladen (neutral). 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 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 Kern-Hülle-Modell Atom mit gleich vielen Protonen im Kern wie Elektronen in der Hülle Ion mit Protonen oder Elektronenüberschuss Deutung elektrischer Phänomene - +

18 Themen-Bereich / Frage Symbolische Darstellung der Teilchen
Kumulative Entwicklung des (Stoff-) Teilchen-Konzeptes im Anfangsunterricht Chemie Themen-Bereich / Frage Modellvorstellung Modellgrenzen Symbolische 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 Themen-Bereich / Frage Symbolische Darstellung der Teilchen
Modellvorstellung Modellgrenzen Symbolische Darstellung der Teilchen 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 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. H2O „Teilchen- paket“  Formel-einheit „Teilchen- paket“  Molekül Molekülformel, z.B. H2O Verhältnisformel, z. B. NaCl

20 Themen-Bereich / Frage Symbolische Darstellung der Teilchen
Molekulare Stoffe Salzartige Stoffe Themen-Bereich / Frage Modellvorstellung Modellgrenzen Symbolische Darstellung der Teilchen Elektronenformeln 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    - O H H Na  Na+ + e- Ionengitter + - - - + + + -

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 aus Molekülen aufgebaute Stoffe
Reinstoffe Chem. Element Chemische Verbindung gleichartige Atome verschiedenartige Atome Ionen geladen Atome ungeladen einzelne Atome Elementmoleküle Kation (+), Anion (-) Verbindungs- moleküle Teilchensymbole: + - Atombau PSE Formelsprache: [Na]x H2 [NaCl]x H2O Stofftypen: aus Molekülen aufgebaute Stoffe Metalle Nichtmetalle Salze Me - Kation + Valenzlektron(en) Me - Kation + NiMe - Anion NiMe - Atome

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