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Schülerdeutungen: Kupfer und Schwefel quantitativ

23. Januar 2009 Maik Riecken Ein Kommentar

Lässt man Kupfer und Schwefel in den entsprechenden Schulversuchen miteinander reagieren, so fällt auf, dass das Kupfer in der Regel nicht den gesamten Schwefel aufnimmt. Tatsächlich sind es im Verhältnis zum Kupfer nur sehr geringe Stoffportionen, die notwendig sind, um z.B. ein Kupferblech vollständig zu Kupfersulfid umzusetzen.

Meine SuS der 7. Klasse hatten dazu eine ausgezeichnete Idee auf Basis ihres Wissens über das Kugelteilchenmodell. In Anlehnung an die Volumenkontraktion bei der MIschung von Wasser und Brennspiritus formulierten sie folgende Hypothese:

Kupfer und Schwefel: Theorie 1

Zwischen den Kupferkugelteilchen befinden sich Lücken, deren Anzahl begrenzt ist. Sind alle Lücken von den Schwefelteilchen besetzt, so kann das Kupfer keinen weiteren Schwefel mehr aufnehmen – eine absolut logische Hypothese, die gar nicht so einfach mit dem Kenntnisstand einer 7. Klasse zu widerlegen ist.

Ich habe mich folgendermaßen herausgeredet:

Wenn die Hypothese gilt, so dürften sich die Eigenschaften von Kupfer- und Schwefelteilchen dabei nicht ändern, da ja lediglich eine Art Gemisch entsteht. Also müsste das Endprodukt eine Mischfarbe aus Rotbraun (Kupfer) und Gelb (Schwefel) aufweisen. Außerdem ist schwer zu erklären, warum Energie bei dieser Reaktion frei wird (und das ist sichtbar). Dann habe ich eine andere Theorie präsentiert:

Kupfer und Schwefel:Theorie 2

Kupferteilchen können nur eine begrenzte Anzahl an Schwefelteilchen (oder umgekehrt) aufnehmen. Dabei entsteht ein neuer Stoff mit neuen Eigenschaften, also eine Verbindung.

Die SuS haben berechtigt angeführt, dass sich ja auch hier die jeweiligen Teilchen nicht verändern und die Farbigkeit so gesehen auch nicht stimmt. Da sie es so genau wissen wollten, musste ich dann doch einräumen, dass sich die Teilchen sehr wohl verändern, wenn sie sich verbinden und dadurch die Energieerscheinungen und die anderen Eigenschaften zu erklären sind.

Das Gesetz der konstanten Proportionen erklären jedoch beide Hypothesen hinreichend gut. Und wenn man sich die Organisation der Ionen im Kupfersulfid genau anschaut haben die SuS so Unrecht nun auch wieder nicht.Ganz davon abgesehen: Methodisch haben sie hervorragend gearbeitet.

Der Übergang vom Massen- auf den Teilchenbegriff ist eben doch nicht so ganz einfach…

Chemieunterricht Ebene, Kupfer, Masse, quantitativ, Schwefel, Teilchen, Theorie

Neue Unterrichtsmethoden und Vermarktung

22. Januar 2009 Maik Riecken 2 Kommentare

Ich stelle in letzter Zeit vermehrt fest, dass es eine Reihe von innovativen und interessanten Initiativen gibt, die allesamt das Ziel verfolgen traditionellen Unterricht zu ersetzen. Da gibt es dann tolle englische Abkürzungen und noch tollere superlative Aussagen über Erfolge bei den SuS.

Dazu einmal eine Hypothese:

Wenn eine Methode oder ein Konzept erfolgreicher als traditioneller Unterricht ist, so müssen es eigentlich auch die Arbeitsergebnisse sein, es sei denn, die Motivation der SuS durch die neue Methode ist für sich genommen schon das Unterrichtsziel.

Ich stelle fest, dass es bei vielen innovativen Projekten zwar viele Fotos von glücklichen Menschen und unzählige Zitate noch glücklicheres SuS gibt, jedoch sehr selten konkrete, authentische Arbeitsergebnisse – in Deutsch könnten das z.B. Schülertexte sein, die den Vergleich mit Texten aus traditionellen Unterrichtsformen standhalten oder übertreffen. Dabei dürfen dann beide Parteien gerne ihre „Best-of“-Kiste bemühen.

Ich frage mich, warum das so ist. Ketzerisch könnte man sagen, dass es dann eher darum geht, prinzipiell zu vermarkten und auszuschlachten, als darum nachhaltig zu arbeiten. Versöhnlich ließe sich anführen, dass sich moderne Didaktik als eine Didaktik der Lernwege und nicht als eine der Lernziele versteht – darüber und den Sinn sowie Ertrag müsste man auch noch einmal sprechen…

Ich glaube Projekten ohne authentische Arbeitsergebnisse nicht. Vielleicht bin ich dafür zu traditionell.

Methoden Didaktik, innovativ, Konzept, Methode, Vermarktung

Verschlüsselung in Webapplikationen (MD5)

20. Januar 2009 Maik Riecken Kommentar hinterlassen

Passwörter gehören nicht in die Hände von Dritten, auch nicht in die von Administratoren. Daher wurden für die Speicherung von Passwörtern sogenannte Falltürmechanismen (trapdoor mechanisms) entwickelt:

Es ist zwar möglich, ein Passwort zu verschlüsseln, nicht jedoch es wieder zu entschlüsseln.

Der Verschlüsselungsalgorithmus funktioniert also genau wie eine Falltür nur in eine Richtung. Das mag auf den ersten Blick sinnlos erscheinen, ist aber eigentlich sehr pfiffig. Nehmen wir als Beispiel den weit verbreiteten MD5-Algorithmus. Mit diesem sichert fast jede Webanwendung in PHP ihre Passwörter ab. Dabei wird aus

123456=> MD5-Verschlüsseler => e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e

Diese lange Zeichenkette sieht der Admin. Er weiß aber deswegen das Passwort im Klartext noch nicht, da der Weg

e10adc3949ba59abbe56e057f20f883e => MD5-Entschlüsseler (Gibt es nicht) => Passwort

prinzipbedingt versperrt ist. Die dabei entstehende, lange Zeichenkette wird „Hash“ genannt.

Wenn man sich nun an einer Webanwendung (Moodle, Joomla, egroupware …) anmeldet, macht die Webanwendung folgendes:

Benutzer gibt Passwort im Klartext ein => MD5-Verschlüssler => Hash1

Dieser Hash1 wird nun mit dem Hash – nennen wir ihn Hash2 – verglichen, der in der Datenbank für den User gespeichert ist (er könnte etwa bei der Registrierung erzeugt worden sein).

Stimmen beiden Hashes überein, hat der User das korrekte Passwort eingegeben, weil der Verschlüsselungsmechanismus ja immer gleich ist. Stimmen die Hashes nicht überein, muss der Benutzer ein falsches Passwort eingegeben haben.

Soweit so gut. Das ist auch die Erklärung dafür, dass einen – so man sein Passwort vergessen hat – stets ein neues Passwort zugewiesen wird, denn der Admin kann das alte Passwort ja nicht wissen, sondern lediglich ein neues setzen.

Eigentlich hört sich das Ganze recht sicher an – ist es bloß nicht, denn es gibt Angriffe gegen dieses Verfahren, die aber allesamt voraussetzen, dass der Angreifer an den Hash kommt.

Tech-Talk Kollision, MD5, Passwort, Sicherheit, Verschlüsselung

Versuch zum Treibhauseffekt

16. Januar 2009 Maik Riecken 8 Kommentare

Es gibt eine Reihe von Mythen zum Treibhauseffekt. Da ist von an den Wolken reflektierter Wärmestrahlung die Rede, da werden Strahlung und Wärme ineinsgesetzt und, und, und…

Ein Versuch, den ich zum Ausgangspunkt für eine einigermaßen wissenschaftliche Beschreibung des Treibhauseffektes genommen habe, besaß folgenden Aufbau, den man in diversen Variationen in zahlreichen Lehrbüchern und auf noch mehr Internetseiten findet. Die „Rieckenversion“ tat ihren Dienst erwartungsgemäß und brav.

Modellversuch Treibhauseffekt

Ich habe einen Baustrahler (500W echtes Halogen) durch ein Schale mit Wasser auf zwei kleine Erdmodelle scheinen lassen: Eines mit dunklem Untergrund (Tonpapier – Landmasse), eines mit reflektierendem (Alufolie – Polkappen, Gletschereis). Dazu habe ich zwei PET-Flaschen geköpft und mit Cellophanfolie verschlossen. Ungefähr 3cm oberhalb des Untergrundes ist jeweils ein Temperaturfühler befestigt – der verwendete Alchimisst (Messgerät) besitzt freundlicherweise zwei unabhängige Temperaturanzeigen. Das Loch für den Fühler bahnt ein glühender Nagel. Undichtigkeiten versorgt Knetgummi oder aber auch Parafilm.

Beide Erdmodelle wurden über einen Zeitraum von 5 Minuten bestrahlt. Einmal waren sie mit Luft und das andere Mal mit Kohlenstoffdioxidgas gefüllt. Alle 30s wird die Temperatur notiert (das könnte auch ein Rechner machen).

Die Wasserschale unter dem Halogenstrahler dient als Filter: So heizt wirklich das Licht und nicht die massig abgegebene Wärmestrahlung.

Das Rohergebnis sieht damit folgendermaßen aus:

Chemieunterricht, Nette Versuche Modellversuch, Schule, Treibhauseffekt

Schülerversuch: Reaktion von Kupfer und Schwefel quantitativ

15. Januar 2009 Maik Riecken 11 Kommentare

Dies ist ein sehr bekannter Versuch zum Nachweis vom Gesetz der konstanten Proportionen. Dazu lässt man ein Kupferblech mit bekannter Masse mit Schwefel reagieren und wiegt das Produkt erneut. Dabei ist das Massenverhältnis von Kupfer und Schwefel im Idealfall konstant, da folgende Reaktion abläuft:

2Cu + S â†’ Cu₂S

Es reagieren also 32u Schwefel mit ca. 2x63,5u Kupfer (127u) (alle Werte gerundet), sodass man auf ein Massenverhältnis von ziemlich genau 4:1 ( m(Cu):m(S) ) kommt.

Dazu spannt man ein Reagenzglas mit wenig Schwefelpulver leicht schräg in ein Stativ ein. Jede Versuchsgruppe (je mehr Gruppen, desto besser), erhölt ein unterschiedlich großes Kupferblech. Dieses wird gewogen und so in das Reagenzglas eingeführt, dass es etwa 4–5cm über dem Schwefel zu liegen kommt. Dann werden sowohl der Schwefel als auch das Reagenzglas erhitzt. Man sollte den Ablauf dieses Experimentierteils einmal vorher mit den SuS üben (Vorstunde).

Durch eine vorbereitete Schülerhand kann der spannende Teil des Versuches so ablaufen:

Nette Versuche Kupfer, quantitativ, Schülerversuch, Schwefel

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