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Der Damm ist gebrochen

8. Juni 2011 Maik Riecken 6 Kommentare

Facebook aktiviert einen Algorithmus, der die Erkennung von Personen auf Fotos anhand ihrer Gesichter ermöglicht. Im Netz kursieren Anleitungen, wie man das verhindern kann. Kristian Köhntopp bemerkt dazu:

Man kann diese Funktion abschalten. Dann führt Facebook die Gesichtserkennung immer noch durch. Denn: bis das Gesicht erkannt worden ist weiß Facebook ja nicht wer darauf zu sehen ist, und wie diese Person die Privacy Settings eingestellt hat, schlägt dann aber den gefundenen Namen nicht mehr automatisch vor. Die Operation ist technisch also dieselbe. Nur das Ergebnis wird geheim gehalten. (Quelle)

Wenn ich als Wirtschaftsunternehmen weiß, dass Daten bares Geld sind – Facebook verdient sein Geld mit Daten – dann liegt es im Bereich des Möglichen, dass Kristian mit seiner „Schwarzseherei“ Recht behalten könnte. Als Techniker kann ich seiner Argumentation voll und ganz folgen. Die Postprivacy-Bewegung im Netz sieht wieder einmal keinen Grund zur erhöhter Sorge und Wachsamkeit. Überprüfen lässt sich das nur durch einen Blick in den Quellcode von Facebook. Was tatsächlich stimmt, liegt im Bereich des Glaubens.

Ich weiß nicht, inwieweit jetzt ein Druck auf Google entsteht, dieses Feature auch in den entsprechenden Diensten freizuschalten. Google hat sich bisher dagegen gesträubt, dürfte aber wahrscheinlich den effizienteren Erkennungs-Algorithmus besitzen.

Ich habe heute außerplanmäßig mit meinen Schülerinnen und Schülern darüber gesprochen.

Gesetzt den Fall, ich wäre ledig:

Vielleicht kann ich ja bald mein Smartphone mit in die Bar nehmen und jede Frau hinsichtlich passender Persönlichkeits- und Interessenmerkmale abscannen, bevor ich sie tatsächlich anspreche oder gar Getränkeauslagen riskiere. Das ist doch toll und befriedigt meine Bedürfnisse, erspart mir selbst das Ausfüllen von Fragebögen bei Partnervermittlungsdiensten usw.. Wenn ich dann noch den Like!-Button bei den entsprechenden Filmchen drücke, dann bekomme ich maßgeschneidert… Der Konzern entscheidet, wer zu mir passt. Prima Sache. Es lebe Post-Privacy!

Gesellschaft Facebook, Gesichtserkennung, Post-Privacy, Web2.0

Auswertung eines Diktats als Tag-Cloud

7. Juni 2011 Maik Riecken 7 Kommentare

Ich habe einmal eines der älteren Diktate von mir zur Fremdwortschreibung im Stil einer Tag-Cloud ausgewertet, d.h. die Worte mit der größten Fehlerrate werden auch am größten gesetzt. Das kam unter Einbezug von ungefähr der Hälfte der Arbeiten dabei heraus:

Eigentlich müsste man das immer so machen, weil sich dadurch Entwicklungspotentiale im Bereich der Rechtschreibung innerhalb einer Lerngruppe sehr leicht visuell erfassen lassen.

Leider ist das zumindest alleine ein wenig mühsam – gerade bei 30er-Klassen. Ich hatte erst noch erwogen, die tatsächlich aufgetretenen Schreibungen noch mit der Kommentarfunktion von GoogleDocs im Dokument zu verlinken, aber das bedeutet wirklich Stress – eigentlich wäre diese Geschichte doch auch etwas für die Lerngruppe selbst – quasi als Nachbereitung des Diktats… Wäre doch mal etwas Neues zum Erproben.

Erinnerung an damals

Als er sich in der Chemiesammlung beim Aufräumen befand, musste er sich sehr wundern, als ihn der Rhythmus einer Lehrerbegrüßung mitriss. Die Klasse sagte nicht etwa gelangweilt â€žGuten Morgenâ€œ, sondern â€žEinen wunderschönen guten Morgen!â€œ. Es interessierte ihn nun sehr, wer diese Klasse war, aber an dem Niesen von Melody hatte er sie sofort erkannt: Es war seine ehemalige Klasse 6d.

Ein dicker Kloß saß ihm im Hals und fast flossen Tränen der Rührung aus seinen Augen. Alle seine jetzigen Klassen waren so aggressiv, dass er sie mindestens fünf Minuten aufstehen lassen musste, bevor sie endlich Ruhe gaben und der Unterricht beginnen konnte. Sie vergaßen oft die Hausaufgaben und erwiesen sich auch sonst als sehr widerspenstig. Nie gab es ein so mitreißendes Willkommen wie damals.

Traurig las er die Aufgabenstellung zu der Chemiearbeit, die eine seiner neuen Klassen nun gleich schreiben sollte. Er war sich nicht sicher, ob sie das Thema wirklich verstanden hatten, denn in den entscheidenden Momenten passte nie jemand auf. Wie gerne hatte er die Deutscharbeiten seiner ehemaligen Klasse 6d gelesen und zensiert.

Deutschunterricht Berichtigung, Cloud, Deutsch, Diktat, GoogleDocs, Nachbereitung, Tag

Notebook und Beamer stehen zur Verfügung

6. Juni 2011 Maik Riecken 3 Kommentare

Der Herr Riecken hat genau wie der Herr Rau vor einiger Zeit bald ein Bewerbungsgespräch. Der Lebenslauf ging mir im Gegensatz zu ihm recht schnell von der Hand, weil der eine oder andere noch hier auf der Festplatte schlummerte. Viel möchte ich dazu noch nicht schreiben – so im Groben geht es um neue Medien in der Schule. Nach Pfingsten wird es so weit sein, dass ich Rede und Antwort stehen muss – und dazu auch sehr viel Lust habe, denn die Stelle böte mir die Möglichkeit viele Dinge, die ich jetzt quasi nebenbei so mache, in der einen anderen Form vergütet zu bekommen – vor allem durch Stunden. Im Einladungsschreiben stand genau der Satz, der den Titel dieses Artikels bildet – darauf ergeben sich bei mir eher eine Menge Fragen, z.B.

Welche Art von Internetzugang ist vorhanden?
Welche Browserplugins sind installiert?
Gibt es darauf ein OpenOffice-Paket?
Wird ein geschlossener Vortrag erwartet, wenn ja: Welchen Umfang sollte er haben?
Es gibt drei Bereiche im Angebot, die sehr miteinander verzahnt sind. Ich soll mir einen davon für die Präsentation aussuchen. Schwierig. Gerade für mich. Wie gehe ich mit diesem Dilemma um?
[…]

Klar könnte ich das meiste vorher erfragen – ich bin mit der Strategie sehr gut gefahren, mich in die Lage meines Gegenübers zu versetzen:

Was würde ich von einem Bewerber sehen und hören wollen?
Was bekommt so eine „Auswahlkommisson“ wohl im Allgemeinen zu sehen?
Wo sind die Fettnäpfe, d.h. was passiert im Hause der Auswahlkommission eigentlich und worauf ist dieses Haus wahrscheinlich mir Recht stolz?
[…]

Auf jeden Fall wird mein Netbook mit UMTS-Stick mit dabei sein… Die ganzen Eventualitäten passen bei mir gar nicht auf einen durchschnittlichen USB-Stick.

Aus der Schule Auswahl, Bewerbung, Einladung, Kommission, Medium, Stelle

Nernstsche Gleichung: Normalform => Schulform

29. Mai 2011 Maik Riecken 5 Kommentare

Schulbücher neigen dazu, die Umrechnung der Nernstschen Gleichung von der Normalform:

$(1) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{R \cdot T}{z \cdot F}\cdot ln \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

in die in Klassenzimmern und Unis gebräuchliche Form

$(2) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

recht kurz darzustellen, da die SuS natürlich die Logarithmengesetze beherrschen. Aber wie kommt man nun von der Normalform zur Schulform?

Dazu machen wir zunächst einige Vorgaben:

R ist die allgemeine Gaskonstante mit einem Wert von 8,314472 J/ mol^-1 * K^-1
T ist die thermodynamische Temperatur in K, hier mal willkürlich überheizte 297K (24°C) im Winter
z ist die Anzahl der ausgetauschten Elektronen
F ist die Faradaysche Konstante mit einem Wert von 96485,3399 C * mol^-1
Wir müssen den natürlichen Logarithmus (ln) zusätzlich noch in den dekadischen (lg) umrechnen

erstmal 1,2,4 in die Normalform einsetzen:

$U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{ 8,314472 \frac{J}{mol \cdot K} \cdot 293K}{z \cdot 96485,3399 \frac{C}{mol}}\cdot ln \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

Jetzt kümmern wir uns zunächst einmal um die Einheiten, es soll ja irgendwann Volt (V) da stehen:

$\frac{ \frac{J}{mol \cdot K} \cdot K}{z \cdot \frac{C}{mol}}$

Nirgendwo ein Volt… Aber Joule (J) lässt sich durch SI Einheiten auch so ausdrücken: 1J = 1C*V. Jetzt nehmen wir noch den Doppelbruch weg:

$\frac{1}{z} \cdot \frac{C \cdot V}{mol \cdot K} \cdot K} \cdot \frac{mol}{C}$

Wie hübsch sich das kürzen lässt:

$\frac{V}{z}$

Bleibt nur noch das Problem der Logarithmusumrechnung, aber da gibt es ein Rechengesetz:

$log_b r = \frac{log_a r}{log_a b}$

Auf unseren Fall bezogen gilt:

$r = \frac{c(Ox)}{c(Red)}\;\;a=e\;\;b=10$

Für einen Logarithmus zur Basis e gibt es die Kursschreibweise ln, für einen zur Basis 10 die Kurzschreibweise lg, also:

$log_e(x) = ln(x) \;\;\;log_{10}(x) = lg(x)$

Wieder auf unseren Fall bezogen:

$lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right) = \frac{ln\left( \frac{c(Ox)}{c(Red)}\right)}{ln(10)}$

… und umgeformt:

$ln\left( \frac{c(Ox)}{c(Red)}\right) = ln(10)} \cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right) \approx 2,3 \cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

Den Logarithmus zur Basis Zehn nimmt man wahrscheinlich, weil sich dadurch übliche Konzentrationsangaben leicht und ohne Hilfsmittel umrechnen lassen, z.B. lg(0,1)=1 / lg(0,01)=2 usw.. Jetzt müssen wir alles nur noch zusammenbauen:

$U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{ 8,314472 \frac{J}{mol \cdot K} \cdot 297K}{z \cdot 96485,3399 \frac{C}{mol}}\cdot 2,3 \cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

und ausrechnen (Wert gerundet):

$U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

Sieht man doch leicht, oder? Den gängigen Büchern ist das oft maximal zwei, drei Sätze wert. Man kann natürlich mit der didaktischen Reduktion argumentieren – diese Umrechnungen dürften viele SuS am Anfang der Oberstufe im Kontext der bestehenden Curricula im Fach Mathematik hier in Niedersachsen schlichtweg überfordern.

Andererseits könnte man angesichts des vorhandenen Taschenrechners mit seinem CAS auch gleich die Normalform der Nernstschen Gleichung nehmen. Da sagt aber dann der Chemiker schnell: „Oh, das mit dem Zehnerlogarithmus ist aber schon ganz praktisch für den Bezug zu z.B. pH-Werten“ – gerade gesehen im Zentralabitur Chemie 2011.

Ich persönlich finde immer Menschen gut, die wissen, was sie da tun und warum das so zulässig ist. Das verstehe ich unter Kompetenz. Eine Gleichung suchen und mit Zahlen füttern kann wirklich fast jeder in Zeiten des Internets. Die Ergebnisse werden dann richtig sein.

Die Frage bleibt, ob mit solchem Wissen wissenschaftlicher Fortschritt möglich wird oder ob nicht vielmehr die Schulform der Gleichung einen Rahmen setzt, der ohne Kenntnis der Zusammenhänge nicht verlassen werden kann – vielleicht hält sich ja irgendein doofer Stoff unter doofen Bedingungen gar nicht so, wie es die Schulform der Nernstschen Gleichung vorschreibt? Solche Schweinereien kommen in der Natur ja immer wieder vor…

Chemieunterricht 0.059V, dekadisch, Faktor, Gleichung, Logarithmus, natürlich, Nernst, Normalform, Umformung

Die Nernstsche Gleichung aufstellen

28. Mai 2011 Maik Riecken 6 Kommentare

Einleitung

Dieser Artikel dient auch als kleines Experiment, um die Möglichkeiten des LaTeX-Plugins QuickLaTeX auszuloten. Ich bin recht beeindruckt von den Satzmöglichkeiten, die ich hier nur zu 90% optimiert habe… Da können jetzt also noch weitere Artikel aus der Serie „Wie man leicht sieht…“ folgen. Dort habe ich für die Formeln einen Webdienst bemüht, der aus TeX-Syntax Vektorgrafiken erstellt – das sieht natürlich dann hübscher aus, tippt sich aber nicht so fluffig.

Zur Sache

Die Nernstsche Gleichung ist einer der fundamentalen Lerninhalte im Bereich der Elektrochemie und prinzipiell eigentlich nichts weiter als ein arg verklausurliertes chemische Gleichgewicht, also ein anderer Ausdruck für K – im Prinzip natürlich. In Schulbüchern läuft einem das Ding eigentlich fast nur in dieser Form über den Weg:

$(1) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg \left( \frac{c(Ox)}{c(Red)} \right)$

oder auch:

$(2) \; U_{H(Ox/Red)} = U_{H(Ox/Red)}^0 + \frac{0,059V}{z}\cdot lg (K)$

Wie erhält man nun die Nernstsche Gleichung für beliebige chemische Gleichgewichte?

Für das Chlorsystem gilt:

$(3)\; Cl_{2(g)} + 2e^- \rightleftharpoons 2Cl_{(aq)}^-$

Für dieses Gleichgewicht stellt die Nernstsche Gleichung quasi eine Umrechnungsvorschrift dar. So kann ich z.B. aus einem gemessenen Potential eine tatsächlich vorhandene Chloridionenkonzentration in einem Gleichgewicht berechnen. Dazu bestimme ich zunächst auf beiden Seiten der Gleichung (2) die zugehörigen Oxidationszahlen:

$(4)\; \overset{\text{0}}{Cl_2(g)} + 2e^- \rightleftharpoons 2\overset{\text{-I}}{Cl_{(aq)}^-}$

Das Chloridion besitzt mit ‑I die niedrigere Oxidationzahl und ist damit die reduzierte Form (Red). Das Chlormolekül ist die oxidierte Form (Ox). Jetzt muss ich dem Term für K so aufstellen, dass die oxidierte Form oben steht:

$(5) K = \frac{c(Ox)}{c(Red)} = \frac{c(Cl_2)\cdot c(e^-)^2}{c(Cl^-)^2}$

Elektronen und das Chlorgas besitzen in einer Lösung keine Konzentration bzw. diese kann als konstant angenommen und gleich 1 gesetzt werden. Damit lautet die Gleichung:

$(6) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{2}\cdot lg \left( \frac{1}{c(Cl^-)^2}\right)$

Freundlicherweise gilt außerdem:

$(7) \; lg(a)^b = b \cdot lg(a)$

d.h., ich kann die Potenz aus dem Nenner des letzten Faktors vor den Ausdruck ziehen, weil der Zähler netterweise gleich 1 ist:

$(8) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{2}\cdot 2 \cdot lg \left(\frac{1}{c(Cl^-)}\right)$

und dann kürzen:

$(9) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + 0,059V \cdot lg\left(\frac{1}{c(Cl^-)}\right)$

Chemiebücher schreiben die Nernstsche Gleichung gerne anders auf, wenn die reduzierte Form die lösliche ist, indem sie meist stillschweigend voraussetzen, dass gilt:

$(10) \; lg\left(\frac{a}{b}\right) = -lg\left(\frac{b}{a}\right)$

also hier konkret:

$(11) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 + \frac{0,059V}{1}\cdot - lg\left(\frac{c(Cl^-)}{1}\right)$

bzw. mit vorgeholtem Minuszeichen und anderer Bruchschreibweise:

$(12) \; U_{H\;(Cl_2/Cl^-)} = U_{H\;(Cl_2/Cl^-)}^0 - 0,059V \cdot lg \left(c(Cl^-)\right)$

Ich finde diese Unterscheidung nicht besonders sinnvoll. Natürlich sieht die Gleichung so für SuS erstmal einfacher aus, aber es bleibt eben das Problem, wann ein Minuszeichen und wann ein Pluszeichen in der Nernstschen Gleichung verwendet werden soll/muss. Ich lege mich im Unterricht immer auf die Variante mit dem Pluszeichen fest. So bekommt man jedes Redoxsystem durch eine einfache Schrittfolge in den Griff.

Ein schweres Beispiel

Das Permanganatsystem ist schon nicht ganz einfach.

$(13)\; MnO_{4(aq)}^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons Mn_{(aq)}^{2+} + 4H_2 O_{(l)}$

Schritt 1: Oxidationszahlen bestimmen – Wo ist die reduzierte Form?

Dafür schauen wir uns die Permanganat- und Manganionen an:

$(14)\; \overset{\text{+VII}}{Mn}O_{4(aq)}^- + 8H^+ + 5e^- \rightleftharpoons \overset{\text{+II}}{Mn_{(aq)}^{2+}} + 4H_2 O_{(l)}$

Das Manganion besitzt die niedrigere Oxidationszahl, ist also die reduzierte Form. Demnach muss die rechte Seite der Gleichung im Term für K nach unten.

Schritt 2: Ausdruck für K bestimmen

Die Konzentration des Lösungsmittels Wasser kann als konstant angenommen und gleich 1 gesetzt werden, taucht im Nenner also nicht mehr auf:

$(15)\; K=\frac{c(MnO_{4(aq)})^- \cdot c(H^+)^8}{c(Mn_{(aq)}^{2+})}$

Schritt 3: Ausdruck in die Nernstsche Gleichung einsetzen

$(16) \; U_{H\;(MnO_{4(aq)}/Mn_{(aq)}^{2+})} = U_{(MnO_{4(aq)}/Mn_{(aq)}^{2+})}^0\right)$

$+ \frac{0,059V}{5}\cdot lg \left( \frac{c(MnO_{4(aq)})^- \cdot c(H^+)^8}{c(Mn_{(aq)}^{2+})} \right)$

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