Kategorie: Chemieunterricht

Nukleophile Substitution vs. Eliminierung

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Vie­le Ver­suchs­vor­schrif­ten für die elek­tro­phi­le Sub­sti­tu­ti­on gehen von Stof­fen aus, deren Hand­ha­bung im schu­li­schen Kon­text mitt­ler­wei­le sehr kri­tisch gese­hen, wenn nicht sogar gänz­lich unter­sagt ist. Durch Zufall bin ich im Netz auf ein Prak­ti­kums­skript gesto­ßen, wel­ches vie­le didak­ti­sche Poten­tia­le bie­tet ohne dabei mit über­aus schäd­li­chen Sub­stan­zen zu ope­rie­ren. Gleich­wohl gehört auch die­ser Ver­such nicht in Schü­ler­hand.  Der Ver­such klappt ganz hervorragend.

90mL kon­zen­trier­te, rau­chen­de Salz­säu­re wer­den mit ca. 25mL ter­tiä­ren Butyl­al­ko­hol (2‑Me­thyl-Pro­pan-2-ol) in einem 500mL Rund­kol­ben unter Rück­fluss mit einem elek­tri­schen Heiz­pils ca. 15 Minu­ten zu Sie­den erhitzt (Sie­de­stein­chen nicht ver­ges­sen). Die Appa­ra­tur soll­te nach unten hin so viel „Luft las­sen“, dass man den Heiz­pils jeder­zeit absen­ken und so das Inne­re des Kol­bens gemein­sam mit den SuS betrach­ten kann.

Die notwendige Apparatur

Die not­wen­di­ge Appa­ra­tur, Zeich­nung erstellt mit C‑Design.


Wei­ter­le­sen
Nette Versuche Aufbau, Eliminierung, nukleophil, Salzsäure, Substitution, tert-Butylalkohol, ungiftig, Versuch

Von der Fischer-Projektion zum korrekten 3d-Molekül

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Ste­reoi­so­me­rie bei Koh­len­hy­dra­ten hat oft etwas sehr Abs­trak­tes. Leich­ter wird es mit einem Mole­kül­bau­kas­ten, weil man sich auf die­se Wei­se Chi­ra­li­tät bes­ser vor­stel­len kann, weil sie anfass­bar wird. Dazu muss man aber zumin­dest wis­sen, wie man von einer Fischer-Pro­jek­ti­on wie die­ser hier von D‑Glucose


zu einem kor­rek­ten 3d-Mole­kül kommt. Da man das schwer im Text erklä­ren kann, wird es nun – für riecken.de eher unge­wöhn­lich – mul­ti­me­di­al. Ich habe dazu einen klei­nen Film gedreht, in dem man mich auch mit nor­ma­ler Stim­me hören kann… (man wirft mir ja gele­gent­lich vor, so unper­sön­lich im Web zu sein) 

Und? habt ihr alles ver­stan­den? Dann der Test: Ist das unte­re Mole­kül hier (kann man mit der Maus dre­hen – wenn JAVA instal­liert ist) denn auch D‑Glucose oder nicht? 


Haben die SuS das grund­sätz­li­che Bau­prin­zip ver­stan­den, so kann man etwa mit den Tabel­len aus dem guten, alten Bay­er-Wal­ter (das Kapi­tel über die Koh­len­hy­dra­te dar­in setzt für mich immer noch Maß­stä­be) jedes Zucker­mo­le­kül bau­en las­sen – spie­le­risch z.B. so:

  1. Baut einen belie­bi­gen Zucker und gebt ihn an den Nach­barn wei­ter. Die­ser muss den Namen erraten.
  2. Baut mit eurem Nach­barn ein­an­der chi­ra­le Zucker (Enan­tio­me­re)
  3. …

Übri­gens stel­le ich mir etwa so wie hier inter­ak­ti­ve Arbeits­blät­ter vor… Geht auch mit Mood­le. Es braucht nur HTML und das in mei­nen Augen ziem­lich gute App­let Marv­in­View, wel­ches ich jetzt end­lich auch in der aktu­el­len Ver­si­on hier im Blog einsetze. 

Chemieunterricht 3d, Bau, Baukasten, Fischer, Molekül, Projektion, Umsetzung

Warum schwimmt etwas? Weintraubendidaktik

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Ich fin­de es immer wie­der wit­zig, wie zufäl­lig sich Stun­den erge­ben. Auf die Idee zu der fol­gen­den Stun­de kam ich durch die­se Sei­te der Uni­ver­si­tät Olden­burg. Bei der Beschrei­bung dort dach­te ich: „Da geht doch auch was auf dem Niveau einer 7. Klas­se!“. Grund­pfei­ler sind fol­gen­de Beobachtungen:

Diese Weintraube schwimmt nicht in Wasser

Die­se Wein­trau­be schwimmt nicht in Wasser

Ganz anders hier:

Diese Weintraube schwimmt in Wasser

Die­se Wein­trau­be schwimmt in Wasser

Offen­bar ist die eine Wein­trau­be kaputt :o)… Nee, natür­lich nicht. Oben liegt die Wein­trau­be in Süß­was­ser, unten wur­de zünf­tig Koch­salz hin­zu­ge­fügt und immer wie­der umge­rührt.  Die Arbeits­auf­trä­ge für die SuS hät­ten am bes­ten gelautet:

Wei­ter­le­sen

Chemieunterricht, Nette Versuche Chemie, Dichte, schwimmen, Versuch, Weintraube

Arbeitsblatt rund um Dichte und Volumeneinheiten

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… frisch dem PC ent­sprun­gen und im Blog für die Indi­zie­rung durch Such­ma­schi­nen frei­ge­ge­ben. Für die Kon­ser­ven­nut­zer gibt es das Blätt­chen natür­lich auch als Open­Of­fice- oder Word-Doku­ment. Bit­te die Crea­ti­ve-Com­mons-Lizenz beachten…


Die Dich­te von Stof­fen berechnen

Das glei­che Volu­men unter­schied­li­cher Stof­fe kann eine ganz unter­schied­li­che Mas­se besit­zen. Daher emp­fin­den wir z.B. Queck­sil­ber als „schwer“ und Was­ser im direk­ten Ver­gleich dazu als „leicht“.

Wäre es mög­lich, von jedem Stoff genau einen cm³ (= 1mL) abzu­tren­nen und auf eine Waa­ge zu legen, könn­te man eine bestimm­te Mas­se ablesen.

Bsp.: 

1cm3 Eisen wiegt 7,86g

1cm3 Was­ser wiegt 1g

Anders for­mu­liert:

Eisen wiegt pro cm³ 7,86g. Es besitzt eine Dich­te von 7,86g/cm3 (7,86g pro 1cm3)

Was­ser wiegt pro cm³ 1g. Es besitzt eine Dich­te von 1g/cm3 (1g pro 1cm3)

Dich­te:

Die Dich­te ρ ent­spricht dem Zah­len­wert der Mas­se von 1cm3 eines Stof­fes – oder mathe­ma­tisch ausgedrückt:

ρ = m / V [g/cm3]

(Dich­te gleich Mas­se in Gramm durch Volu­men in Kubikzentimeter)

Trägt man die Mas­se eines Stof­fes auf der y‑Achse und sein Volu­men auf der x‑Achse eines Dia­gram­mes auf, ergibt sich eine Gera­de, die umso stei­ler ist, je grö­ßer die Dich­te eines Stof­fes wird. Hier ein Bei­spiel­dia­gramm für Sand und Was­ser aus einem Schü­ler­ex­pe­ri­ment, inklu­si­ve Regres­si­on und Bestimmtheitsmaß.

Die Dich­te von eini­gen Stoffen

Stoff Dich­te [g/cm3] Stoff Dich­te [g/cm3]
Gold 19,3 Blei 11,36
Kup­fer 8,9 Mes­sing 8,5
Eisen 7,86 Zink 7,13
Zinn 7,29 Alu­mi­ni­um 2,7
Glas 2,5 Beton 1,8–2,4
Gra­phit 2,1 Zie­gel 1,9
Hart­gum­mi 1,2 Buchen­holz 0,73
Kork 0,25 Sty­ro­por 0,03
Salat­öl 0,9 Spi­ri­tus 0,83
Ben­zin 0,7

Auf­ga­be 1:

Berech­ne anhand der obi­gen Tabel­le, wie viel Mas­se das ange­ge­be­ne Volu­men der jewei­li­gen Stof­fe wiegt:

(a) 1cm3 Zink

(b) 1m3 Zink 

© 10cm3 Eisen 

(d) 5cm3 Aluminium

(e) 30cm3 Glas 

(f) 2cm3 Messing 

(g) 1km3 Styropor 

(h) 2 Liter (dm3) Ben­zin

Auf­ga­be 2:

Der Scheich von Per­si­en wünscht eine Kegel­ku­gel aus mas­si­vem Gold mit einem Volu­men von 5000cm3. Die ange­frag­te Fir­ma lehnt mit dem Hin­weis auf die zu hohe Mas­se ab. Hat die Fir­ma Recht?

Auf­ga­be 3:

Ein Tank­wa­gen darf maxi­mal 5t Ben­zin trans­por­tie­ren. Die Raf­fi­ne­rie pumpt 6000 Liter Ben­zin in den Tank. Ist der Tank­wa­gen nun über­la­den oder nicht?

Chemieunterricht Arbeitsblatt, Aufgabe, Dichte, Einheit, Übung, Volumen

Luftanalyse über Brenndauer [update]

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Öhm, ja – ich hat­te die Geschich­te dazu schon ein­mal hier beschrie­ben. Heu­te habe ich den Ver­such tat­säch­lich mit den SuS im Unter­richt durch­ge­führt. Fol­gen­de Brenn­dau­ern sind ermit­telt worden:

Luft: 8,5s / 10s /7,5s / Mit­tel­wert: ca. 8,5s

Sau­er­stoff: 54s / 50s / Mit­tel­wert: 52s

Damit ergibt sich ein Ver­hält­nis der Brenn­dau­ern von 8,5 : 52 bzw. 16,3 : 100. So wur­de expe­ri­men­tell ein Sau­er­stoff­ge­halt von 16,3% (Theo­rie­wert: 21%) bestimmt, also beträgt der Feh­ler etwa 22%. Nun­ja – der Auf­bau ist ja noch opti­mier­bar (Ver­mei­dung von Ver­wir­be­lun­gen, stets eine fri­sche Ker­ze, exakt glei­che Ein­tauch­tie­fe usw.)  – man kommt also recht gut in die Nähe des tat­säch­li­chen Sauerstoffgehalts.

Die Schü­le­rin mit der Idee zu die­sem Ansatz war schon recht stolz und ich muss mit mei­nem klas­si­schen Auf­bau dage­gen erst­mal anstin­ken. Span­nend, was man in der Schu­le alles ler­nen kann…

Chemieunterricht, Nette Versuche Brenndauer, Chemie, durch, Experiment, Kerze, Luftanalyse, Planung, Sauerstoffgehalt, Schüler
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