Das Ionenprodukt des Wassers

Vor­be­mer­kung:

Alle For­meln in die­sem Arti­kel wur­den mit die­sem Online­tool erstellt!

Und jetzt los:

Nach lan­ger Zeit kommt hier end­lich wie­der etwas Fach­li­ches. Mich ner­ven seit Jah­ren Lehr­bü­cher mit einem Satz, der immer wie­der in der einen oder ande­ren Form auf­tritt. Er lautet:

Wie man leicht sieht…

Ent­we­der ich gehö­re nicht zur Spe­zi­es „man“, ich bin unbe­gabt oder ein­fach zu kri­tisch. Ich sehe zumin­dest in den sel­tens­ten Fäl­len die aus­ge­las­se­nen Zusam­men­hän­ge „leicht“. Ein pri­ma Bei­spiel ist der Kw- bzw. pKw-Wert, also das Ionen­pro­dukt des Was­sers. Die meis­ten Lehr­bü­cher machen das so (oder ähnlich):

In gerin­gem Maße pro­to­ly­siert Was­ser sich selbst. Dar­auf ist auch die gerin­ge Leit­fä­hig­keit von rei­nem Was­ser zurück­zu­füh­ren. Die Reak­ti­on ver­läuft gemäß:

autoprotolyse_wasser

Für die­se Reak­ti­on lässt sich die Mas­sen­wir­kungs­kon­stan­te K formulieren:

ionenprodukt_wasser_k

Und jetzt kommt der Satz:

Wie man leicht sieht, kann die Kon­zen­tra­ti­on des Was­ser bei ver­dünn­ten sau­ren und basi­schen Lösun­gen als wei­te­re Kon­stan­te betrach­tet und die Kon­zen­tra­ti­on des Was­sers mit in die Mas­sen­wir­kungs­kon­stan­te K ein­be­zo­gen wer­den, indem man bei­de Sei­ten mit dem Term c(H2O)2 multipliziert:

autoprotolyse_wasser_multi

also

autoprotolyse_wasser_multi_andere_seite

Da der Term K * c(H2O)2 jetzt gemäß obi­ger Vor­aus­set­zung ein Pro­dukt zwei­er Kon­stan­ten ist, fasst man bei­des zu einer neu­en Kon­stan­te Kw zusammen:

Der Wert von 10-14 mol2/L-2 ergibt sich aus der Tat­sa­che, dass rei­nes Was­ser einen pH=Wert von 7 auf­weist, dort also gilt c(H3O+) = c(OH-) = 10-7 mol/L. So weit so gut. Aber was geschieht eigent­lich, wenn man die rea­le Kon­zen­tra­ti­on des Was­sers mit ein­be­zieht? Wie stark weicht dann Kidea­li­siert (Annah­me: Die Kon­zen­tra­ti­on des Was­sers ist kon­stant) dann von Kreal (die Kon­zen­tra­ti­on des Was­sers ist nicht kon­stant) ab?

Wei­ter­le­sen

Temperatur im Kugelteilchenmodell als Körperübung

Wenn man Luft in einem Luft­bal­lon erhitzt und gleich­zei­tig das Kugel­teil­chen­mo­dell bereits ein­ge­führt hat, bekommt man als Erklä­rung für das Grö­ßer­wer­den des Bal­lons oft zu hören, „dass sich die Kugel­teil­chen aus­deh­nen.“ Da nützt es auch nichts, wenn vor­her sau­ber defi­niert wur­de, das Kugel­teil­chen in Gestalt und Form unver­än­der­lich sind.

Was nach mei­ner Erfah­rung etwas nüt­zen kann, ist ein klei­ne Kör­per­übung, die das Phä­no­men „Aus­deh­nung bei Tem­pe­ra­tur­er­hö­hung eines Gases“ erfahr­bar macht. Dazu bil­det man zwei Grup­pen: Grup­pe 1 (blau) bil­det einen Kreis (mit Anfas­sen..). Grup­pe 2 (oran­ge) bewegt sich inner­halb die­ses Krei­ses, wie in fol­gen­der Abbil­dung dargestellt:

Temperatur im KugelteilchenmodellJetzt gibt es zwei Pha­sen: In der ers­ten Pha­se bewe­gen sich die Mit­glie­der von Grup­pe 2 lang­sam (gehen), in Pha­se 2 schnell (lau­fen). Eine leb­haf­te Klas­se ist dabei kein Nach­teil: Der Kreis soll in der 2. Pha­se ger­ne „zer­stört“ werden.

Das Erstaun­li­che:

Die Mit­glie­der der Grup­pe 2 deh­nen sich nicht aus, son­dern benö­ti­gen durch ihre höhe­re Geschwin­dig­keit ein­fach mehr Platz, sodass es zur „Aus­deh­nung“ des Krei­ses kommt. Das ist ein Modell für die Vor­gän­ge in einem Gas bei Tem­pe­ra­tur­er­hö­hung, das sich dann in der Bespre­chung abs­tra­hie­ren lässt – auch mit einer 6. Klas­se. Nach die­ser Kör­per­übung (bit­te auf dem Schul­hof durch­füh­ren) habe ich den Satz „Die Kugel­teil­chen deh­nen sich aus“ weit­aus weni­ger oft gelesen…

Übri­gens spielt man aus dem glei­chen Grund in einer Hal­le mit weni­ger Feld­spie­lern Fuß­ball: Der Raum­be­darf bleibt gleich, jedoch nicht der zur Ver­fü­gung ste­hen­de Raum (Feld­grö­ße). Damit wür­de das Ver­let­zungs­ri­si­ko stei­gen, hät­te man dort auch zehn Feld­spie­ler auf dem Platz. Über sol­che „Links“ bil­de ich mir ein, SuS zu erreichen.

Menschenversuch zum dynamischen Gleichgewicht

Dabei wer­den zwei Grup­pen benö­tigt, z.B. Mäd­chen und Jun­gen. Alle müs­sen zur betref­fen­den Unter­richts­stun­de einen Ten­nis­ball mit­brin­gen (Man­da­ri­nen oder Äpfel funk­tio­nie­ren defi­ni­tiv nicht…). Danach benö­tigt man ein ein­fa­ches Spiel­feld, wie es auf jedem Tar­tan­platz vor­han­den ist:

Spiel zum dynamischen Gleichgewicht

Spiel zum dyna­mi­schen Gleichgewicht

Bei­de Grup­pen dür­fen ger­ne unter­schied­lich groß oder „gut“ sein. Die Mäd­chen bege­ben sich in den einen Teil des Fel­des, die Jun­gen in den ande­ren. Ziel ist es nun, die eige­nen Ten­nis­bäl­le in das Feld des Geg­ners zu rol­len. Ankom­men­de Bäl­le dür­fen natür­lich sofort wie­der zurück­ge­rollt wer­den. Das Wer­fen von Bäl­len ist ver­bo­ten. Alle 15 Sekun­den wird das Spiel unter­bro­chen und die Anzahl der Bäl­le für jedes Feld ein­zeln bestimmt. Dabei konn­te ich z.B. fol­gen­de Wer­te ermit­teln (16 Mäd­chen, neun Jungen):

Wei­ter­le­sen

Die unbeliebte Chemie

Che­mie ist ein Fach, wel­ches in der Regel mit Aus­ru­fen „kom­pli­ziert“ oder „Habe ich nie ver­stan­den“ abge­tan wird. Die Ursa­che wird oft in der Abs­trakt­heit des Faches gese­hen. Wer hat in sei­nem Leben, denn schon ein Atom erfah­ren? Wer macht sich denn Gedan­ken um Begrif­fe wie „Sus­pen­si­on“, „Dich­te“ oder „Redox­sys­tem“? Das Inter­es­se von SuS am Fach Che­mie soll in den letz­ten Jah­ren stark zurück­ge­gan­gen sein. In der Tat wird bei uns an der Schu­le das Fach Bio­lo­gie als Natur­wis­sen­schaft zuneh­mend öfter angewählt.

Die Ret­tung soll eine stär­ke­re Kon­tex­tua­li­sie­rung des Faches Che­mie brin­gen. So kann man z.B. sofort mit der Unter­su­chung von Cola/Cola light begin­nen – das ken­nen SuS. Es geht eben dar­um, den Che­mie­un­ter­richt am All­tag anzu­bin­den und damit an der kon­kre­ten Lebens­welt der SuS. Unter­su­chun­gen las­sen erken­nen, dass das Inter­es­se von SuS am Che­mie dadurch gestei­gert wird. Die fach­li­chen Leis­tun­gen eigent­lich auch? Wei­ter­le­sen

LdL: Le deuxième effort

Die Vor­aus­set­zun­gen waren dies­mal nicht gut: Eine Mit­tel­stu­fen­klas­se – schwer zu füh­ren – in einem Fach ohne viel noten­tech­ni­sche Bedeu­tung (Che­mie). Ich weiß nicht, was mich an die­sem Mor­gen gerit­ten hat. Viel­leicht der Ver­such, der all­ge­mein schwie­ri­gen Unter­richts­si­tua­ti­on nicht allein päd­ago­gisch, son­dern auch metho­disch zu begegnen.

Grund­la­ge waren die ers­ten fünf Regeln des Kugel­wol­ken­mo­dells, wel­ches das Kugel­scha­len­mo­dell erwei­tert und die Lewis­schreib­wei­se vorbereitet.

In der Haus­auf­ga­be soll­ten die SuS die Ato­me des Was­ser­stoffs (H), des Koh­len­stoffs ©, des Phos­phors ℗ und des Argon (Ar) mit Hil­fe des Kugel­wol­ken­mo­dells dar­stel­len. Da kommt dann so etwas dabei heraus:

Wei­ter­le­sen

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