Die Nernstsche Gleichung aufstellen

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

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

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

Projekt mit dem Waldkindergarten

Ich unterrichte in diesem Schuljahr einen sogenannten polyvalenten Chemiekurs. Dieser Kurs ist notwendig, damit die Schülerinnen und Schüler ihre Belegungspflichten in der Profiloberstufe erfüllen, und er soll prinzipiell fachübergreifend innerhalb der Naturwissenschaften angelegt sein. Als Chemie-/Deutschlehrer tut man sich da selbstredend schwerer als jemand mit einer zweiten Naturwissenschaft als Beifach.

Da ich ja immer fixe Ideen habe (es gibt zu diesem Kurs kein Curriculum!) und es an unserer Schule schon Projekte gab, in denen Schülerinnen und Schüler Grundschülern die Chemie nähergebracht haben, habe ich dem Kurs vorgeschlagen, einen Schritt weiterzugehen und den örtlichen Waldkindergarten mit einzubinden, zu dem ich gute Kontakte haben und die beim Haus der kleinen Forscher mitmachen. Mein Kurs wollte und hat unter dem Rahmenthema „Farben“ einige Experimente ersonnen, aber gleichzeitig auch eine Didaktisierung für Kinder dieses Alters.

Schritt 1 – Planungsphase A:

Anhand von Material aus unserer Schule, z.B. den vom Kurs des letzten Jahres erstellten Reader für die Grundschüler, und anhand von Internetrecherchen wurden verschiedene Versuche von den sechs Teams ausgewählt. Schwerpunkt bildete dabei die Praxis – d.h. es musste Sicherheit um Umgang mit Geräten und Stoffen erworben werden. Ich habe mich nur bei wirklich sicherheitsrelevanten Aspekten eingeschaltet.  Hier eine Auswahl von Aufbauten – die Fotos sind von den SuS erstellt (der erfahrene Chemielehrer erkennt einige Klassiker, alle anderen seien auf das Dokumentationswiki verwiesen, welches wir im Kurs gerade befüllen – Link folgt):

 

Milchbild - Mit Zauberstab und Lebensmittelfarbe Muster zeichnen

 

Eine einfache Lavalampe - Salz reißt Öl mit...

Schritt 2 – Erprobungphase:

Alle Versuche wurden im Unterrichtsraum an Stationen aufgebaut. Wir sind als ganze Lerngruppe von Station zu Station gezogen. Die zuständigen Teams haben SuS, die die Kinder „simulieren“ sollten, ihren Versuch vorgestellt bzw. durchführen lassen. In dieser Phase kam es auch zu spannenden Erkenntnissen auf beiden Seiten.

Schritt 3 – Planungsphase B:

Die Experimente wurde entsprechend der Erfahrungen (SuS geben erstaunlich realistische Kindergartenkinder ab, wenn man sie nur lässt…) vor allem unter diesen Fragestellungen überarbeitet:

  • Was kann ein Kind machen, was ich bisher vorgemacht habe?
  • Was kann alles schiefgehen und vermeide ich das durch einen geeigneten Versuchsaufbau?
  • Wie setze ich meinen Anspruch an die Vermittlung von Hintergründen zum Experiment kindgerecht um?
  • Was brauche ich noch für mein Vorhaben (Material, Hilfen)?

Schritt 4 – Durchführung:

Am 6. Mai war es dann soweit. Die SuS waren für das Projekt für die ersten beiden Stunden nebst Herrn Riecken freigestellt (in der 3./4. Stunde lag unser regulärer Unterricht). Da ich den Unterricht der KuK achte, gehe ich bei Projekten möglichst minimalstundenplaninvasiv vor. Meine regulären Klassen hatten zumindest zur Hälfte Aufgaben erhalten – gleichwohl wurde ich natürlich vertreten. Leider kann ich aus Datenschutzgründen keine Fotos veröffentlichen.

Ich habe selten so beteiligte und engagierte SuS erlebt – selbst Klogänge mit den Kindern wurden selbstbestimmt durchgeführt. Als ein Glückgriff erwies sich, dass Herr Riecken in der Aufregung die Kinder in fünf Gruppen statt in die notwendigen sechs aufgeteilt hatte – so blieb ein „Joker“ und es durfte an Station A auch einmal länger als an Station B dauern.

Schritt 5 – Reflexion:

Erstmal haben wir ca. 200 Fotos von diesem Tag am Beamer geschaut – die Erzieherinnen und Herr Riecken haben viel fotografiert… Dann ging es in den PC-Raum zu einem anonymen Feedback mit Moodle. Hier einige Ergebnisse, die für sich selbst sprechen:

Freitextfrage: Was hat mich bei der Durchführung positiv überrascht?

Kinder waren sehr engagiert.
Das Wissen das einige Kinder bereits mitbringen
Es war alles gut
Die Begeisterung der Kinder sowie die Ausdauer in Bezug auf diese.
Die Kinder waren sehr interessiert und haben viel nachgefragt. Zudem wollten sie viel selbst machen.
Meine eigene, und die Motivation der anderen
Kinder haben die Theorie oft schnell verstanden.
Das überaus starke Interesse der Kinder
nichts
einige Kindergartenkinder waren interessiert und wissbegierig.
Des Weiteren hatten einige der Kids viel Spaß.
Dass die Kinder teilweise gut mitgearbeitet haben und schon einiges verstanden haben
Die meisten Kids waren sehr engagiert dabei!

Wir haben übrigens sehr viel mit dem Kugelteilchenmodell gearbeitet. Das ist – auf jeder Chemiefortbildung zu hören – „wissenschaftlich nachgewiesen“ für Kinder bis zur 6. Klasse „viel zu abstrakt“ – Phänomene reichen aus. In der Physik hingegen ist es „wissenschaftlich erwiesen“, dass es in der 5. Klasse eingesetzt werden sollte, um Phänomene zu erklären, damit es nicht allein auf konsumierendes Gepütscher hinausläuft. Ich oute mich ja immer auf Chemiefortbildungen damit, nicht auf dem neuesten Stand der Wissenschaft zu sein. Die Frage nach Belegen reicht meist aber schon für eine entlarvende „Weilnunmaldasistnunmalso“-Argumentation, meist gepaart mit einem persönlichen Angriff – das nur am Rande.

Weiter mit den Evaluationsergebnissen:

Über den letzten Punkt kann man sich streiten – oder auch nicht, denn:

Freitextfrage: Folgendes würde ich bei einer Wiederholung des Projektes anders machen

eventuell einen anderen Versuch wählen
die Kinder mehr machen lassen.
einfachere Themen, die nicht chemisch erläutert werden müssen und vielleicht noch verständlicher sind.
Ich würde versuchen das Projekt noch strukturierter auszuführen
ein wenig mehr Zeit einplanen
gemeinsame Pause mit den Kindern
Eine längere Zeitspanne auswählen und Versuche wählen die ca. gleich lange Zeit benötigen.
Ich glaube, es wäre sinnvoll das Erklärungsmodell noch besser auf die Kids abzustimmen.
Experimente die die Kinder mehr begeistern
mehr Zeit in einzelne Versuche investieren

Im Anschluss habe ich verschiedene Tools für die Dokumentation der Ergebnisse/Erkenntnisse vorgestellt (Blog, Mahara, GoogleDocs, Wiki) – die Wahl fiel auf ein Wiki.

Schritt 6 – Dokumentation:

Zur Zeit gestalten wir gerade das Wiki – eine für mich und die SuS völlig neue Erfahrung, da wir alle noch nie mit so einem Tool gearbeitet haben – bisher war alles eher WYSIWYG. Wie gesagt – vielleicht verlinke ich es hier, wenn es fertig ist.

Fazit:

Das Projekt läuft ja noch – ich teile die Wahrnehmung vieler SuS nicht, dass wenig über Chemie gelernt wurde. Anhand der Fragen, die  in der Vorbereitungsphase gestellt worden sind, konnte ich im Beratungsprozess erkennen, dass da schon das eine oder andere geschehen ist, da fielen schon harte Fachbegriffe wie mobile oder stationäre Phase, Adhäsion usw..

Neben dem ganzen fachlichen Kram war es für mich eine Offenbarung, SuS weitgehend außerhalb systemisch vorgegebener Schülerrollen zu erleben, nämlich z.B. als zugewandte Lernbegleiter oder auch kompetente und umsichtige Experimentatoren, als authentisch neugierig Fragende, als „Wissen-Wollende“. Dafür sind Kinder aber auch sehr effiziente Induzierer… Viel effizienter als vielleicht Menschen mit vorhandener „classic“ Schulerfahrung.

Ich weiß nicht, wie oft zwischen Sammlung und Unterrichtsraum hin- und hergerannt bin, um etwas zu holen, vorzuschlagen, zu beraten, Möglichkeiten aufzuzeigen, zu korrigieren, nachzufragen… . Das war Arbeit – aber eine gänzlich andere, ziemlich fordernde. Der Aufwand „drumherum“ hielt sich in Grenzen, da das Material, was nicht in der Schule vorhanden war, von den SuS besorgt wurde. Ich musste nur Quittungen abrechnen.

Seltsame Erfahrungen

Ich leite gerade einen Abdeckerkurs Naturwissenschaften. Den besuchen Schülerinnen und Schüler, um Belegungspflichten zu erfüllen – er muss ins Abitur eingebracht werden und es werden auch zwei Klausuren geschrieben, aber im Prinzip ist dieser Kurs eine Formalie. Entsprechend wenig würde man klischeehaft gedacht dann von den Schülerinnen und Schülern an Leistungsbereitschaft erwarten. Das ist aber nicht so.

Erfahrung 1:

Die Mitarbeit ist dann am intensivsten, wenn ich anspruchsvollen Stoff aufbereite. Vermeintlich fluffige, vom Kurs selbst gewünschte Themen – z.B. Drogen und Medikamente – verloren schnell an Schwung, da das dazu notwendige chemische und biologische Wissen doch recht komplex ist, um es sich nebenbei anzueignen. Grundlagenchemie, die anderen Fächern dient, z.B. Fette, Eiweiße oder Zucker wurden gerne mitgenommen – obwohl das eigentlich recht klassisch ist.

Erfahrung 2:

Wir machen gerade ein Projekt (Ich war aber der Böse, der es vorgeschlagen hat…). Dabei wollen wir rund um das Thema Farben Kindergartenkindern chemisches Denken vermitteln, z.B. mit

  • Rotkohlindikator
  • Papierchromatographie
  • einer selbst gebauten Lavalampe, deren Funktion auf Dichteunterschieden beruht
  • Gas- und Schaumbildung (Teilchennmodell)
  • Milchbildern (Tenside und Lebensmittelfarbe)

Dabei werden uns tatsächlich Kindergartenkinder besuchen. Die Versuche haben die SuS selbst erarbeitet. „Pütscher, pütcher, pütscher“ ist dabei zu wenig – es soll auch ein bisschen auf kindgerechtem Niveau um Naturwissenschaft gehen – Was haben Lebensmittel gemeinsam, die Rotkohlsaft rot färben usw.?

Diese Woche durften einige aus dem Kurs „Kind“ spielen und die Stationsbetreuer sollten mit ihnen die Aufgabe an der Station durchführen. Erstmal mögen auch Oberstufenschüler gerne Kinder spielen und es kam tatsächlich auch zu durchaus realen Katastrophen (Nichteinhaltung der Versuchsbeschreibungen, wildes Herumgemansche usw.).

Eine Gruppe hatte ihren Versuch perfekt vorbereitet – er klappte wie am Schnürchen und auch sinnvolle Vorbereitungsversuche waren integriert.  Allein – sie konnten ihren Versuch überhaupt nicht vermitteln und schon gar nicht kindgerecht.

Mögliche Reaktion von mir: „Hm – also das war ja eindeutig Teil der Aufgabe und diese Leistung geht jetzt in die Gesamtnote ein!“

Es reichte ein: „Am … sitzen da sechs neugierige Kinderaugen, die sich auf den Tag gefreut haben und euch anschauen.“ – Das saß.

Das hat mich berührt. Ich hatte den Eindruck, dass die SuS in diesem Moment etwas verstanden hatten, was sie durch die erste Reaktion nie hätten lernen können. Vielleicht denke ich da jetzt zu romantisch: Aber eventuell braucht Schule mehr von diesen Erkenntnisprozessen.

Es steht im Prinzip auch im Curriculum so drin, aber dort stehen eben auch lange Listen von abiturrelevanten Themen. In einem Abdeckerkurs ist das fast egal – Halbjahresnote und gut. In einem Kurs auf erhöhtem Niveau habe ich nicht die Zeit für dererlei Luxus. Das vermeintlich Unwichtige bietet in der Schule nach meiner Erfahrung viel mehr Raum für Freiheit und Experimente. Deswegen bin ich auch ein Freund des Seminarfachs.

Mit der Waage zählen

Die Herausforderung:

In der Chemie hat man es sehr oft mit Zahlenverhältnissen zu tun – seltener mit Massenverhältnissen. Das einfachste Beispiel ist die sogenannte Summen- oder Verhältnisformel. So bedeutet

Cu2S

etwa, dass im Stoff Kupfer(I)-Sulfid immer zwei Kupferatome auf ein Schwefelatom kommen, bzw. das Anzahlverhältnis von Kupfer- zu Schwefelatomen

2:1

beträgt. Nun haben wir so gewisse Probleme, Atome in der realen Welt optisch auszumachen – zwar kann unser Auge wenige Photonen wahrnehmen, einzelne Atome lassen sich damit jedoch nicht anschauen. Selbst Elektronenrastermikroskope (stehen eher nicht in der Schule herum) machen im Prinzip lediglich Elektronen(-hüllen) durch Elektronen sichtbar – die dort abgebildete Wirklichkeit passt jedoch erstaunlich gut zur Quantentheorie. Dennoch kommt der Begriff „Atom“ (von griech. ἄτομος/átomos) schon in der Antike und weit vor der Erfindung des Rastermikroskops vor. Wie um Himmels Willen sind die Menschen darauf gekommen, dass unsere Welt aus winzigen, kleinen Teilchen besteht?

Im Wesentlichen wurde zu experimentellen Befunden eine Theorie entwickelt.  Lässt man Stoffe miteinander reagieren, so tun sie das immer in einem ganz bestimmten Massenverhältnis. Ein klassisches Beispiel ist dieser Versuch. Wie kommt man aber von der Tatsache, dass Stoffe in einem bestimmten Massenverhältnis miteinander reagieren, zur Annahme, dass Atome, d.h. winzige Teilchen mit weitgehend konstanter Masse existieren?

Meine bisherigen Lösungansätze

Schritt 1:

Ich mache im Unterricht diesen oder diesen Versuch, bzw. lasse ihn die SuS machen. Ich achte darauf, dass die Ergebnisse ungefähr hinkommen – deswegen schiebe ich oft noch die Kupferoxidgeschichte hinterher, wenn der erste Versuch nicht so eindeutig verläuft. Man bekommt heraus, dass Stoffe nicht in jedem beliebigen Massenverhältnis miteinander reagieren – anschaulich wird das besonders dadurch, indem man für jede Teilmessung normiert, d.h. z.B. immer berechnen lässt, mit wie welcher Masse Schwefel bzw. Sauerstoff 1g Kupfer reagiert hätte. Dafür braucht es heute nicht einmal einen Dreisatz mehr, da ich hier in Niedersachsen Raubbau in der Mathematik betreiben kann. Die lehrt Proportionalitäten in ihren Spiralcurriculum nämlich so:

Man muss nur operationalisieren, wie man auf den Faktor kommt (Fall 1: Die Zahl 1 ist kleiner als der Messwert, Fall 2: Die Zahl 2 ist größer als der Messwert). – das kennen die SuS aber eigentlich aus dem Mathematikunterricht, bzw. das kommt dann schnell wieder. Früher habe ich tatsächlich Verhältnisgleichungen mit den SuS aufgelöst oder Geraden mit Steigungsdreiecken gezeichnet. Damit erlebe ich heute eher keine Erfolge mehr. Es ist eben so wie es ist und die oben skizzierte Rechenoperation ist durch den Mathematikunterricht in der 7. Klasse hier in Niedersachsen sicher eingeführt.

Schritt 2:

Ich verteile zwei Arten von Kugeln. Leichte und schwere Kugeln, wobei die Kugeln beider Gattungen aber ungefähr die gleiche Masse haben. Jede Gruppe erhält zusätzlich eine Waage und soll mit einem definierten Startwert von Kugeln beginnen, also etwa drei leichten und einer schweren Kugel. Die Masse der leichten Kugel wird insgesamt bestimmt wie auch die Masse der schweren Kugel. In den weiteren Durchgängen soll das Massenverhältnis von leichten und schweren Kugelportionen stets erhalten bleiben und die jeweiligen Anzahlen von leichten und schweren Kugeln sollen notiert werden.

Eine Tabelle könnte dann so aussehen:

m(Kugelportion,leicht) m(Kugelportion,schwer) Quotient(leicht/schwer) n(Kugeln, leicht) n(Kugeln,schwer) Quotient(leicht(schwer)
5g 5g 1 3 1 3
10g 10g 1 6 2 3
15g 15g 1 9 3 3

Herauskommen soll natürlich: Halte ich das Massenverhältnis der beiden Kugelarten konstant, so bleibt auch das Anzahlverhältnis konstant. Ich fürchte bloß, dass heute kaum noch etwas mit dem Begriff „Zahlenverhältnis“ anfangen kann – natürlich könnte ich bei der Tabelle wieder hergehen und jeweils auf eine schwere Kugel normieren…

Schritt 3:

Was bedeutet das für den Versuch mit Kupfer und Schwefel bzw. Sauerstoff? Eine mögliche Erklärung für unsere Beobachtung der konstanten Massenverhältnisse könnte darin liegen, dass die Stoffe Kupfer und Schwefel aus einander gleichen, aber stoffspezifisch unterschiedlich schweren „Kugeln“, den Atomen aufgebaut sind – es gibt fairerweise auch andere Erklärungen, aber das klingt erstmal plausibel. Die Kiste so zu erklären deckt sich zudem mit anderen Beobachtungen aus der Chemie.

Schritt 4:

Dann kommt ein kleiner Exkurs in den Begriff des Verhältnisses. Ich arbeite immer mit Mädchen- und Jungenportionen in einer Klasse: Wenn jeder Junge 40 Kilo wiegt, wie viele Jungen sind dann in einer Jungenportion mit einer Masse 400 Kilo enthalten?  Dann ist der Weg zur Berechnung von Anzahlverhältnissen nicht mehr weit.

Von

n(Junge)=m(Jungenportion)/m(Junge)

ist es dann auch nicht mehr weit zu

n(Kupferatom)=m(Kupferportion)/m(Kupferatom)

Man kann sogar ketzerische Fragen stellen, on die Jungen lieber in Klasse a) wäre, für die gilt:

n(Jungen)/n(Mädchen) > 1

oder in Klasse b), für die gilt:

n(Jungen)/n(Mädchen) < 1

Problem:

Ich finde keinen überzeugenden Übergang von Schritt 2 zu Schritt 3. Ich muss das im Unterricht immer übers didaktische Knie brechen. Ich habe in diesem Jahr auch schon Schritt 4 vorgezogen… Immer seltener höre ich diesen Gedankengang von meinen SuS. Vielleicht ist Schritt 2 ja auch doof. Oder die SuS gehen in ihrem Alltag selten mit Verhältnissen um… . Vielleicht lässt sich im Vorwege noch mehr und etwas anders machen. Habt ihr da draußen Ideen? Ich hätte es schon gerne etwas selbstbestimmter, weil für mich genau so etwas ja auch naturwissenschaftliches Denken ausmacht.

Chemie: Arbeitsblatt „Atommodelle“

Anbei findet ihr ein kürzlich wiederentdecktes  Arbeitsblatt, welches die wesentlichen Atommodelle im Chemieunterricht der Mittelstufe überblickend dokumentiert und im Aufgabenteil eine kritische Auseinandersetzung mit dem Modellbegriff fordert.

Ursprünglich habe ich ich dieses Material in der Oberstufe eingesetzt, wobei zusätzlich das vereinfachte Orbitalmodell mit enthalten war – leider weiß ich nicht mehr, woher  dort die Illustrationen stammen. Daher gibt es nur die Teile, von denen ich sicher weiß, dass sie frei von Rechten Dritter sind.

Hier das Material: ODT PDF

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