Sitzung 12 Flashcards
Nenne drei Gründe dafür, warum das Thema „Energie“ im Chemieunterricht behandelt
werden sollte
- fachlich: Effekte werden SuS häufig als “energetisch” präsentiert (zB Bildung von Flammen) -> SuS müssen Prinzipien von Energie verstehen und auch fachübergreifend verinnerlichen
- späterer Beruf: berufsvorbereitende Ideen des Chemieunterrichts werden vermittelt für Anwendungsbereiche zur Energie -> Wie werden chem. Reaktionen gesteuert? Welche chem. Prozesse können vorhergesagt werden? Theorie der Reaktionsenergie (wichtig für Produktionsverfahren in der Wirtschaft)
- Alltag: energetische Prozesse im Alltag sollen zukünftig für SuS richtig eingeordnet werden (Energiespeicherung -> Batterie, Akku); SuS sollen Alltagschemie der Energie verstehen und am gesellschaftlichen Diskurs zum Energiekonzept teilnehmen können
Erläutere anhand einiger Beispiele, wie Umgangssprache z.B. in der Werbung zu
Fehlvorstellungen bei SuS über Energie führt
- Alltagserfahrungen, Umgangssprache und naive Interpretationen führen zu Fehlvorstellungen
-v.a. in Werbung und den allgemeinen Medien
wird der Begriff Energie nicht wissenschaftlich korrekt verwendet –> falsche Verwendung in zwei Bereiche eingeteilt
- In der Umgangssprache wird Energieerhaltungssatz teilweise missachtet. (Beispiel Marswerbung von 1962: „Mars ersetzt verlorene Energie“; „Erneuerbare Energien Gesetz“ (EEG) Begriff Energie erhält auf die Weise Einzug
in die Öffentlichkeit) So ist von „Energieeinsparung“ und „Energiewende“ die Rede und Elektrogeräte werden mit einem „hohen oder niedrigen Energieverbrauch“ mit offiziellen Energielabeln gekennzeichnet - Energie als eine Art substanzielles
„Fluidum“, das geradezu greifbar seine Arbeit verrichtet (RWE-Werbespots unter dem Motto `Strom fürs Auto´ unter dem Slogan „RWE-Autostrom, hier
laden Sie auf“; „Strom wird getankt“; “Energy Drink”)
- Lehrkraft muss alltäglichen Gebrauch des Energiebegriffs kennen, SuS aus Alltagswelt abholen und wissenschaftl. korrekten Begriff einführen
Beschreibe, wie Entropie didaktisch reduziert in der Schule erklärt werden kann
- Diffusionsversuche können Vorstellung von Entropie fördern und so freiwilliges Ablaufen von Reaktionen verständlicher machen (Parfumduft im Klassenzimmer verteilen) -> gleichmäßigere Verteilung im System wahrscheinlicher als dass Teilchen am gleichen Platz bleiben
- Boltzmann´scher Ansatz: Der Zustand der größten (räumlichen) Unordnung ist auch gleichzeitig der wahrscheinlichste Zustand:
𝑆 = 𝑘 ∙ ln 𝑊
Mit: S - Entropie
k = 1,38 ∙ 10-23 J/K (Boltzmann-Konstante)
W - Anzahl der Realisierungsmöglichkeiten - Reaktion findet statt, wenn Entropie bei Reaktion steigt
- -> Energiebegriff als „Unordnung von Materie und Energie“ (Atkins); es wird erklärt, dass endotherme Reaktionen auch freiwillig ablaufen können
Nenne Fehlvorstellungen zur chem. Reaktion und Entropie und nenne den zugehörigen Versuch dazu
- Als Fehlvorstellung muss das
Prinzip von Berthelot (chem. Reaktion läuft genau dann ab, wenn Energie der Produkte kleiner als Energie der Edukte) widerlegt werden. Dies kann über das Lösen von Vitamintabletten
gezeigt werden (Natriumhydrogencarbonat reagiert freiwillig und endotherm mit
Citronensäure) oder die Bildung des Kupfer-EDTA-Komplexes - Fehlvorstellung, dass Unordnung immer mit frei beweglichen Teilchen und räumlicher Unordnung zu tun hat, kann mit Daniell-Element vorgebeugt werden
Was zeigt der Versuch zur EDTA-Komplexbildung? und Versuch erklären
- Brücke kann von der Unordnungszunahme (physikalisch) zu chem. Vorgängen geschlagen werden
endotherme Bildung von Kupfer-EDTA-Komplex - In das andere Becherglas füllt man 20 mL der Ammoniak-Lösungund fügt noch 30 mL der EDTA-Lösung hinzu. Die beiden Bechergläser werden mit Uhrgläsernabgedeckt und solange stehen gelassen, bis die Temperaturen in beiden Lösungen exakt gleichsind. Ist dies der Fall, werden die beiden Flüssigkeiten in den Plastikbecher gegeben, der sichzur besseren Isolierung in einem Styroporbehälter befindet. Man rührt mit dem Magnetrührerkurz und bestimmt die Temperatur (Abb. 1). Es ist notwendig, den Plastikbecher mit einemUhrglas abzudecken, da sonst das verdampfende Ammoniak die Messung stört(Verdampfungsenthalpie!).Beobachtung und Auswertung_ Gibt man den mehrzähnigen Liganden EDTA zu dem Kupfertetraamminkomplex so misst man hierbei eine Temperaturabnahme von ΔT= -1,8 K. Es bildet sich in endothermer Reaktion (!) der wesentlich stabilere Kupfer-EDTA-Komplex
Erkläre Versuch Einfluss der Temperatur auf die Unordnung
Einfluss der Temperatur auf die Unordnung
Geräte und Chemikalien: heißes und kaltes Wasser, Kaliumpermanganat-Lösung, w(KMnO4)=
3%, Tropfpipette, 2 Glaskolben, 2 Bechergläser
Durchführung: Man füllt in ein Becherglas sowie in einen Kolben kochendes Wasser. Die beiden
anderen Gefäße werden mit ca. 20°C warmen Wasser gefüllt. Die Kolben werden anschließend
so in das mit Wasser gefüllte Becherglas gestellt, dass sie komplett von Wasser umgeben sind.
Dies soll verhindern, dass in den Kolben Konvektionsströmungen auftreten. Anschließend gibt
man jeweils wenige Tropfen der Kaliumpermanganat-Lösung in die Kolben.
Beobachtung und Auswertung: Man kann beobachten, dass sich die Kaliumpermanganat-
Lösung unterschiedlich schnell in dem Kolben verteilt. Während in dem Kolben mit dem
warmen Wasser schon nach kurzer Zeit eine homogene Lösung entstanden ist, ist zu der
gleichen Zeit in dem kalten Kolben noch eine deutliche Trennung der Farblösung von dem
Wasser zu erkennen. Aufgrund der erhöhten Teilchengeschwindigkeit, die aus der erhöhten
Temperatur resultiert, ist der Farbstoff in dem wärmeren Kolben durch die Diffusion viel
schneller verteilt.
- verdeutlicht, dass höhere Temperatur für höhere Unordnung sucht
Welcher Schluss kann aus den Versuchen gezogen werden?
Es kann der Schluss gezogen werden, dass die Gesamtentropie bei einer
freiwillig ablaufenden Reaktion zunehmen muss. Es folgt der zweite Hauptsatz der
Thermodynamik:
ΔSges = Δ𝑆Umg + Δ𝑆Sys. > 0
und, dass die Entropie zunimmt, wenn
die Anzahl freibeweglicher Moleküle steigt
die Temperatur und Teilchengeschwindigkeit zunehmen
die Verteilung der Materie zunimmt
Wozu dient die Schachspiel-Analogie?
Es ist so, dass die Auswirkung der Reaktionsenthalpie auf Δ𝑆Umg
temperaturabhängig ist, wozu auf die Analogie eines Schachspiels zurückgegriffen werden
kann.
- Anfangsphase des Spiels (geringe Temperatur) sorgen drei Züge noch für eine
große Unordnung auf dem Spielbrett
- im späteren Spielverlauf
(hohe Temperatur) steigt Unordnung durch drei Züge nur unwesentlich
- Vergleich hinkt natürlich
etwas und gilt ohnehin nur unter der Annahme, dass keine Figuren geschlagen werden (das
würde in der Vorstellung der meisten Schüler schließlich wie eine Ordnung des Felds wirken)
Diskutieren Sie, wie Sie den Begriff „Energie“ im Chemieunterricht der Sek I
einführen können, nenne drei Rahmen dafür
- Energie als Alltagsbegriff
- Frage wie Energiebegriff in der Schule eingeführt werden soll (Begriffe wie Hitze, Thermodynamik auch wichtig) –> Einführung sollte mit Physiklehrer abgesprochen werden
- Rahmen: Hitze-Temperatur Rahmen,
dabei wird mit der Unterscheidung von Hitze und Energie begonnen. Es werden bei der Unterscheidung noch weitere Begriffe
wie Wärmekapazität, Leitfähigkeit und Isolation benötigt. Dabei bleibt die Relation von Hitze
zu Energie im Alltagssinn erhalten und kann für die Zeit unbestimmt bleiben. - Rahmen: „Arten der Energie“ Dieser hat zum Ziel, das ein generelles
Energiekonzept gelernt wird und nimmt sich als Vorsatz das ein Verständnis der
Energieerhaltung entsteht. Neben den Begriffen wie Hitze und Temperatur werden auch
Begriffe wie Geschwindigkeit, elektrischer Strom, elektrisches Potential und andere benötigt.
Daher werden in dem Rahmen die Beschreibungen von Phänomenen in Bezug zur Energie
betrachtet. Somit hat der zweite Rahmen einen größeren Umfang und enthält gleichzeitig den
kleineren Umfang der Hitze, der im ersten Rahmen enthalten ist. - Rahmen: der thermodynamische Rahmen, der ein Rahmen von Konzepten ist. Dieser Rahmen
umfasst allerdings nicht den Umfang des „Arten von Energie“ Rahmens, da in der
Thermodynamik einige Relationen aus dem zweiten Rahmen bewusst verneint werden.
Jedoch ist dieser Rahmen vom Umfang nochmals größer, als der Rahmen der Arten von Energie
und beinhaltet auch Teile des zweiten Rahmens. Somit ist zuerkennen, dass der Lehrer vor
dem Einstieg in das Thema Energie auch einen Rahmen festlegen muss, mit dem er in das
Thema einsteigen will.
Nenne die Methodiken zum Einstieg
- Methode: „Chemical Energy: A Learning Package“ angewendet werden.
- mit verschiedenen Medien wie Testen, Experimenten, Quizfragen und Lernspielen wird gearbeitet und umfassend in Klassendiskussionen, Gruppenarbeiten und Einzelarbeiten eingesetzt –> führt im Vergleich zur Verbesserungen des Lerneffekts festgestellt
- zielt auf Lerngruppen mit fortgeschrittenem Level ab und ist besonders geeignet für die Einführung der Entropie - Methode ist die „Children’s
Learning in Science“ Methode kurz CLIS
- Themen wie „Energie und wir selbst“, Energie und Konsumenten“ oder Energie und Bürger“ behandelt
- alltagsnahe Themen zeigen, dass Methode auf den Vorkenntnissen der SuS beruht und dies als Grundlage zur Entwicklung des Begriffs Energie verwendet wird
- SuS sollen ihr Vorwissen aus dem Alltag aktiv in den Unterricht einbringen –> Ziel: das nötige Wissen über Energie beizubringen, die sie in ihrem zukünftigen Leben benötigen (deshalb Kopplung an physikalische, chemische, biologische und soziale Aspekte des Alltages)
- Vorteil: Enthusiasmus, das
Interesse und die Beteiligung der SuS wird am Thema gesteigert
- Festzustellen ist, dass die Vorstellung der Schüler und Schülerinnen sich zu einen generelleren
Energie Konzept hin ändern. Jedoch ist auch zu erwähnen, dass viele Schüler und Schülerinnen
ihre ursprünglichen Vorstellungen beibehalten. - Methode ist der
phänomenologische Ansatz
- entwickelte sich aus der Analyse der Geschichte
des Energiekonzeptes und schlägt das Lehren eines generelleren Energiekonzepts vor
spezifisch auf Chemie ausgerichtet
-SuS sollen Energie als Prozess statt Zustand wahrnehmen, angefangen mit dem Gleichgewicht
zwischen den Energieformen
- Es werden Parallelen vom Verschwinden und Entstehen von Chemischen Subtanzen zu dem
Verschwinden und Entstehen von Energieformen gezogen. Beides kann analog zu einem
Verständnis von Element und Energieerhaltung führen.
