Experimente im Chemieunterricht Band 1 - didaktisch begründet auswählen und sicher durchführen

356 Pages·2022·18.509 MB·German

by  Bernhard Sieve, Sabine Struckmeier, Dominic Böhm

Bernhard Sieve
Sabine Struckmeier
Dominic Böhm
Experimente im
Chemieunterricht Band 1
didaktisch begründet auswählen und
sicher durchführen
Experimente im Chemieunterricht Band 1

Bernhard Sieve · Sabine Struckmeier ·
Dominic Böhm
Experimente im
Chemieunterricht Band 1
didaktisch begründet auswählen und
sicher durchführen
Bernhard Sieve Sabine Struckmeier
Institut für Didaktik der Naturwissenschaften Institut für Didaktik der Naturwissenschaften,
Leibniz Universität Hannover Leibniz Universität Hannover
Hannover, Deutschland Hannover, Deutschland
Dominic Böhm
Leibniz Universität Hannover
Hannover, Deutschland
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ISBN 978-3-662-63904-7 ISBN 978-3-662-63905-4 (eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-63905-4
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Zielsetzung und Konzeption der Bände
Liebe Leserinnen und Leser,
es gibt eine nahezu unüberschaubare Fülle von Experimenten, die im Chemieunterricht
eingesetzt werden können. Schon allein für einen Themenbereich ist die Anzahl an mög-
lichen Experimenten mitunter so groß, dass die Auswahl schwer fällt. Welches Experi-
ment eignet sich zur Einführung des jeweiligen Themas? Welche Experimente können
sich für die Anwendung der neuen Erkenntnisse oder Fachmethoden anschließen?
Welches Experiment unterstützt das eigentliche Vermittlungsziel in besonderer Weise?
Was sind also die Schlüsselexperimente und wie werden diese didaktisch und fach-
lich begründet sinnvoll in den Unterrichtsgang eingebunden? Diese Fragen sind zentral
für die gelingende Planung und Umsetzung eines Chemieunterrichts, in denen das
Experiment das zentrale Instrument der Erkenntnisgewinnung ist. Gleichzeitig ist die
Beantwortung dieser Fragen gerade am Anfang der Unterrichtstätigkeit eine der größten
Herausforderungen – unabhängig davon, ob Sie Studierende*r, Lehrkraft im Vor-
bereitungsdienst oder frisch eingestellte Chemielehrkraft sind.
Klassische Experimentesammlungen helfen diesbezüglich nur bedingt weiter,
denn darin fehlt meist die didaktische Einbettung bzw. Verortung eines Experi-
ments. Diese Lücke möchten die Ihnen vorliegenden zwei Bände schließen. Sie finden
darin eine breite Sammlung zentraler Schulexperimente für den Chemieunterricht der
Sekundarstufe I vor, welche je nach Lehrplanausformung z. T. auch im Unterricht der
Sekundarstufe II einsetzbar sind. Der erste der beiden Bände deckt dabei in gut 190
Experimenten – davon etliche in mehreren Durchführungsvarianten beschrieben –
die Themen vom Einstieg in den Chemieunterricht bis zum Thema Elementfamilien
ab. Der zweite Band beinhaltet in ebenso vielen Experimenten alle Themenbereiche
der Sekundarstufe I, die nach der Einführung eines differenzierten Atommodells wie
dem Schalen- oder Energiestufenmodell behandelt werden. Ferner wird ein Einstieg in
die Organische Chemie inkl. der zentralen Stoffklassen vorgenommen. Auch zentrale
Experimente der Sek. II finden im Band 2 ihren Platz.
Die von uns gewählte Gliederung orientiert sich an einer in vielen Bundesländern
gewachsenen und aufeinander aufbauenden Abfolge an Themen im Chemieunterricht,
die einen kumulativen und kohärenten Wissens- und Kompetenzerwerb ermöglicht.
V
VI Zielsetzung und Konzeption der Bände
Für jedes Thema zeigen wir eine oder mehrere bewährte didaktische Strukturierungen
auf und skizzieren so den roten Faden durch das jeweilige Unterrichtsthema. Inner-
halb dieser Strukturierung wird deutlich, welche Experimente hier besonders instruktiv
erscheinen. Vermittlungshürden sowie fachsprachliche Aspekte werden ebenfalls dis-
kutiert. Ergänzt werden diese Angaben durch eine fachdidaktische Kommentierung zu
jedem Experiment, in der jeweils der didaktische Kern des Experiments herausgestellt
und soweit möglich in einen Unterrichtskontext eingebunden wird. All dies soll Ihnen
die begründete Auswahl von Experimenten und deren sachgerechte Einbindung in die
jeweilige Unterrichtsreihe erleichtern.
Methodische Hinweise und Durchführungshilfen zu den Experimenten sollen den-
jenigen unter Ihnen, die gerade am Anfang des Weges zur Chemielehrkraft stehen, ein
hohes Maß an Durchführungssicherheit und Kompetenzerleben ermöglichen. Unterstützt
wird dies durch Videos zu zentralen Arbeitsweisen der Chemie sowie zu ausgewählten
Experimenten, bei denen die Durchführung, trotz aller Bemühungen um eine exakte
Durchführungsbeschreibung, durch bewegte Bilder anschaulicher dargestellt werden
kann. Diese Videos sind über die More Media App zugänglich.
Zu jedem Experiment gibt es eine Word-Datei zum Download. In der Datei sind die
Materialien und Chemikalien (inkl. GHS-Einstufung), die Durchführung, Entsorgung
und Platzhalter für die Beobachtung und Auswertung zusammengestellt. Daraus lässt
sich schnell Arbeitsmaterial für Ihren Unterricht gestalten. Die Dateien können unter
dem jeweils am Kapitelanfang unter „Elektronisches Zusatzmaterial“ angegebenen Link
heruntergeladen werden.
Zusätzlich wird zu jedem Experiment eine Gefährdungsbeurteilung in digitaler Form
bereitgestellt, die Sie nach kostenloser Registrierung über „https://degintu.dguv.de/login“
oder https://www.experimentas.de/ abrufen können. Im Kopf der Word-Dateien finden
Sie, soweit vorhanden, die Degintu-Nummer des Experiments. Diese Nummer führt
zur Gefährdungsbeurteilung. Über die folgenden Icons können Sie zudem schnell einen
Überblick über wesentliche Einsatzmöglichkeiten und Sicherheitshinweise erhalten:
Schülerversuch
Lehrerversuch

Abzug

Allgemeiner Hinweis

Sicherheitshinweis

Die vorliegende Sammlung ist über viele Jahre in der Ausbildung von Lehramts-
studierenden mit Fach Chemie an der Leibniz Universität Hannover entstanden und
gewachsen. Jedes Experiment ist durch die Hände vieler Studierender gegangen und
so mit der Zeit optimiert worden. Die Experimente sind dabei primär für die Durch-
führung mit klassischen Laborgeräten konzipiert. Da, wo es aus unserer Erfahrung und
Zielsetzung und Konzeption der Bände VII
Unterrichtspraxis sinnvoll erscheint, werden Durchführungsvarianten mit Low-Cost-
Ansätzen und unter Einsatz von medizintechnischem Material (Spritzentechnik) vor-
gestellt. Eine sehr große Hilfe bei der Erprobung und Optimierung der Experimente war
Nils Falco Schneider. Ihm und allen anderen Studierenden, die sich im Laufe der Zeit
mit den Experimenten befasst haben, gilt unser besonderer Dank.
Die in diesen beiden Bänden aufgeführten Experimente sind zwar von uns bzw. den
Studierenden erprobt und optimiert worden, doch entstammen nicht alle Experimente
unserem Gedankengut. Wir haben die Quellen für Experimente recherchiert und dort, wo
es möglich war, auch angegeben. Es war jedoch nicht in jedem Fall möglich, die Ent-
wickler*innen zu bestimmen, zumal viele Versuche mittlerweile den Weg in die Schul-
buchliteratur gefunden haben.
Nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg bei der Planung und Gestaltung Ihres
experimentell orientierten Chemieunterrichts und hoffen, dass Sie durch die vorliegende
Sammlung darin Unterstützung finden.
Die Herausgebenden
Dr. Bernhard Sieve
Dr. Sabine Struckmeier
Dominic Böhm
Inhaltsverzeichnis
1 Es muss nicht immer ein Reagenzglas sein ........................... 1
1.1 Spritzen, Kanülen und Stopfen ................................ 2
1.2 Schläuche, Hähne und Verbindungen ........................... 4
1.3 Gefäße ................................................... 4
2 Fachmethoden in der Chemie – Erhitzen, Messen, Wiegen ............. 7
2.1 Aufbau und Funktionsweise des Gasbrenners ..................... 8
2.2 Erhitzen von Feststoffen und Flüssigkeiten ....................... 12
2.3 Wiegen und Volumen abmessen ................................ 14
2.4 Gleich viel ist nicht gleich schwer .............................. 16
3 Einstiege in den Chemieunterricht ................................. 19
3.1 „Goldherstellung“ .......................................... 23
3.2 Untersuchung von Gummibärchen ............................. 25
3.2.1 Voruntersuchungen .................................. 25
3.2.2 Untersuchung der Inhaltsstoffe von Gummibären .......... 26
3.3 Wer macht den meisten Schaum? .............................. 28
3.4 Untersuchung von weißen Pulvern ............................. 29
3.4.1 Löslichkeit ........................................ 30
3.4.2 Elektrische Leitfähigkeit ............................. 31
3.4.3 Verhalten gegenüber Rotkohlsaft ....................... 31
3.4.4 Verhalten beim Erhitzen .............................. 31
3.4.5 Verhalten gegenüber Citronensäure-Lösung .............. 32
4 Untersuchung messbarer Stoffeigenschaften ......................... 35
4.1 Aggregatzustände und Phasenübergänge ......................... 36
4.1.1 Schmelztemperatur Erstarrungstemperatur .............. 38
=
4.1.2 Schmelztemperaturen von Stearinsäure und
Natriumthiosulfat ................................... 40
4.1.3 Sublimation und Resublimation ........................ 41
4.1.4 Trockenes Eis ...................................... 43
IX
X Inhaltsverzeichnis
4.1.5 Siedekurven von reinem Wasser und von Lösungen ........ 44
4.1.6 „Der Eiskocher“ .................................... 46
4.1.7 Wasser siedet beim Abkühlen – Demonstration ............ 48
4.1.8 Wasser siedet beim Abkühlen – Spritzentechnik ........... 49
4.1.9 Die zerknautschte Metalldose ......................... 50
4.1.10 Verflüssigen von Feuerzeuggas durch Abkühlen ........... 51
4.1.11 Verflüssigen von Feuerzeuggas durch Druck .............. 53
4.2 Löslichkeit ................................................ 54
4.2.1 Löslichkeit von Feststoffen ........................... 55
4.2.1.1 Feststoffe lösen sich in Wasser in unterschied-
lichen Mengen ............................ 55
4.2.1.2 Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit von
Feststoffen ............................... 56
4.2.2 Löslichkeit von Gasen ............................... 58
4.2.2.1 Gleiche Brausetabletten – verschiedene
Gasvolumina? ............................ 58
4.2.2.2 Abhängigkeit der Gaslöslichkeit von der
Temperatur .............................. 59
4.2.2.3 In Wasser sind Gase gelöst .................. 60
4.2.2.4 Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid und
Sauerstoff in Wasser ....................... 62
4.2.2.5 Kohlenstoffdioxidgas in tiefen
Wasserschichten .......................... 64
4.3 Kristallisieren und Kristalle züchten ............................ 65
4.3.1 Kupfersulfat- und Alaun-Kristalle züchten ............... 66
4.3.2 Salzkristalle – ganz schnell ........................... 68
4.3.3 Kristallisation von Kaliumnitrat ........................ 70
4.3.4 Salicylsäure – Kristallisation und schnelles Ausfällen ....... 71
4.3.5 Spontane Kristallisation von
Natriumthiosulfat-Pentahydrat ......................... 73
4.4 Anwendungen von Salz-Lösungen im Alltag ..................... 74
4.4.1 Kältepack und Wärmepad zur Soforthilfe ................ 74
4.4.2 Kältepack Marke Eigenbau ........................... 75
4.4.3 Wärmepad Marke Eigenbau ........................... 76
5 Dichte ......................................................... 79
5.1 Bestimmung der Dichte von Feststoffen ......................... 81
5.1.1 Methoden zur Dichtebestimmung von Feststoffen ......... 81
5.2 Bestimmung der Dichte von Flüssigkeiten ....................... 83
5.2.1 Dichtebestimmung von Milch ......................... 83
5.3 Dichte-„Probleme“ im Alltag .................................. 85
5.3.1 Bau eines Aerometers ................................ 85