Die Systematisierung von Stoffen ist eine der wichtigen Aufgaben des Chemieunterrichts in der Sekundarstufe I. Dabei werden Stoffe zum Einen Aufgrund ihrer phänomenologischen Eigenschaften systematisiert zum Anderen erfolgt die Systematisierung auf der Grundlage des Atommodells und damit des Atombaus. Eine weitere Art der Systematisierung ist die Erarbeitung von Ordnungskriterien der Reaktivität.
Zu diesem Themenbereich wird folgender Versuch vorgeschlagen:
Man bläst Pulver gleicher Korngröße der Metalle Eisen, Kupfer und Magnesium mit Sauerstoff in die nichtleuchtende Brennerflamme. Das Reaktionsvermögen wird verglichen. Das Ergebnis ist, dass sich deutliche Unterschiede in der Heftigkeit der Reaktion zeigen. Aufgrund dieser Heftigkeit kann das Bindungsbestreben der Metalle zu Sauerstoff geordnet werden. Metalle, die ein großes Bestreben haben mit Sauerstoff zu reagieren, werden unedle Metalle genannt, Metalle die ein geringes Bestreben haben mit Sauerstoff zu reagieren, werden edle Metalle genannt.
Dieses qualitative Ordnungsprinzip soll bereits im ersten Jahr des Chemieunterrichts eingeführt werden.
In der gymnasialen Oberstufe wird dieses Ordnungsprinzip wieder aufgegriffen und quantifiziert. Es äußert sich in der elektrochemischen Spannungsreihe der Elemente oder in den Bildungsenthalpien.
Im Folgenden werden zwei Versuche über die Einführung der elektrochemischen Spannungsreihe, sowie die Einführung der thermodynamischen Größen Reaktionsenthalpieenthalpie, Entropie und freie Reaktionsenthalpie vorgestellt.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Historie der Spannungsreihe
- Die Unterrichtseinheit
- Die Versuche
- 4.1 Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern
- 4.1.1 Benötigte Geräte
- 4.1.2 Benötigte Chemikalien
- 4.1.3 Durchführung
- 4.1.4 Messergebnisse
- 4.1.5 Theorie
- 4.1.6 Auswertung
- 4.1.7 Fehlerbetrachtung
- 4.1.8 Ergebnis
- 4.2 Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie in galvanischen Zellen
- 4.2.1 Benötigte Geräte
- 4.2.2 Benötigte Chemikalien
- 4.2.3 Durchführung
- 4.2.4 Messwerte
- 4.2.5 Theorie
- 4.2.6 Auswertung
- 4.2.7 Fehlerbetrachtung
- 4.2.8 Ergebnis
- 4.1 Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern
- Vergleich der Enthalpie mit der freien Enthalpie
- Relevanz für den Unterricht
- Literaturliste
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Systematisierung von Metallen in Hinsicht auf ihre Reaktionsfähigkeit, insbesondere im Kontext der elektrochemischen Spannungsreihe. Die Arbeit stellt zwei Versuche vor, die im Chemieunterricht der Sekundarstufe II eingesetzt werden können, um Schülern die quantitative Anordnung von Metallen anhand ihrer Reaktionsenthalpien und freien Reaktionsenthalpien zu vermitteln. Die Arbeit zielt darauf ab, die thermodynamischen Größen Reaktionsenthalpie, Entropie und freie Reaktionsenthalpie zu erläutern und deren Zusammenhang mit der elektrochemischen Spannungsreihe aufzuzeigen.
- Systematisierung von Metallen anhand ihrer Reaktionsfähigkeit
- Einführung der thermodynamischen Größen Reaktionsenthalpie, Entropie und freie Reaktionsenthalpie
- Zusammenhang zwischen thermodynamischen Größen und der elektrochemischen Spannungsreihe
- Experimentelle Bestimmung der Reaktionsenthalpie und freien Reaktionsenthalpie
- Fehleranalyse und Interpretation der Versuchsergebnisse
Zusammenfassung der Kapitel
Die Einleitung führt in das Thema der Systematisierung von Stoffen im Chemieunterricht ein und stellt den Versuch mit Metallen und Sauerstoff vor, der bereits in der Sekundarstufe I zur Einführung des Begriffs der Edelheit von Metallen genutzt werden kann. Die Arbeit zeigt, wie dieses qualitative Ordnungsprinzip in der Oberstufe mit der elektrochemischen Spannungsreihe quantifiziert werden kann.
Das zweite Kapitel beleuchtet die Historie der Spannungsreihe und beschreibt die Entwicklung der Systematisierung von Metallen anhand ihrer Edelheit, beginnend mit den ersten Beobachtungen von Galvani und Volta.
Das dritte Kapitel beschreibt die Unterrichtseinheit, die mit den beiden Versuchen zur Bestimmung der Reaktionsenthalpie und der freien Reaktionsenthalpie die Schüler in die quantitative Anordnung von Metallen einführt.
Das vierte Kapitel befasst sich mit der Durchführung der Versuche. Im ersten Abschnitt werden die Versuche zur Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern beschrieben, inklusive der benötigten Geräte und Chemikalien, der Durchführung, der Messergebnisse, der theoretischen Grundlagen, der Auswertung und der Fehlerbetrachtung. Im zweiten Abschnitt werden die Versuche zur Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie in galvanischen Zellen vorgestellt, ebenfalls mit detaillierter Beschreibung der Geräte, Chemikalien, Durchführung, Messwerte, Theorie, Auswertung und Fehleranalyse.
Das fünfte Kapitel vergleicht die Enthalpie mit der freien Enthalpie und erklärt den Unterschied zwischen irreversiblen und reversiblen Prozessführungen. Es werden die Gibbs-Helmholtz-Gleichung und der Entropieterm erläutert.
Das sechste Kapitel beleuchtet die Relevanz der Versuche für den Chemieunterricht in der gymnasialen Oberstufe und zeigt, wie die Versuche zur Einführung der thermodynamischen Größen und der elektrochemischen Spannungsreihe eingesetzt werden können.
Schlüsselwörter
Die Schlüsselwörter und Schwerpunktthemen des Textes umfassen die Systematisierung von Metallen, die Reaktionsfähigkeit, die elektrochemische Spannungsreihe, die thermodynamischen Größen Reaktionsenthalpie, Entropie und freie Reaktionsenthalpie, sowie die experimentelle Bestimmung dieser Größen. Die Arbeit beleuchtet die Relevanz dieser Themen für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe II und zeigt, wie die Versuche zur Einführung und Vertiefung dieser Konzepte eingesetzt werden können.
- Arbeit zitieren
- Robert Kirchner (Autor:in), 2002, Systematisierung von Metallen in Hinsicht auf ihre Reaktionsfähigkeit (Spannungsreihe), München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/8591
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