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
- Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern
- Benötigte Geräte
- Benötigte Chemikalien
- Durchführung
- Messergebnisse
- Theorie
- Ergebnis
- Auswertung
- Fehlerbetrachtung
- Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie in galvanischen Zellen
- Geräte
- Chemikalien
- Durchführung
- Messwerte
- Theorie
- Auswertung
- Fehlerbetrachtung
- Ergebnis
- Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern
- Vergleich der Enthalpie mit der freien Enthalpie
- Relevanz für den Unterricht
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit verfolgt das Ziel, die Systematisierung von Metallen anhand ihrer Reaktionsfähigkeit (Spannungsreihe) im Chemieunterricht der Sekundarstufe II zu verdeutlichen und zu quantifizieren. Dies geschieht durch die Einführung und Anwendung thermodynamischer Größen wie Reaktionsenthalpie, Entropie und freie Reaktionsenthalpie.
- Systematisierung von Metallen nach ihrer Reaktivität
- Einführung und Anwendung thermodynamischer Größen (Reaktionsenthalpie, Entropie, freie Reaktionsenthalpie)
- Vergleich von Reaktionsenthalpie und freier Reaktionsenthalpie
- Experimentelle Bestimmung der Reaktionsfähigkeit von Metallen
- Didaktische Relevanz für den Chemieunterricht
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Die Einleitung beschreibt die Bedeutung der Systematisierung von Stoffen im Chemieunterricht und führt in das Thema der Reaktivität von Metallen ein. Ein einführendes Experiment mit der Verbrennung verschiedener Metalle in einer Brennerflamme wird vorgestellt, um die qualitative Unterscheidung zwischen edlen und unedlen Metallen zu demonstrieren. Die Arbeit kündigt die anschließende quantitative Betrachtung mittels elektrochemischer Spannungsreihe und thermodynamischer Größen an.
Historie der Spannungsreihe: Dieses Kapitel beleuchtet die historische Entwicklung des Verständnisses der Metallaktivität. Es beginnt mit der frühen Nutzung von Metallen wie Gold und Kupfer und beschreibt die frühen, wenn auch unbewussten, Beobachtungen bezüglich der Reaktivität von Metallen. Der Fokus liegt auf Galvanis und Voltas Experimenten und der daraus resultierenden ersten Ordnung von Metallen nach ihrer Edelheit.
Die Unterrichtseinheit: Dieses Kapitel beschreibt die didaktische Konzeption einer Unterrichtseinheit zur quantitativen Bestimmung der Reaktivität von Metallen. Es werden zwei experimentelle Ansätze vorgestellt: die Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern und die Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie in galvanischen Zellen. Die Lernziele der Einheit umfassen das Verständnis von Enthalpie, freier Enthalpie, Entropie und deren Zusammenhänge, sowie die Bestimmung des edlen oder unedlen Charakters von Metallen.
Schlüsselwörter
Spannungsreihe, Reaktionsfähigkeit, Metalle, Reaktionsenthalpie, freie Reaktionsenthalpie, Entropie, Thermodynamik, Chemieunterricht, Sekundarstufe II, Edelmetalle, Unedle Metalle, Galvanische Zelle, Experiment.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zum Dokument: Systematisierung von Metallen anhand ihrer Reaktionsfähigkeit
Was ist der Hauptfokus dieses Dokuments?
Das Dokument konzentriert sich auf die Systematisierung von Metallen anhand ihrer Reaktionsfähigkeit im Chemieunterricht der Sekundarstufe II. Es verbindet dabei qualitative Beobachtungen mit quantitativen Messungen und thermodynamischen Größen.
Welche Themen werden behandelt?
Das Dokument behandelt die historische Entwicklung des Verständnisses der Metallaktivität (Spannungsreihe), die didaktische Konzeption einer Unterrichtseinheit zur quantitativen Bestimmung der Reaktivität von Metallen, die experimentelle Bestimmung der Reaktionsenthalpie und freien Reaktionsenthalpie, sowie den Vergleich beider Größen und deren didaktische Relevanz.
Welche Experimente werden beschrieben?
Es werden zwei Experimente detailliert beschrieben: die Bestimmung der Reaktionsenthalpie in Joghurtbechern und die Bestimmung der freien Reaktionsenthalpie in galvanischen Zellen. Für jedes Experiment werden benötigte Geräte, Chemikalien, Durchführung, Messergebnisse, Theorie, Auswertung, Ergebnis und Fehlerbetrachtung aufgeführt.
Welche thermodynamischen Größen spielen eine Rolle?
Zentrale thermodynamische Größen sind die Reaktionsenthalpie, die freie Reaktionsenthalpie und die Entropie. Das Dokument erklärt deren Bedeutung und den Zusammenhang zwischen ihnen im Kontext der Metallaktivität.
Welche Zielsetzung verfolgt das Dokument?
Das Dokument zielt darauf ab, die Spannungsreihe und die Reaktivität von Metallen im Chemieunterricht der Sekundarstufe II verständlich und quantitativ zu vermitteln. Es soll das Verständnis thermodynamischer Größen fördern und experimentelle Fähigkeiten schulen.
Für wen ist dieses Dokument gedacht?
Das Dokument richtet sich in erster Linie an Chemie-Lehrkräfte der Sekundarstufe II, die ihren Unterricht mit quantitativen Experimenten und thermodynamischen Konzepten bereichern möchten. Es eignet sich auch als Material für Studierende der Chemie-Didaktik.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt?
Schlüsselwörter sind: Spannungsreihe, Reaktionsfähigkeit, Metalle, Reaktionsenthalpie, freie Reaktionsenthalpie, Entropie, Thermodynamik, Chemieunterricht, Sekundarstufe II, Edelmetalle, Unedle Metalle, Galvanische Zelle, Experiment.
Wie ist das Dokument strukturiert?
Das Dokument ist strukturiert in Einleitung, Historie der Spannungsreihe, Beschreibung der Unterrichtseinheit (mit detaillierten Experimentbeschreibungen), Vergleich von Reaktionsenthalpie und freier Enthalpie, Relevanz für den Unterricht und Schlüsselwörter. Ein Inhaltsverzeichnis erleichtert die Navigation.
- Quote paper
- Robert Kirchner (Author), 2002, Systematisierung von Metallen in Hinsicht auf ihre Reaktionsfähigkeit (Spannungsreihe), Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/8591
