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Experimente im Chemieunterricht

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Experimente spielen im Chemie-Unterricht eine große Rolle. Sie sind die Methode der Wahl und stehen im Mittelpunkt des Chemieunterrichts. Es gibt verschiedene Gesichtspunkte, von denen aus man sich mit Experimenten im Chemieunterricht befassen kann.

Da chemische Laborgeräte meist recht teuer sind, gibt es seit einiger Zeit die Idee der Anwendung von Medizintechnik im Chemie-Unterricht. Mehr Informationen dazu unter Low-Cost Chemie-Experimente.

Inhaltsverzeichnis

Einzelne Experimente

Vorstellung des Faches Chemie

Stoffeigenschaften

Teilchenmodell

Das Teilchenmodell ist das erste Modell zur Erklärung von Stoffeigenschaften, welches im Chemieunterricht behandelt wird. Es bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und dient in erster Linie zur unterscheidung der Stoff- bzw. Teilchenebene.


Teilchenmodell zur Erklärung der Änderung der Aggregatzustände

Die verschiedenen Aggregatszustände und -wechsel lassen sich mit ein paar wenigen Experimenten veranschaulichen. An Hand des Teilchenmodells werden die beobachteten Phänomene erklärt.

Schmelzen und Verdampfen

Jeder kennt sicher das Experiment, bei dem ein Ei in einen Rundkolben hinein rutscht. Dieses Experiment habe ich verändert:

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Wasser, Rundkolben 1000ml, Luftballon.
  • Durchführung: Etwas Wasser (20 - 50 ml) so lange in einem Rundkolben (1 l) erhitzen, bis der Wasserdampf die Luft verdrängt hat. Den Kolben mit einem Luftballon verschließen. Abkühlen lassen.
  • Beobachtung: Der Ballon dringt in den Kolben ein, wird größer, schließlich füllt er den Kolben fast vollständig aus.
  • Weiterführung: Erhitzen des Restwassers im Kolben.
  • Beobachtung: Der Ballon wird kleiner, stülpt sich nach außen und wird größer. Bei etwa doppelter Kolbengröße habe ich den Versuch beendet.
  • Anmerkung: Lässt man das Wasser im Kolben weg, wird bei sonst gleicher Versuchsdurchführung der Ballon zwar auch in den Kolben gedrückt, füllt ihn aber nur zu geringen Teilen aus. Damit ließ sich ein Schülererklärungsmodell entkräften.

Quelle: News-Liste schule.naturwissenschaften

Sublimation/Resublimation

Da die nicht alle Schulen mit einem Vorrat an Trockeneis gesegnet sind, wird die Sublimation von Iod zur Veranschaulichung genutzt.

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Reagenzglas, Stativ mit Klammer, Bunsenbrenner, Uhrglas, Iod, Eis.
  • Durchführung: Zwei Spatelspitzen Iod werden in das Reagenzglas gegeben. Es wird am Stativ befestigt und mit dem Uhrglas abgedeckt. Das Eis wird auf das Uhrglas gelegt. Nun wird das Iod erhitzt.
  • Beobachtung: Das Iod wird beim erhitzen gasförmig, es bildet lila Dämpfe. Diese werden am Uhrglas wieder Fest.
  • Folgerung: Das Iod wird gasförmig ohne vorher flüssig zu werden. Auch beim abkühlen wird es nicht flüssig.
  • Erklärung: Das Iod überspringt die flüssige Phase beim erhitzen bzw. abkühlen. Es sublimiert bzw. resublimiert.
  • Anmerkung: Sollte kein Abzug zur Verfügung stehen, kann ein größeres Reagenzglas genommen werden, ein großer Eiswürfel in das Reagenzglas geklemmt, ein Stück Stahlwolle darüber und die Apperatur mit einem Luftballon abgeschlossen werden.

Teilchengröße

Stoffe besitzen unterschiedlich große kleinste Teilchen, diese Tatsache lässt sich leicht durch ein eindrückliches Experiment mit anschließender Modellbetrachtung beweisen.

Experiment
Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Spiritus, Dest. Wasser, Messzylinder 100ml, zwei Messtzylinder 50ml
  • Durchführung: Es werden in den kleinen Messzylindern je 10 ml Wasser bzw. Spiritus abgefüllt. Beide Flüssigkeiten werden im großen Messzylinder zusammen geschüttet und das Volumen abgelesen.
  • Beobachtung: 10ml Wasser und 10ml Alkohol ergeben keine 20ml Wasser/Alkohol-Lösung.
  • Folgerung/Erklärung: Die kleinsten Teilchen müssen unterschiedlich groß sein. Die kleineren Wasserteilchen füllen die Zwischenräume der Alkoholteilchen aus.
  • Anmerkung: Es bietet sich an, dass die SchülerInnen das Abfüllen übernehmen, da hier auch noch das Ablesen mit Hilfe des Meniskus geübt bzw. vorgestelt werden kann. Es ist wichtig die Schüler Hypothesen zum Verlauf des Experimentes aufstellen zu lassen, bevor die beiden Flüssigkeiten zusammengegeben werden.
Erklärung am Modell

Der Versuch kann auch im Modell erfolgen, am besten ist jedoch die Kombination, da hier die Bedeutung von Modellen für die Chemie aufgezeigt werden kann.

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Getrocknete Erbsen, Getrocknete Bohnen, Messzylinder 500ml, zwei Messzylinder 100 ml.
  • Durchführung: Es werden wiederum je 10ml beider Stoffe, die Erbsen stehen für die Wasserteilchen, die Bohnen für die Alkoholteilchen, abgemessen und beide anschließend zusammengegeben. Dies muss abwechselnd und geschehen, um eine gute Vermischung der Erbsen und Bohnen zu erreichen.
  • Beobachtung/Folgerung/Erklärung: Sind die gleichen wie beim Experiment, nur auf das Modell bezogen.


Diffusion an Hand des Teichenmodells

Auch die Diffusion lässt sich gut mit dem Teilchenmodell erklären.

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Standzylinder, Uhrglas, Pipette, Brom, Schutzhandschuhe und Abzug!!!
  • Durchführung: Ein paar wenige Tropfen werden auf den Boden des Standylinder getropft und der Standzylinder mit dem Uhrglas abgedeckt.
  • Beobachtung: Das flüssige Brom bildet braune Dämpfe. Diese verteilen sich mit der Zeit im Standzylinder.
  • Folgerung: Die Bromteilchen verteilen sich im zur Verfügung stehenden Raum gleichmäßig.
  • Erklärung: Die Bromteilchen diffundieren.

Die chemische Reaktion

Wann spricht der Chemiker von einer chemischen Reaktion? Diese wichtige Frage kann an Hand des folgenden Experimentes beantwortet werden, da die es leicht nachvollziehbar sind und sich Edukte und Produkt in ihren Stoffeigenschaften gut unterscheiden. Auch als Einführung bzw. Modellreaktion, um das Reaktionsschema zu erarbeiten kann das folgende Experiment dienen.

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Reagenzglas, Reagenzglasklammer, Kupferblech, Stahlwolle, Schwefel.
  • Durchführung: 2g Schwefel werden in das Reagenzglas gegeben, das etwa 4g schwere Kupferblech ca. 2cm darüber im Reagenzglas festgeklemmt und mit Stahlwolle abgedichtet, falls nicht unterm Abzug gearbeitet wird. Der Schwefel wird mit dem Bunsenbrenner erhitzt. Steigen die Schwefeldämpfe zum Kupferblech wird dieses kurz zum glühen gebracht. Nach der Reaktion wird das Kupfersulfid entnommen und den Schülern zur weiteren Untersuchung gereicht.
  • Beobachtung: Das Kupferblecht beginnt zu glühen. Das Kupfer hat eine andere Farbe und ist zerbrechlich.
  • Folgerung: Aus Schwefel und Kupfer ist ein Stoff mit anderen Eigenschaften entstanden.
  • Erklärung: Es hat eine Stoffumwandlung stattgefunden, da eine Änderung der Stoffeigenschaften stattgefunden hat, dies nennt man eine chemische Reaktion.
Anmerkung: Diese Reaktion kann auch in einem Schülerpraktikum untergebracht werden.

Energetik

Die Einordnung von Reaktionen bezüglich ihrer Energetik kann exemplarisch an den folgenden Experimenten geschehen.

Endotherme Reaktion

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Becherglas 50ml, nasses Holzbrett, Thermometer, Bariumhydroxid, Ammoniumthiocyanat.
  • Durchführung: Die beiden Chemikalien werden zu gleichen Teilen in das Becherglas gegeben, welches auf dem nassen Holzbrett steht, mit dem Thermometer werden die beiden Salze vermischt.
  • Beobachtung: Es entsteht eine Flüssigkeit in der sich die Salze lösen, die Temperatur sinkt um bis zu 20°C und ein stechender Geruch steigt auf.
  • Folgerung: Die Reaktion der beiden Salze lässt die Temperatur sinken.
  • Erklärung: Die Reaktion benötigt Wärmeenergie um abzulaufen, diese entnimmt sie der Umgebung.
Anmerkung: Mit etwas Glück friert das Becherglas auf dem Holzbrett fest, was die Schüler besonders beeindruckt.

Exotherme Reaktion

Nuvola apps edu science.png   Versuch
  • Material: Feuerfeste Unterlage, Zündvorrichtung, Zinkstaub, Schwefel.
  • Durchführung: Zink und Schwefel (2:1) werden im einem Reagenzglas vermischt und auf der Unterlage zu einem Kegel angehäuft. Der Kegel wird entzündet.
  • Beobachtung: Schwefel und Zink reagieren heftig unter grüner Flammenerscheinung.
  • Folgerung: Es muss viel Energie freigeworden sein.
  • Erklärung: Die Reaktion ist eine stark exotherme Reaktion, da sehr viel Wärmeenergie an die Umgebung abgegeben wird.
Anmerkung: Mit diesem Experiment lässt sich auch die Aktivierungsenergie erarbeiten.

Verschiedene Typen von Experimenten

Anwendungen der Chemie im Alltag

→ Chemie im Alltag

Experiment-Übersicht

→ Experiment-Übersicht für Chemie

Experimentieraufgaben

→ Experimentieraufgaben im Chemieunterricht

Hausaufgabenexperimente

Science2Go

Chemie- und Physikversuche mit Allltagsgegenständen für zu Hause

Umfangreiche Datenbank mit über 100 Versuchen auf www.netexperimente.de

Show-Experimente

→ Show-Experimente im Chemieunterricht

Video-Experimente

Netexperimente bietet über 3 Stunden qualitativ hochwertiges Videomaterial zu Chemieexperimenten.


Die Seite Chempage bietet einige Avi-Videos von Show-Experimenten.
Video und Bilder zu Experimenten von der Eidgenössischen technischen Hochschule Zürich.

Linkliste

... kleine Fragen an die Chemie, die meist mit Experimenten erklärt werden

Siehe auch