Moritz Krause und Ingo Eilks

Die Einstellung des chemischen Gleichgewichts modellieren

Massenwirkungsgesetz, Einstellung des chemischen Gleichgewichts, StopMotion-Videos, Heberversuch
Aufnehmen des Heberversuchs, © Moritz Krause

Moritz Krause und Ingo Eilks

Mit StopMotion-Videos von der Beobachtungs- zur Teilchenebene

StopMotion-Videos zur Visualisierung dynamischer Prozesse
Mit StopMotion-Videos können Lerninhalte schrittweise aufgenommen und betrachtet werden [2] – [4]. Auf diese Weise lassen sich naturwissenschaftliche Prozesse mit Hilfe von Modellen oder Illustrationen nachstellen und dynamisch visualisieren. Jede Veränderung wird durch ein Foto festgehalten. Dadurch entsteht eine Bilderabfolge, die als Video exportiert werden kann. Der entstandene Film zeigt einen Prozess, der von den Schülerinnen und Schülern diskutiert und reflektiert werden kann. Das Vorgehen provoziert die Lernenden, sich kreativ und intensiv mit einem Thema auseinander zu setzen und über fachliche Inhalte zu diskutieren.
StopMotion-Videos von (Modell-)Experimenten
Ein möglicher Einsatzbereich für StopMotion-Videos ist die Dokumentation von Experimenten oder Modellexperimenten. Bei der Veranschau-lichung der Dynamik des chemischen Gleichgewichts kann dies etwa der sogenannte Heberversuch sein (Abb.1 ; z.B. [5]). Hier werden die Einstellung und der dynamische Charakter des chemischen Gleichgewichts mit Messzylindern, Glasrohren und Wasser modelliert (Abb.2 und Material1 ). Dies geschieht über den Wasseraustausch zwischen verschiedenen Gefäßen, durch das Heben des Wassers mit Glasrohren. Unterschiedliche Glasrohre im Durchmesser und Bewegungsrichtungen modellieren dabei die unterschiedlich schnellen Hin- bzw. Rückreaktionen. Man kann dabei die Bedingungen zwischen einzelnen Schülergruppen variieren, indem verschiedene Gefäße bzw. Glasrohre mit variierenden Durchmessern oder unterschiedliche Mengen an Wasser verwendet werden. Entlang der verschiedenen Videos können die Prozesse im Anschluss verglichen und gemeinsam ausgewertet werden.
StopMotion-Videos der Teilchenebene
In einem weiteren Unterrichtsschritt kann von den Schülerinnen und Schülern die Teilchenebene durch StopMotion-Videos visualisiert und somit das Verständnis für das chemische Gleichgewicht vertieft werden. Zur Durchführung einer entsprechenden Simulation benötigt es jedoch eine detailliertere Vorbereitung. Das Ziel im hier beschriebenen Unterrichtsansatz besteht darin, zu verdeutlichen, dass das Gleichgewicht auf Seiten der Edukte, der Produkte oder in vergleichbaren Größen der Konzentrationen aller Reaktionsteilnehmer liegen kann (s. auch [6]).
Zur Veranschaulichung werden hier drei einzelne Simulationen visualisiert, die immer nach dem gleichen Muster ablaufen. Die Simulation wird jeweils zur abstrakten Reaktion A + B ⇌ C + D durchgeführt.
Zur Durchführung werden jeweils 63 Teilchen der einzelnen Reaktionsteilnehmer benötigt, die aus einer Vorlage ausgeschnitten werden. Die Anzahl der 63 Teilchen hat sich beim Ausprobieren mit verschiedenen Zahlen als gut umsetzbar gezeigt. Eine DIN-A3-Unterlage dient als Simulationsfläche. Die Simulationsfläche wird in zwei Hälften unterteilt. Dabei dient eine Hälfte für die Darstellung der Konzentration der Edukt-Teilchen, die andere der Produkt-Teilchen. Durch die Trennung in zwei Hälften wird der Aspekt der Stoßtheorie nicht berücksichtigt. Dies muss mit den Lernenden thematisiert werden. Es sollte verdeutlicht werden, dass der Fokus auf der Darstellung der Dynamik von Hin- und Rückreaktionen und den damit verbundenen Konzentrationen der Teilchen auf den jeweiligen Seiten liegt.
Für die eigentliche Simulation werden einzelne Teilschritte benötigt. Zu diesem Zweck erhalten die Lernenden ein passendes Arbeitsmaterial (Material2 ). Die Tabelle in Abbildung3 gibt einen Ausschnitt aus dem Arbeitsmaterial an. In der linken Hälfte ist der Ablauf für die erste Simulation zu erkennen, die zuvor willkürlich festgelegt wurde, sodass der Ablauf zu einer funktionierenden Visualisierung führt. Die Tabelle zeigt die einzelnen Zeitschritte, die Geschwindigkeit und die Konzentrationen bei der Reaktion. Die Geschwindigkeit gibt jeweils...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 166 / 2018

Chemisches Gleichgewicht

Friedrich+ Kennzeichnung Unterricht (> 90 Min) Schuljahr 11-13