Kerstin Ebling

Energieänderungen im Blick

Chemische Reaktion, Energieumsatz, Modell, Concept Map, Schülerexperiment
Selbstgebaute Thermoskop-Apparatur, © Kerstin Ebling

Kerstin Ebling

Energie chemischer Reaktionen im Anfangsunterricht modellieren

Bei der Einführung der chemischen Reaktion spielt nicht nur die Betrachtung der Stoffumwandlung, sondern auch des Energieumsatzes eine große Rolle. Die Stoffumwandlung ist dabei für viele Lernende einsichtig: Durch den Vergleich von Edukt und Produkt hinsichtlich ihrer Eigenschaften (z.B. Farbe) können die Lernenden die Stoffumwandlung visuell nachvollziehen und sie von physikalischen Vorgängen wie Aggregatzustandsänderungen unterscheiden.
Der Energieumsatz ist dagegen wesentlich abstrakter. Dabei geht es vor allem um die Betrachtung des Energieumsatzes während des Reaktionsprozesses (endotherm oder exotherm). Das Thema Energie besitzt vor allem im wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Kontext wegen der Endlichkeit fossiler Brennstoffe einen hohen Stellenwert. Durch die in diesem Zusammenhang häufig unreflektiert verwendeten Begriffe wie Energieverbrauch oder Energiesparen kommt es bei den Lernenden oft zu fachlich falschen Vorstellungen hinsichtlich des Energiebegriffs. Hierbei ist insbesondere die Vorstellung, Energie könne hergestellt oder vernichtet werden, aber auch die Vorstellung von Energie als unsichtbarem Wärmestoff zu nennen [1]. Diese Vorstellungen erschweren die Fassbarkeit des Energiebegriffs. Gerade die Frage, woher die Energie bei einer chemischen Reaktion kommt, ist für viele Lernende schwer zu fassen.
Bei der Einführung der chemischen Reaktion sind daher beide Merkmale einer chemischen Reaktion (Stoffumwandlung und Energieumsatz) hervorzuheben. Dazu gehört einerseits die Visualisierung, dass bei einer chemischen Reaktion aus einem oder mehreren Edukt(en) ein oder mehrere Produkt(e) mit völlig neuen Eigenschaften entstehen. Auf der anderen Seite, und hierauf liegt der Fokus der vorliegenden Unterrichtseinheit, bedarf es einer Visualisierung des für die Lernenden abstrakten Energieumsatzes. Visualisiert wird der Reaktionsverlauf durch ein Energieschema. Das Schema visualisiert dabei modellhaft, was bei einer chemischen Reaktion auf energetischer Ebene geschieht, wie also aus einem oder mehreren Edukt(en) A mit den Stoffeigenschaften a das oder die Produkt(e) B mit den Stoffeigenschaften b entstehen. Ein derartiges Schema ist für Lernende unbekannt. Was wäre aber, wenn man den Lernenden derartige Schemata nicht vorgeben, sondern sie diese selbst anhand von Versuchsbeobachtungen entwickeln lassen würde? Ein derartiges Vorgehen hätte nicht nur den Vorteil einer hohen Eigenständigkeit seitens der Lernenden, sondern würde auch Modelle, in dem hier vorgestellten Beispiel in Form von Energiediagrammen, als Werkzeug zur Erkenntnisgewinnung nutzen [2]. Die Idee der Unterrichtseinheit liegt also in einer schrittweisen Verbildlichung des Energieablaufs durch die Lernenden selbst, um so ein vertieftes Verständnis für den Energiebegriff als solchen zu erzeugen. Dabei sollen nicht nur Schemata hergestellt, sondern diese auch schrittweise verbalisiert und Fachbegriffe (Edukt, Produkt, endotherm, exotherm, Aktivierungsenergie) eingeführt werden. Hierbei sollten im Unterrichtsgespräch verschiedene Energiearten (Energieformen) angesprochen sowie die Umwandlung von Energie diskutiert werden.
Dieses Vorgehen der Verbildlichung durch schrittweise Anfertigung von Energiediagrammmodellen ermöglicht eine Reduzierung der Abstraktheit dieser Thematik, da die Lernenden das phänomenologisch Beobachtete in ein Modell übertragen. Ausgegangen wird dabei zunächst von einfachen für die Lernenden  – nachvollziehbaren Versuchen, die das Freiwerden oder Hinzufügen von Energie gut veranschaulichen. Nach einer allgemeinen Einführung in die chemische Reaktion (vgl. Tab.1, Stunde 1/2) anhand der Verbrennung von Magnesium steht zunächst die eigenständige Erstellung eines vereinfachten Energiediagramms ohne Beachtung des Reaktionsverlaufs im Vordergrund. Eingeleitet wird diese Erstellung durch die Zugabe von Wasser zu wasserfreiem...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Chemie Nr. 160 / 2017

Reaktionsprozesse

Friedrich+ Kennzeichnung Experimente Schuljahr 7-8