Catharina Mielke, Marcel Krömer

Knete, Legosteine und Co.

Chemische Reaktion, Wassersynthese, Modellierung, Prozessdenken, Teilchenmodell
Synthese von Wasser modelliert mit Trinkhalmen und Knetkugeln, © Bernhard Sieve

Catharina Mielke, Marcel Krömer und Bernhard Sieve

Prozessdenken mit Spielzeug fördern

Anregung
Spielwaren wie Knete, Murmeln oder Legosteine und auch Haushaltsutensilien wie Zahnstocher oder Trinkhalme können helfen, die bei chemischen Reaktionen auf der Teilchenebene ablaufenden Prozesse zu modellieren und im Wortsinn zu begreifen (vgl. Beiträge [1] – [4]). Nachfolgend werden zwei erprobte Beispiele vorgestellt.
Beispiel 1: Einführung der chemischen Reaktion
Bei der Einführung in das Wesen chemischer Reaktionen kommt man nicht umhin, die Vorgänge der Stoffumwandlung auf der Teilchenebene zu modellieren meist mit dem Wissen der Lernenden über ein einfaches Teilchenmodell. Auf dieser Basis können Lernende eine Reaktion wie die Bildung von Kupferiodid aus den Elementen modellieren. Im Kenntnishorizont der Lernenden sind dabei im Kern zwei Hypothesen:
  • Die Teilchen der Ausgangsstoffe bleiben im Reaktionsprodukt enthalten.
  • Es bilden sich bei der Reaktion neue Teilchen, weil auch ein neuer Stoff entsteht.

Beide Hypothesen sowie die Vorstellungen zum Verlauf der Reaktion lassen sich sehr gut mit verschieden farbigen Knetgummikugeln modellieren. Die Lernenden erhalten dazu folgende Aufgabe:
„Stelle die chemische Reaktion von Kupfer mit Iod zu Kupferiodid mit Knetgummi nach. Du hast mehrere Farben zur Auswahl. Begründe deine Vorstellung.
Im Unterricht wurden u.a. die in Abbildung1 gezeigten Teilchendarstellungen entwickelt, welche die Hypothesen widerspiegeln. Einige Lernende vermischten die Knetkugeln, die die Ausgangsteilchen symbolisierten, und argumentierten, dass bei der Reaktion neue Teilchen durch Verschmelzen der Edukt-Teilchen entstünden. Diese und die Hypothese 2 müssen dann im Unterricht in Richtung der Atomhypothese nach Dalton rekonstruiert werden beispielsweise durch die Analyse des zuvor im Experiment hergestellten Kupferiodids. Neben der inhaltlichen Vorbereitung der Dalton-Hypothese zeigt die Darstellung, dass die Lernenden chemische Reaktionen hier bereits als Prozess denken und dabei das Trennen und die Neubildung von Teilchenverbänden sowie die Zusammenstöße von Teilchen als Kennzeichen chemischer Prozesse ableiten.
Beispiel 2: Synthese von Wasser
Anhand von Gasphasereaktionen wie der Synthese von Wasser im Eudiometer oder auch der Bildung von Chlorwasserstoff sowie Ammoniak aus den Elementsubstanzen lassen sich unter Betrachtung der Volumenverhältnisse und des Satzes von Avogadro die Molekülformeln der genannten Stoffe und auch der Molekülbegriff selbst ableiten. Die Modellierung auf der Ebene der Dalton-Atomhypothese kann hier einfach mit Legosteinen erfolgen (Material1 und Abb.2). Die Trennung der „Atome (Legosteine) in den Edukt-„Molekülen und die Zusammenlagerung der „Atome bei der Bildung der Wasser-„Moleküle verdeutlicht das Prozessdenken. Eine Betrachtung des realen Mechanismus ist mit dem Modell nicht leistbar.
Ist das Prinzip der Elektronenpaarbindung bereits bekannt, kann der Verlauf der Reaktion auch mit Zahnstochern oder Trinkhalmen und Knete modelliert werden (Abb.3). Dabei erlauben die ineinander gesteckten Trinkhalmstücke die Modellierung der Spaltung und Bildung von Elektronenpaarbindungen. Eine Modellierung des bei der Reaktion ablaufenden Mechanismus ist jedoch nicht möglich. Freie Elektronenpaare lassen sich auch durch Trinkhalmstücke modellieren.
Literatur
[1] Gerdes, A.: Mit Modellen arbeiten. Legosteine, Massenkonstanz und das Gesetz der konstanten Proportionen. UC 14(2003) Nr. 76/77, S.71 – 75
[2] Stäudel, L.: Vom Nutzen „unähnlicher Modelle. Legosteine und Teilchenkonzept. UC 18(2007) Nr.100/101, S.28 – 34
[3] Haupt, P.; Moritz, P.: Modelle chemischer Substanzen im Anfangsunterricht. Aulis Verlag, Köln 2008
[4] Habelitz-Tkotz, W.: Methodenbeispiele zur individuellen Förderung. Am Beispiel der systematischen Benennung von organischen Molekülen. PdNChiS 58(2009), S.30 – 36
Unterricht Chemie
Sie sind bereits Abonnent?

Mein Konto

Weiterlesen im Heft

Ausgabe kaufen

Unterricht Chemie abonnieren und digital lesen!
  • Exklusiver Online-Zugriff auf Ihre digitalen Ausgaben
  • Print-Ausgabe der abonnierten Zeitschrift bequem nach Hause
  • Zusatzvorteile für Abonnenten im Online-Shop genießen

Zeitschrift abonnieren

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

Reaktionsprozesse

Zeitschrift "Unterricht Chemie" Premium-Beitrag Praxis Schuljahr 7-11