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2022 | Buch

Praxishandbuch Chemie im Unterricht

Experimente – Modelle – Übergänge Illustriert und erläutert mit Tafelbildern aus dem Unterricht

verfasst von: Jürgen Neumann

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Wie gelangt man im Unterricht zu den verschiedenen Vorstellungen über den Aufbau von Atomen? Welche Experimente eignen sich hierfür als „Brückenexperimente“? Praxisorientiert und verständlich führt Jürgen Neumann Studenten des Lehramts Chemie in die Grundlagen der Chemie für den Unterricht ein; im Zentrum steht hierbei das Experiment als wesentlicher Schritt auf dem Weg zum Erkenntnisgewinn. Es werden am Experiment orientierte Wege beschrieben, die sich als Übergänge im Sinne der fachlichen Erweiterung und Vertiefung chemischer Grundlagen für Mittel- und Oberstufe verwenden lassen; eine ideale Ergänzung zu einschlägigen Grundlagenlehrbüchern und eine Hilfe für die Planung und Durchführung experimenteller Unterrichtsinhalte. Illustriert und ergänzt werden die chemischen Grundlagen und Zusammenhänge durch zahlreiche einprägsame Tafelabbildungen, unterstützende Videoclips zu Experimenten im Unterricht sowie historische Daten. Damit richtet sich dieses Praxishandbuch auch an Studierende des Lehramts Biologie zur fachlich-experimentellen Vertiefung chemischer Zusammenhänge, an Fachkolleginnen und -kollegen der Chemie sowie anderer Fachrichtungen und zur eigenen Inspiration.

Viele der vorgestellten Experimente sind unter Verwendung von Plastikmaterialien aus der Medizin und Labortechnik konzipiert, die eine kostengünstige sowie Gefahrenstoff- und Verletzungsgefahr reduzierte Alternative zu gängigen, auf Glasmaterialien basierten Experimenten darstellen und sich im Unterricht mit geringem Zeitaufwand realisieren lassen.

Ein Nachschlagewerk für alle Interessierten, die auf der Suche nach der Bedeutung von Modellen im Chemieunterricht sowie der Erklärung zu vielen Experimenten in der Schule sind; auch Experimente zu aktuellen Themen wie elektrisch leitende Kunststoffe und der Lithium-Ionen-Akku sind ein Thema.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Teil I

Frontmatter
1. Einleitung: Modelle im Chemieunterricht
Zusammenfassung
Im Fokus dieses Kapitels stehen der Modellbegriff sowie ein Überblick über die gängigen im Unterricht verwendeten Atommodelle.
Jürgen Neumann
2. Das Stoff-Teilchen-Modell
Zusammenfassung
In diesem Kapitel stehen die Bildung der ersten Modellvorstellung in Form des Stoff-Teilchen-Modells und dessen Anwendung zur Klärung des Aufbaus von Stoffen und Stoffgemischen im Vordergrund.
Jürgen Neumann
3. Experimente zur Bildung einer Vorstellung zu den Begriffen Element und Verbindung
Zusammenfassung
Im Vordergrund dieses Kapitels steht die Bildung einer Vorstellung zu den Begriffen Element und Verbindung. Hierfür wird die chemische Reaktion auf phänomenologischer Ebene hinterfragt, um experimentell zu erkunden, wie Stoffteilchen aufgebaut sind und was mit ihnen im Zuge einer chemischen Reaktion auf Teilchenebene geschieht.
Jürgen Neumann
4. Die Atomvorstellung nach Dalton
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird mit Hilfe experimenteller Ergebnisse die Notwendigkeit zur Erweiterung des Teilchenmodells in Richtung der Atomvorstellung nach Dalton beschrieben, um sich von der stofflichen Definition der Begriffe Element und Verbindung lösen zu können. Mit Hilfe der Atomvorstellung nach Dalton werden Vorschläge zur Bestimmung quantitativer Beziehungen im Zusammenhang mit der Atommasse, der molaren Masse sowie des molaren Volumens gegeben und das Periodensystem der Elemente auf der Basis der Atommasse und dem ähnlichen Reaktionsverhalten der Elemente eingeführt.
Jürgen Neumann
5. Die internationale Sprache der Chemie: Wie wird eine Reaktionsgleichung aufgestellt?
Zusammenfassung
In diesem Kapitel steht das Aufstellen einer Reaktionsgleichung im Fokus, begonnen bei dem Gesetz zur Erhaltung der Masse sowie dem Gesetz zu den konstanten Massenverhältnissen bis hin über das experimentelle Ermitteln einer Verhältnisformel und das stöchiometrische Ausgleichen der Reaktionsgleichung.
Jürgen Neumann
6. Die Atomvorstellung nach Rutherford
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden experimentell die Grenzen der Atomvorstellung nach Dalton aufgezeigt und gleichzeitig im Modellexperiment die Grundlagen für eine Erweiterung in Richtung der Atomvorstellung nach Rutherford geliefert. Die Funktion der Neutronen im Atomkern wird modellhaft thematisiert.
Jürgen Neumann
7. Die Atomvorstellung nach Bohr
Zusammenfassung
In diesem Kapitel liegt der Fokus auf der experimentell begründeten Notwendigkeit zur Erweiterung der Atomvorstellung in Richtung Bohr’sches Modell. Das Periodensystem der Elemente wird unter Berücksichtigung des Atombaus nach Bohr erweitert.
Jürgen Neumann
8. Die Metall- und Ionenbindung nach Bohr
Zusammenfassung
Mit Hilfe dieser Atomvorstellung werden in diesem Kapitel modellhaft die Metallbindung erklärt sowie die Ionenbindung thematisiert. Es werden experimentelle Grundlagen zum Verständnis des Auftretens von Lösungskälte/Lösungswärme gelegt.
Jürgen Neumann
9. Die Elektronenpaarbindung im Kugelwolkenmodell
Zusammenfassung
Zentraler Inhalt in diesem Kapitel ist die Elektronenpaarbindung, die auf der Ebene des Kugelwolkenmodells thematisiert wird. Mit Hilfe des Kugelwolkenmodells und des VSPER-Modells wird der räumliche Bau einfacher Moleküle erklärt, um damit experimentelle Ergebnisse in der Lewis-Schreibweise und auf der Ebene von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie dem Wirken von intermolekularen Anziehungskräften deuten zu können.
Jürgen Neumann
10. Donator-Akzeptor-Prinzip: Redoxreaktionen
Zusammenfassung
Der zentrale Fokus liegt in diesem Kapitel im Bereich des Donator-Akzeptor-Prinzips und hier auf den Begriffen der Oxidation und Reduktion. Verbrennungsreaktionen werden auf der Ebene von Elektronenübertragungsreaktionen gedeutet und die Verbrennung eines Stoffes mit Hilfe von Sauerstoff als nur eine Verbrennungsreaktion unter vielen experimentell herausgearbeitet.
Jürgen Neumann
11. Donator-Akzeptor-Prinzip: Säure/Base-Reaktionen
Zusammenfassung
Der zentrale Fokus liegt in diese Kapitel im Bereich des Donator-Akzeptor-Prinzips und hier auf den Begriffen von Säure/Base-Reaktionen. Säure/Base-Reaktionen werden auf der Ebene von Protonenübertragungsreaktionen gedeutet und damit Säure/Base-Reaktionen in Abwesenheit des Lösungsmittels Wasser experimentell erfahrbar gemacht.
Jürgen Neumann

Teil II

Frontmatter
12. Einleitung: Organische Chemie
Zusammenfassung
Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die in den folgenden Kapiteln 13 bis 17 behandelten „Bausteine“ in der organischen Chemie: Stoffklassen und deren funktionelle Gruppen, chemisches Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz.
Jürgen Neumann
13. Alkane, Alkene, Alkine: Typische Eigenschaften und Reaktionen
Zusammenfassung
Inhalt dieses Kapitels sind einfach gebaute Kohlenwasserstoffe und deren Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie typische Reaktionen, die, begonnen bei der Stoffklasse der Alkane, experimentell im Kontext von Erdöl qualitativ und quantitativ herausgearbeitet werden.
Jürgen Neumann
14. Alkohole: Typische Eigenschaften und Reaktionen
Zusammenfassung
Im Mittelpunkt dieses Kapitels steht die Stoffklasse der Alkohole, deren Darstellung, Eigenschaften und typische Reaktionen, die experimentell erkundet werden.
Jürgen Neumann
15. Aldehyde: Typische Eigenschaften und Reaktionen
Zusammenfassung
Eine typische Eigenschaft von Aldehyden ist deren Reaktionsfreudigkeit. In diesem Zusammenhang werden in diesem Kapitel der Nachweis von Aldehyden über die Schiff’sche Probe im Kontext des Nachweises von Formaldehyd im Zigarettenrauch vorgestellt und die Oxidation von Aldehyden im basischen Milieu thematisiert. Letztere Reaktionen ermöglichen den Übergang zur nächsten Stoffklasse, der Stoffklasse der Carbonsäuren. Die Darstellung von Aldehyden über die milde Oxidation eines primären Alkohols wurde bereits in Abschn. 14.​4 beschrieben.
Jürgen Neumann
16. Carbonsäuren: Typische Eigenschaften und Reaktionen
Zusammenfassung
Inhalt dieses Kapitels ist die Säureeigenschaft der Carboxy-Gruppe, an deren Beispiel der Begriff der Mesomerie in Vorbereitung auf das Kapitel der Farbstoffe (s. Kap. 19) erörtert und das Säure/Base-Konzept nach Brönsted aufgegriffen wird. Im Kontext der Bildung von Essigsäuremethylester wird die typische Reaktion einer Carbonsäure mit einem Alkohol zur Stoffklasse der Ester thematisiert.
Jürgen Neumann
17. Das chemische Gleichgewicht und Massenwirkungsgesetz
Zusammenfassung
Im Fokus dieses Kapitels stehen die Bildung einer Vorstellung über das chemische Gleichgewicht und die Frage, wie die Lage des chemischen Gleichgewichts beeinflusst werden kann.
Jürgen Neumann
18. Grundlagen und Experimente aus dem Bereich der Lebensmittelchemie
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird den Eigenschaften und Reaktionen insbesondere der Grundbausteine von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten experimentell nachgespürt.
Jürgen Neumann
19. Das quantenmechanische Atommodell: Grundlagen und Experimente aus dem Bereich der Aromaten- und Farbstoffchemie
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird aufgrund experimenteller Beobachtungen die Notwendigkeit aufgezeigt, das Schalenmodell in Richtung des quantenmechanischen Atommodells zu erweitern. Damit wird die Grundlage für das Verständnis von Mesomerie und den damit verbundenen Reaktionen an Aromaten sowie für das Auftreten von Farbigkeit gelegt. Am Beispiel der Synthese ausgewählten Farbstoffe werden die Reaktionen am Aromaten vertieft und die Haftung von Farbstoffen auf der Faser thematisiert.
Jürgen Neumann
20. Grundlagen und Experimente aus dem Bereich der Kunststoffchemie
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird, aufbauend auf den Grundlagen der organischen Chemie, durch ausgewählte Synthesereaktionen das Verständnis für die Herstellung unterschiedlicher Polymere und deren Bedeutung im Alltag gelegt. Die Herstellung eines elektrisch leitfähigen Polymers bildet den Übergang zum nächsten Kapitel, der Elektrochemie.
Jürgen Neumann
21. Grundlagen und Experimente aus dem Bereich der Elektrochemie
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Grundlage für das Verständnis der Herstellung mobiler Energiequellen gelegt, begonnen bei der experimentellen Erarbeitung der Redoxreihe der Metalle über die elektrochemische Spannungsreihe bis hin zu modernen Lithium-Akkumulatoren. Am Beispiel der Veredelung einer Bleistiftmine wird der Prozess der Galvanisierung thematisiert.
Jürgen Neumann
Backmatter
Metadaten
Titel
Praxishandbuch Chemie im Unterricht
verfasst von
Jürgen Neumann
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64964-0
Print ISBN
978-3-662-64963-3
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64964-0

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.