Wie funktioniert eigentlich ein galvanisches Element – und warum beginnt eine Glühlampe zu leuchten, sobald Zink und Kupfer miteinander "stromtechnisch" ins Gespräch kommen? Die Animation zum Daniell-Element macht genau das sichtbar: Schülerinnen und Schüler erleben Schritt für Schritt, wie Oxidation und Reduktion räumlich getrennt ablaufen, Elektronen vom unedleren Zink zur Kupferhalbzelle wandern und dabei elektrische Energie entsteht. Mit den von Schülerinnen und Schülern durchgeführten Tauchversuchen konnten Metalle nach steigendem Reduktions- bzw. Oxidationsvermögen in eine Redoxreihe eingeordnet werden. Reduktion und Oxidation und damit der Elektronenübergang laufen direkt beim Kontakt der Reaktionspartner ab. Die energetische Nutzung der Elektronenübergänge zwischen Reduktionsmittel und Oxidationsmittel gelingt durch eine räumliche Trennung der Oxidation und Reduktion in einer galvanischen Zelle oder galvanischem Element. Die in der Animation dargestellte galvanische Zelle (galvanisches Element) geht auf das nach John Frederic Daniell in 1836 entwickelte und nach ihm benannte Daniell-Element zurück. In der Animation wird ein Box-Modell verwendet, um die Elektrodenvorgänge nebeneinander und möglichst groß animiert darstellen zu können. Zum alternativen Versuchsaufbau mit U-Rohr und Glasfritte existiert eine weitere Animation. Im Startbild zeigt die Animation den Aufbau eines galvanischen Elements aus einer Zink- und Kupfer-Halbzelle integriert in einen Stromkreis mit einer Glühlampe als Verbraucher. Das zentrale Anliegen der Animation ist das Veranschaulichen der chemischen Vorgänge an den Elektroden mit Teilchenmodellen beim Schließen des Schalters (Stromkreis geschlossen) und der Elektronenfluss von der Zink- zur Kupferhalbzelle. Um allen Schülerinnen und Schülern vor dem Starten der Animation den Aufbau und die verwendeten Stoffe klar mit Namen und Formeln bewusst zu machen, kann über das Menü (rechts außen) eine Beschriftung eingeblendet und der Aufbau des galvanischen Elements besprochen werden. Beim Schließen des Stromkreises durch Anklicken des Schalters startet die Teilchenmodellanimation. In der linken Halbzelle werden auf der Zinkelektrode Zinkatome eingeblendet und zu Zinkionen oxidiert. Zinkionen gehen in Lösung (Auflösung). Elektronen bewegen sich über den außen angelegten elektrischen Leiter zur Glühlampe und von dort zur Kupferelektrode in der rechten Halbzelle. An der Kupferelektrode werden Kupferionen aus der Lösung zu Kupfer reduziert. Entstandene Kupferatome werden auf der Kupferelektrode ausgeblendet (Abscheidung). Technische Information zur Animation: Als Voraussetzung für den Einsatz der Animation im Unterricht benötigt man einen Computer oder ein Tablet sowie einen Internetzugang. Bei einer Präsentation ist die Steuerung über die Space-Taste zum Starten und Anhalten der Animation sehr praktisch. Über die Pfeiltasten nach rechts bzw. nach links können jeweils einige Bilder vor- bzw. zurückgesprungen werden. So können Oxidations- und Reduktionsvorgang langsam abgespielt werden und im Sinne des Arbeitsblattes in Reaktionsgleichungen übertragen werden. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau einer galvanischen Zelle aus zwei Halbzellen mit unterschiedlichen Metallelektroden (Zink bzw. Kupfer), die in entsprechende Metallsalzlösungen (Zinksalz-Lösung bzw. Kupfersalz-Lösung) eintauchen. erkennen anhand der Animation zur galvanischen Zelle, dass beim Verbinden beider Halbzellen mittels eines elektrischen Leiters zeitgleich und kontinuierlich in der einen Halbzelle ein Oxidations- und in der anderen ein Reduktionsvorgang an der jeweiligen Metallelektrode abläuft. setzen die dynamischen Teilchenmodellszenarien an den Elektroden in Reaktionsgleichungen um. leiten aus der Animation ab, dass in Systemen mit räumlicher Trennung von Reduktions- und Oxidationsmittel chemische Energie speichert und beim Anschluss eines Verbrauchers in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nach Linkvorgabe eine Online-Animation aufrufen und starten. steuern und wiederholen die Online-Animation über übliche Steuerbuttons. setzen die Animation zielgerichtet ein. zeigen Grenzen der eingesetzten Modellanimation auf. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv beim Analysieren der Teilchenvorgänge zusammen und leiten gemeinsam unter Beachtung der Fachsprache und formal-chemischen Gesichtspunkten Teilgleichungen ab.

Die Animation zur virtuellen Ermittlung einer Spannungsreihe macht das unsichtbare Geschehen in galvanischen Zellen sichtbar und interaktiv erfahrbar. In zwei Szenen kombinieren Schülerinnen und Schüler Halbzellen, messen Spannungen, ordnen Reduktionsmittel ein und erstellen Schritt für Schritt ihre eigene Spannungsreihe. Unterstützt durch virtuelle Messdaten und visuelle Spannungsskalen entsteht ein klarer, strukturiert nachvollziehbarer Lernprozess – ideal für experimentorientierten Chemieunterricht mit digitalem Mehrwert. Die Animation zur virtuellen Ermittlung einer Spannungsreihe ist ein interaktives Programm, das aus zwei Szenarien besteht. Im ersten Teil (Button "Versuch") erwartet die Schülerinnen und Schüler eine virtuelle Experimentier- und Messumgebung aus U-Rohr, digitalem Multimeter und einer interaktiven Halbzellenauswahl über ein Menü. Das Ziel in dieser Szene besteht darin, verschiedene Halbzellen zu kombinieren, die Spannungen des jeweiligen galvanischen Elements zu messen und diese Werte zu speichern. Dazu wird beim Betätigen des Schalters ein Ereignisfenster eingeblendet, in dem die eingesetzten Halbzellen benannt werden (Formelschreibweise: Metall/Metallsalz) und die Spannung des galvanischen Elements angezeigt wird. Schülerinnen und Schüler müssen jetzt entscheiden, welche Rolle die linke Halbzelle spielt: Donatorhalbzelle oder Akzeptorhalbzelle. Die Bildung eines Belags auf einer der beiden Elektroden (mögliche Abscheidung) bzw. das Auflösen (Verjüngung) der anderen wird in der Animation nicht gezeigt. Deshalb können Schülerinnen und Schüler über die Einblendung eines Trickfilms mit animierten Elektrodenreaktionen die richtige Entscheidung treffen. Abschließend muss der "Merken-Button" zum Speichern der Ergebnisse bei jedem neuen Versuch gedrückt werden. Von Versuch zu Versuch wird den Lernenden zunächst die Reihenfolge vom starken zum schwachen Reduktionsmittel stückweise bewusst, zum Teil unterstützt durch die Vorerfahrung mit eventuell früheren real durchgeführten Tauchversuchen. Gleichzeitig werden jetzt auch die unterschiedlichen Spannungen allmählich dahingehend reflektiert, dass eine Reihenfolge der Halbzellen mit "Spannungsabständen" erfassbar wird und man damit Voraussagen über die Spannung anderer Halbzellenkombinationen machen kann. Letztere Überlegung macht dann eine Auswertung der Messdaten notwendig. Dies geschieht in der zweiten Szene (Button "Auswertung"). Der Auswertungsbildschirm enthält eine vorgegebene Spannungsskala von 0 – 2,2 V. Über die Betätigung der Buttons "Messdaten" und "Symbole" werden zwei Fenster geöffnet. Die Halbzellensymbole lassen sich aus dem Fenster heraus verschieben und neben der Skala positionieren. Laut Aufgabenstellung muss die Halbzelle, die gegenüber allen anderen Halbzellen als Donatorhalbzelle fungiert, dem Wert Null zugeordnet werden. Alle anderen untersuchten Halbzellen werden entsprechend den Spannungen aus der eigenen Messdatensammlung zugeordnet. Um die Spannungsabstände visuell hervorzuheben, können über eine Toolbox (Button "Toolbox") sogenannte "Spannungslineale" eingeblendet werden. Zur Anpassung der Lineale kann ein neuer Spannungswert (bitte mit Dezimalpunkt!) eingegeben und mit der Maus (!) direkt unterhalb des angezeigten Wertes bestätigt ("OK-Button") werden. Ebenso befindet sich dort ein "Verschieben-Button", mit dem das angepasste Spannungslineal positioniert werden kann. Zur Sicherung der Ergebnisse bzw. für eine spätere Aussprache im Plenum dient ein Arbeitsblatt als Protokoll. Ebenso können Programmergebnisse per Beamer oder über die digitale Tafel von einer Arbeitsgruppe präsentiert werden. Technische Information zur Animation Als Voraussetzung für den Einsatz der Animation im Unterricht benötigt man einen Computer oder ein Tablet sowie einen Internetzugang.Die ursprüngliche Konzeption des Animationsprogramms sah zwei Aufgaben vor: 1. Erkundung eines galvanischen Zink-Kupfer-Elements, mit Veranschaulichung (animiert) der unterschiedlichen Lösungsbestreben der Metalle in beiden Halbzelle (Donator oder Akzeptor) und der daraus resultierenden Richtung des elektrischen Stroms. 2. Virtuelle Entwicklung einer Spannunngsreihe (Thema II). Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler kombinieren virtuell verschiedene Halbzellen zu galvanischen Elementen, führen Spannungsmessungen durch und speichern diese im Computer-Programm. analysieren und bewerten animierte Modelle jeweils zweier Metalle in ihren Metallsalzlösungen und leiten daraus Redoxeigenschaften der beiden Metalle ab. ordnen die untersuchten Halbzellen aufgrund der erhaltenen Messwerte einer Spannungsskala zu. leiten aus der Spannungsreihe die Spannung weiterer Halbzellenkombinationen ab. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nach Linkvorgabe eine Online-Animation aufrufen und starten. steuern und wiederholen virtuelle Experimentaktionen und entwickeln daraus mithilfe verschiebbarer Symbole eine grafische Messwertdarstellung am Computer setzen die Animation zielgerichtet ein. zeigen Grenzen der eingesetzten Modellanimation auf. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv beim Auswählen und Beurteilen der Halbzellen galvanischer Elemente zusammen und entwickeln gemeinsam aus virtuell erhaltenen Messwerten unter Beachtung der Fachsprache und formal-chemischen Gesichtspunkten eine Spannungsreihe.