Die Chemie der Zink-Kohle-Batterie

Das hier vorgestellte Flash-Programm bietet Schülerinnen und Schülern einen Einblick in den Aufbau einer Zink-Kohle-Batterie und stellt in einer Animation die chemischen Vorgänge während der Stromentnahme stark vereinfacht dar. Die Flash-Folie lässt sich im Unterricht per Beamer-Projektion einsetzen, um den Aufbau und die Funktion einer Zink-Kohle-Batterie kennenzulernen, zu verstehen und die Teilreaktionen in Reaktionsgleichungen zu fassen. Am heimischen Rechner können Schülerinnen und Schüler das frei zugängliche Angebot nutzen, um den Unterrichtsstoff zu wiederholen. Die Materialien der Unterrichtseinheit werden durch Beiträge der Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V. (GDCh) ergänzt: Artikel aus der Aktuellen Wochenschau der GDCh stellen den seit fast 100 Jahren in Autos eingesetzten Bleiakkumulator sowie die noch sehr junge Technologie der Lithium-Batterien und ihre Einsatzmöglichkeiten vor.

Kompetenzen

Die Schülerinnen und Schüler sollen

• den Aufbau und die Organisation einer Zink-Kohle-Batterie beschreiben.
• anhand der Animation zur Zink-Kohle-Batterie erkennen, dass bei der Stromentnahme durch Anschluss eines Verbrauchers innerhalb der Batterie kontinuierlich stoffliche Veränderungen in den beiden Teilen eines Redoxsystems ablaufen.
• die dynamischen Teilchenmodellszenarien in Reaktionsgleichungen umsetzen.
• aus der Animation ableiten, dass durch die Kombination und räumlich Trennung geeigneter Reduktions- und Oxidationsmittel chemische Energie gespeichert und durch Anschluss eines Verbrauchers in elektrische Energie umgewandelt werden kann.

Kurzinformation

Didaktisch-methodischer Kommentar

Betrachtung der Teilvorgänge und Aufstellen der Teilgleichungen
Das "Innenleben" einer handelsüblichen Batterie kann den Schülerinnen und Schülern an aufgesägten Batterien gezeigt werden. Welche chemischen Vorgänge laufen ab? Der Zinkbecher fungiert als Elektronendonator. Zink wird oxidiert. Das ist aus der äußeren Beschriftung mit dem Minus-Symbol ersichtlich. Doch welcher Stoff wird reduziert? Dies wird in der hier vorgestellten Animation veranschaulicht, indem zum einen die Bestandteile der Batterie mithilfe von Formeln benannt werden (Ausgangsstoffe) und zum anderen die chemischen Veränderungen vereinfacht szenisch dargestellt werden (Produkte). Dabei werden die Oxidation von Zink, die Leitung der Elektronen über einen elektrischen Leiter hin zum Verbraucher und die Reduktion von Mangandioxid zeitlich nacheinander animiert vorgestellt, um den Fokus der Schülerinnen und Schüler verstärkt auf die Teilvorgänge zu konzentrieren. Anhand dieser "zeitlichen Akzentuierung" lassen sich leicht Teilgleichungen zu den Redoxvorgängen aufstellen.

Unterrichtsgespräch und selbstständige Schülerarbeit
Wird die Animation im Unterrichtsgepräch als Arbeitsmittel eingesetzt, werden ein kontinuierliches und zeitgleiches Prozedere im gesamten Redoxsystem und der kontinuierliche Verbrauch der Ausgangsstoffe thematisiert. Daneben können Schülerinnen und Schüler den Aufbau und die Funktion der Zink-Kohle-Batterie in einer selbstständigen Schülerarbeit am Rechner erarbeiten.

• Steuerung und Inhalte der Flash-Animation
  Die Animation kann über den Cursor oder die Tastatur gesteuert werden. Die Teilschritte der Reaktion werden hier per Screenshot vorgestellt und kurz erläutert.
• GDCh-Wochenschau-Artikel zum Thema
  Bei der Behandlung des Themas bietet sich ein Blick auf weitere Batterietypen an: klassischer Bleiakkumulator und die junge Technologie der Lithium-Ionen-Batterie

Internetadresse

• Chemie interaktiv: Elektrochemie
  Hier finden Sie neben der Animation zur Chemie der Zink-Kohle-Batterie weitere Materialien zur Elektrochemie von Ralf-Peter Schmitz.

Informationen zum Autor

Dr. Ralf-Peter Schmitz unterrichtet an der Heinrich-Heine-Gesamtschule in Duisburg-Rheinhausen und war von August 1998 bis Juli 2002 an die Gerhard-Mercator-Universität Duisburg (Fachbereich Didaktik der Chemie) teilabgeordnet. Von März 2005 bis Juli 2006 war er erneut an der Universität Duisburg-Essen tätig. Im Rahmen einer weiteren Abordnung an die Chemiedidaktik der Bergischen Universität Wuppertal (August 2006 bis Januar 2010) promovierte er zu dem Thema "Multimedia - Lehr- und Lerntools für Unterricht und Lehre". Seit Februar 2010 ist er wieder im Schuldienst.

• Mehr Infos im Autorenverzeichnis
  Hier können Sie Kontakt mit Dr. Schmitz aufnehmen. Zudem finden Sie hier eine Liste mit weiteren Lehrer-Online-Beiträgen des Autors.

Kommentare zu dieser Unterrichtseinheit

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