Chemie: Willkommen im Fachportal

Natrium reagiert mit Chlor zu Natriumchlorid. Mit Kugelmodellen, Schalenmodellen und Formeln erstellen Schülerinnen und Schüler auf einer digitalen "Puzzle-Fläche" spielerisch verschiedene Reaktionsgleichungen, kommentieren diese und erstellen damit ein Präsentationslayout. Die Reaktionen von Metallen mit Halogenen führen zur Bildung von Metallhalogeniden. Aus den chemischen Elementen entstehen ionische Verbindungen (Salze). Ein für den Unterricht sehr anschauliches Beispiel ist die Reaktion von Natrium mit Chlor. Chlorgas lässt sich in einem Gasentwickler aus Salzsäure und Kaliumpermanganat herstellen, im Standzylinder auffangen oder direkt zum Beispiel in ein Verbrennungsrohr einleiten. Das zuvor im Verbrennungsrohr erhitzte Natrium schmilzt, verdampft und reagiert unter Energiefreisetzung eindrucksvoll mit dem eingeleiteten Chlorgas. Nach Abschluss der Reaktion verbleibt ein klar erkennbarer weißer Feststoff im Reaktionsgefäß, der sich für anschließende experimentelle Untersuchungen verwenden lässt (Leitfähigkeitsüberprüfung in wässriger Lösung, Halogenidnachweis mit Silbernitrat). Die Analyse des Experiments führt letztlich zur Aufstellung einer Reaktionsgleichung. Aus den Edukten Natrium und Chlor entsteht das Produkt Natriumchlorid. Um diese Reaktion auf der Teilchenebene anschaulich verständlich zu machen, liefert die vorliegende Animation ein interaktives digitales Arbeitsmittel. Schülerinnen und Schülern stehen Teilchenmodelle in Form von Kugelmodellen und Schalenmodellen sowie chemische Formeln und Lewisformeln zur Verfügung, um verschiedene Darstellungsweisen spielerisch kennenzulernen beziehungsweise selbstständig stöchiometrisch anzuwenden. Auf der Arbeitsfläche lassen sich mehrere Darstellungsformen für Reaktionsgleichungen gegenüberstellen und vergleichen: Mit den chemischen Symbolen wird eine Reaktionsgleichung entwickelt. Aus Kugelmodellen entstehen geladene Kugelmodelle (mit veränderten Durchmessern). Mit Schalenmodellen lassen sich die Veränderungen in der Elektronenkonfiguration veranschaulichen (Wegfall der äußeren Schale beim Natriumatom nach Abgabe des einzigen Valenzelektrons; Vergrößerung des entstandenen Chloridions). Ein animiertes Schalenmodell demonstriert den Elektronenübergang dynamisch. In einer Reaktionsgleichung mit Lewis-Formeln werden analog zur Reaktionsgleichung mit Schalenmodellen Valenzelektronen und geladene Ionen berücksichtigt. In anpassbaren Textfenstern lassen sich Benennungen oder zum Beispiel kurze vergleichende Erläuterungen hinzufügen, um die jeweils entwickelte Darstellung mit Begriffen zu komplettieren. Als Hilfe für Schülerinnen und Schüler kann über den Button "Rückblick" der Versuch im Videoclip eingeblendet werden. Damit wird eine gedankliche Verknüpfung zum vorher erlebten Realexperiment erneut aktiviert und die Phänomene der Reaktion werden wiederholt wahrnehmbar. Im Rückblickfenster wird außerdem die Assoziation von Realobjekten (Edukte und Produkt) mit der Teilchenebene angeregt. Die Sicherung der interaktiven Arbeit ist in Form gedruckter Screenshots fürs Protokoll und über Arbeitsblätter mit Anleitung und Auswertungsfragen möglich. Technische Informationen zur Animation Für den Einsatz im Unterricht sind ein Computer oder Tablet mit Internetzugang erforderlich. Die digitale Animation besteht aus einer weißen Arbeitsfläche und einer seitlichen Werkzeug-Box mit Modellen und chemischen Symbolen. Die Werkzeug-Box lässt sich ein- und ausblenden. Durch Anklicken des jeweils benötigten Modells wird dieses auf der Arbeitsfläche dupliziert. Es lässt sich mittels Maus, Finger oder Zeichenstift bewegen und positionieren. Am jeweils oberen Ende eines jeden Modells befinden sich zwei einblendbare Buttons, die zur Vergrößerung beziehungsweise Verkleinerung des Modells dienen. Nicht mehr benötigte Modelle lassen sich aus der Arbeitsfläche entfernen, indem man sie auf den Papierkorb (rechts unten im Bildschirm) zieht. Über einblendbare Textfenster, die ebenfalls anpassbar sind, lassen sich Kommentare festhalten und im Layout positionieren. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler entwickeln die Reaktionsgleichung zur Reaktion von Natrium mit Chlor mithilfe von Elementsymbolen und Formeln unter Beachtung der Stöchiometrie. entwickeln mit Kugelmodellen die Reaktion auf der Teilchenebene und erläutern diese. stellen mithilfe von Schalenmodellen das Reaktionsgeschehen dar und erläutern dieses. erklären mithilfe eines animierten Modells die Vorgänge zur Ionenbildung. entwickeln analog zur Schalenmodelldarstellung die Reaktionsgleichung mit Lewis-Formeln und erläutern diese. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nach Linkvorgabe eine Online-Animation aufrufen und starten. erstellen interaktiv mit auswählbaren und verschiebbaren Symbolen, Formeln und Textfenstern auf einer digitalen Arbeitsfläche ein Präsentationsprodukt. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv beim Umgang mit digitalen Symbolen und Modellen sowie beim Formulieren von Kommentaren zusammen und erstellen gemeinsam unter Beachtung der Fachsprache und formal-chemischer Gesichtspunkte ein Präsentationsprodukt zur NaCl-Synthese.

Wassermoleküle unter Spannung. Was heißt das? Warum kann eine Büroklammer auf einer Wasseroberfläche schwimmen? Was versteht man unter der Oberflächenspannung? Dieses und mehr lässt sich im Experiment von Schülerinnen und Schülern untersuchen und mittels einer digitalen Animation erklären. In der Bindungslehre wird das Wassermolekül als Beispiel für ein Molekül mit polarer Elektronenpaarbindung behandelt. Der Versuch zur Ablenkung eines Wasserstrahls dient dabei als Grundlage für die Erarbeitung der Dipoleigenschaft der Wassermoleküle. Zur Erklärung der Ablenkung werden zumeist einzelne Moleküle mit entsprechender Orientierung zum elektrisch geladenen Stab an der Tafel dargestellt. Mit der hier vorgestellten Animation lassen sich die Dipoleigenschaften der Wassermoleküle und ihre Bedeutung in einem Wasserkörper wie zum Beispiel in einer mit Wasser gefüllten Schale veranschaulichen. Dabei werden die Eigenschaften der Grenzschicht des Wassers zum Luftraum experimentell (virtuell) und animiert untersucht. Die Animation eignet sich zur Auswertung eines einfachen Lernendenexperiments. Das Experiment geht der Fragestellung nach, ob eine Büroklammer von einer Wasseroberfläche getragen werden kann. Dazu sollen die Schülerinnen und Schüler mittels Pinzette versuchen, eine kleine Büroklammer zum einem senkrecht aufzustellen und zum anderen waagerecht auf der Oberfläche abzulegen. Die Animation besteht aus fünf Videosequenzen, in denen die Versuchsphänomene auf der Teilchenmodellebene mit eingeblendeten Kommentaren dargestellt werden. Anhand der beiden Teilexperimente wird die Vernetzung der Wassermoleküle im Wasserkörper sukzessiv für die Erklärung der beobachteten Phänomene herangezogen. Im Eröffnungsbildschirm wird der Wasserkörper (Ausschnitt von Oberfläche und Frontansicht) mit Teilchenmodellen gezeigt. Die Wasserteilchen bewegen sich am Platz, um den flüssigen Zustand vereinfacht zu demonstrieren. Die Oberfläche ist (makroskopisch betrachtet) glatt; die Schwerkraft sorgt für eine Gleichverteilung. Fährt man mit der Maus über die Wasserteilchen, so werden Strukturformeln (Valenzstrichformeln) mit Ladungsverschiebung (Keildarstellung) eingeblendet, beim Drücken der linken Maustaste werden stattdessen Partialladungen angezeigt. Während dieses ersten Trickfilms werden Wasserstoffbrückenbindungen und die Vernetzung der Wassermoleküle im dreidimensionalen Raum thematisiert. Die Videosequenzen 2-5 zeigen in Form von Trickfilmszenen das Auflegen der Klammer (senkrecht und waagerecht). Über die Buttons Exp.1 FI und Exp.2 FI werden informierende Videos aufgerufen und die Teilexperimente analysiert. Im Laufe dieser Darstellungen wird der "Anspannungszustand" der vernetzten Wassermoleküle im Wasserkörper und an der Oberfläche skizziert sowie der Begriff Oberflächenspannung erläutert. Zur Sicherung der Ergebnisse dient ein Arbeitsblatt mit kurzer Versuchsanleitung und Beobachtungsprotokoll sowie Auswertungsfragen zur digitalen Animation. Technische Informationen zur Animation Für den Einsatz im Unterricht sind ein Computer oder Tablet mit Internetzugang erforderlich. Die einzelnen Filmsequenzen lassen sich über Buttons steuern. Alternativ kann dies über die Space-Taste oder die Pfeiltasten (links/rechts) erfolgen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler lernen die Organisation der Wassermoleküle im Stoff Wasser kennen. erkennen, dass der Wasserkörper durch die Anziehungskräfte zwischen den Dipolmolekülen einerseits stabilisiert und zusammengehalten wird, andererseits aber auch die Fluidität des Stoffes Wasser durch die schwachen, immer wieder aufbrechenden und sich wieder neu verbindenden Wasserstoffbrückenbindungen gegeben ist. erkennen, dass Wassermoleküle an der Wasseroberfläche von den Wassermolekülen im Inneren des Wasserkörpers angezogen ("festgehalten") werden. leiten aus den Versuchen beziehungsweise virtuellen Darstellungen ab, dass die Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen an der Wasseroberfläche einen "Anspannungszustand" (die Oberflächenspannung) bewirken, der bei mechanischen Einflüssen auf die Wasseroberfläche sichtbar wird. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nach Linkvorgabe eine Online-Animation aufrufen und starten. erläutern und deuten gemeinsam mithilfe der digitalen Teilchenmodellanimationen das Phänomen der Oberflächenspannung, das bei schwachen mechanischen Einflüssen sichtbar wird. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv beim Umgang mit digitalen Teilchenanimationen zusammen und erstellen gemeinsam unter Beachtung der Fachsprache und formal-chemischer Gesichtspunkte ein Ergebnisprotokoll.

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.

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.

Erleben Sie eine prägnante und visuell eindrucksvolle Darstellung der säurekatalysierten Veresterung: 3D-Molekülmodelle, sauber animierte Elektronenpaarverschiebungen und klare Lewis-Schreibweisen – perfekt aufbereitet, um komplexe Mechanismen im Unterricht der Oberstufe anschaulich zu vermitteln. Dieses Video bietet eine strukturierte Erklärung des Reaktionsmechanismus der säurekatalysierten Veresterung – ideal zur Ergänzung Ihres Chemieunterrichts in der gymnasialen Oberstufe. Schritt für Schritt werden alle wesentlichen Stadien gezeigt: von der Protonierung des Carbonyls über den nucleophilen Angriff des Alkohols bis hin zur Wasserabspaltung und Regeneration des Katalysators. 3D-Visualisierungen ermöglichen den Lernenden einen intuitiven Blick auf Molekülgeometrien, während die Lewis-Schreibweise die fachlich präzise Nachvollziehbarkeit jedes Teilschritts sicherstellt. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler benennen Edukte und Produkte. erläutern die Rolle des Katalysators. beschreiben den Reaktionsmechanismus der säurekatalysierten Veresterung in Worten. formulieren den Reaktionsmechanismus der säurekatalysierten Veresterung in der Lewis-Schreibweise. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen ein Erklärvideo gezielt, um fachliche Inhalte zu erwerben und zentrale Informationen zu entnehmen. identifzieren relevante Inhalte und unterscheiden diese von ergänzenden Beispielen oder Kontextinformationen.

Am Beispiel der Reaktion eines Eisennagels in Kupfersulfatlösung lernen Schülerinnen und Schüler, dass Eisenatome in wässriger Lösung mit Kupfer(II)-Ionen reagieren. Mittels einer digitalen Animation werden die chemischen Vorgänge auf der Teilchenebene veranschaulicht. Das Szenario umfasst die Elektronenübergänge zwischen Eisenatomen und Kupfer(II)-Ionen, die Abscheidung der Kupferatome und das In-Lösung-Gehen der Eisen(II)-Ionen. Die digitale Animation zur Reaktion eines Eisennagels in Kupfer(II)-sulfatlösung veranschaulicht die chemischen Vorgänge der Reaktion auf der Teilchenebene. Zum Ablauf sind ein Computer oder Ta­blet sowie ein Internetzugang erforderlich. Im Unterrichtsgang haben Schülerinnen und Schüler zuvor ein entsprechendes Experiment für die Lernenden in Partnerarbeit durchgeführt (Eisennagel im Becherglas oder Eisennagel am Bindfaden im Reagenzglas), ihre Beobachtungen formuliert sowie Vermutungen geäußert, die sich aus den Beobachtungen ableiten lassen. Zur Klärung der Versuchsergebnisse und zur formellen Fassung des zugrundliegenden Redoxvorgangs liefert die Animation eine für alle Schülerinnen und Schüler gleiche visuelle Basis über folgende Vorgänge auf der Teilchenebene: Beim Kontakt der Kupfer(II)-Ionen mit den Eisenatomen findet ein Elektronenübergang statt. Aus elektrisch positiv geladenen Kupfer(II)-Ionen entstehen durch Elektronenaufnahme Kupferatome, die sich auf dem Eisen absetzen und den Belag darstellen. Aus Eisenatomen entstehen durch Elektronenabgabe elektrisch positiv geladene Eisen(II)-Ionen, die in Lösung gehen und verantwortlich sind für eine zunehmend raue Oberfläche des Eisennagels. Die Farbveränderung der Lösung kommt durch den Ionenaustausch der Metallionen zustande. Durch die Animation gelingt eine gedankliche Modellierung der Teilchenvorgänge für das weitere Unterrichtsprozedere. Die Schülerinnen und Schüler können die Modellszenen zum Beispiel in Partnerarbeit analysieren und daraus Teilreaktionen zur Oxidation und Reduktion sowie eine Redoxreaktion formulieren. Im entsprechenden Arbeitsblatt werden Ergebnisse festgehalten. Falls die Begriffe Oxidation und Reduktion noch nicht bekannt sind, kann jetzt durch die Lehrperson eine Begriffsbildung erfolgen. Information zur Steuerung der Animation: Über die Steuerleiste lässt sich die Animation starten und stoppen beziehungsweise positionieren. Diese Funktionen können auch über die Space-Taste und die Pfeil-Tasten aktiviert werden (rechts oder links, das heißt einige Bilder vor- beziehungsweise zurückspringen; Vereinfachung für eine Referentin oder einen Referenten). Die Animation wird online über einen Open-Source-Emulator wiedergegeben. Das Laden kann einige wenige Sekunden dauern. Die Animation dient im Unterrichtsgespräch als Funktionsmodell, mit dem das untersuchte Phänomen präsentiert und seine Analyse und Deutung unterstützt wird. Vor dem Einsatz der Animation haben die Schülerinnen und Schüler das entsprechende Experiment selbst durchgeführt. Ihre Beobachtungen über das Auflösen des Eisennagels beziehungsweise die Verfärbung der Kupfersulfatlösung deuten auf eine Reaktion zwischen dem Feststoff Eisen und dem gelösten Kupfersulfat hin. Die Animation visualisiert die chemischen Vorgänge: Kupferionen treffen auf die Eisenatome des Nagels. Es kommt zu Elektronenübergängen. Dabei bilden sich Eisenionen, die in Lösung gehen. Die entstehenden Kupferatome scheiden sich auf dem Eisennagel ab. Zudem zeigt die Animation die Verfärbung der Lösung während der Reaktion und das abgeschiedene Kupfer auf dem Eisennagel. Der entsprechend verfärbte Nagel kann am Ende des Films mit der Maus "angefasst" und aus der Lösung gezogen werden. Informationen zur Steuerung des Films finden Sie in dem Info-PDF zur Animation auf der Website "Chemie interaktiv". Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler deuten die experimentell durchgeführte Reaktion als Elektronenübertragungsreaktion zwischen Metallatomen und Metall und erläutern diese mithilfe einer digitalen Animation und Teilgleichungen. können die Abgabe von Elektronen als Oxidation einordnen. können die Aufnahme von Elektronen als Reduktion einordnen. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler können nach Linkvorgabe einen Online-Animation aufrufen und starten. steuern und wiederholen die Online-Animation über übliche Steuerbuttons. setzen die Animation zielgerichtet ein. 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.

Welche chemischen Vorgänge laufen in der Zink-Kohle-Batterie beim Anschließen eines Verbrauchers ab? Eine Flash-Animation veranschaulicht die Umwandlung der beteiligten Redoxpartner auf der Teilchenebene. Die digitale Animation veranschaulicht in vereinfachter Form die chemischen Vorgänge innerhalb einer Zink-Kohle-Batterie während der Stromentnahme. Zum Ablauf sind ein Computer oder ein Tablet und ein Internetzugang erforderlich. Das "Innenleben" einer handelsüblichen Batterie kann den Schülerinnen und Schülern an aufgesägten Batterien gezeigt werden. Im Schraubstock eingespannt lässt sich eine Zink-Kohle-Batterie Typ D mit einer kleinen Eisensäge oder einem elektrischen Multifunktionswerkzeug vorsichtig in zwei Hälften auftrennen. Das Anschauungsmaterial liefert den gedanklichen Ausgangspunkt für die Frage nach der Funktion einer solchen Batterie beim Anschließen eines Verbrauchers. Welche chemischen Vorgänge laufen dabei 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 des Substanzgemisches im Inneren der Batterie mithilfe von Formeln benannt werden (Ausgangsstoffe in Kugelteilchenmodellen) und zum anderen die chemischen Veränderungen vereinfacht szenisch dargestellt werden (Produkte), wenn der Stromkreis über den Schalter geschlossen wird. 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 und Oxidationsstufen (Ionenladungen) zuordnen. In der Animation wurden berücksichtigt: 1. Erfassbare Teilreaktionen Zn --> Zn 2+ + 2 e - 2 MnO 2 + 2 H 2 O + 2 e - --> 2 MnOOH + 2 OH - 2 NH 4 + + 2 Cl - + 2 OH - --> 2 NH 3 + 2 Cl - + 2 H 2 O Addiert man die Gleichungen so erhlält man als Gesamtgleichung: Zn + 2 MnO 2 + 2 NH 4 + + 2 Cl - --> [Zn(NH 3 ) 2 ] 2+ + 2 Cl - + 2 MnOOH 2. Redoxsysteme mit Ionenladungen bzw. Oxidationszahlen: Zn/Zn 2+ +IV +III MnO 2 /MnOOH Technische Überlegungen für den Einsatz der Animation bei Präsentationen: Die Animation lässt sich zum Beispiel. per Beamer im Plenum vorstellen. Startet man die Animation, so spielen sich die animierten Redoxprozesse in einer Schleife wiederholt ab. Wird die Animation vom PC oder Laptop zentral bedient, so kann sie von der Referentin oder dem Referenten per Space-Taste gestartet oder gestoppt werden. Mit den Pfeiltasten rechts/links können jeweils einige Bilder vor beziehungsweise zurückgesprungen werden. Damit lassen sich einzelne Redoxschritte langsam "abtasten". Eine Modellierung der Vorgänge wird somit für alle Schülerinnen und Schüler begünstigt. Im Unterrichtsgespräch können Redoxpartner leichter benannt und zum Beispiel an der Tafel fixiert werden. Ebenso kann die Animation bei entsprechender Ausstattung mit PCs oder Tablets und einem vorhandenen Online-Zugang in der selbstständigen Lernendenarbeit eingesetzt werden. Ein Arbeitsblatt dient zur systematischen Erfassung und Sicherung des Redoxvorgangs. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben den Aufbau und die Organisation einer Zink-Kohle-Batterie. erkennen anhand der Animation zur Zink-Kohle-Batterie, dass bei der Stromentnahme durch Anschluss eines Verbrauchers innerhalb der Batterie kontinuierlich stoffliche Veränderungen in den beiden Teilen eines Redoxsystems ablaufen (am Zinkbecher bzw. im Braunsteingemisch). setzen dynamische Teilchenmodellszenarien in Reaktionsgleichungen um. leiten aus der Animation ab, dass durch die Kombination und räumliche Trennung geeigneter Reduktions- und Oxidationsmittel chemische Energie gespeichert und durch 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. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler arbeiten konstruktiv beim Analysieren der Teilchenvorgänge zusammen und leiten gemeisam unter Beachtung der Fachsprache und formal-chemischen Gesichtspunkten Teilgleichungen ab.