MINT: Willkommen im Fachbereich

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. Im Verlauf des Arbeitsmaterials " Elektrochemsiche Spannungsreihe - virtuelle Ermittlung " haben Schülerinnen und Schülern mit Tauchversuchen die Einordnung verschiedener Metalle nach steigendem Reduktions- bzw. Oxidationsvermögen kennengelernt. 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.

Dieses Arbeitsblatt vermittelt den Schülerinnen und Schülern die verschiedenen Lagebeziehungen zwischen einer Geraden und einer Ebene im dreidimensionalen Raum. Die selbstständige Erarbeitung erfolgt nach dem Prinzip "Flip the Classroom" mithilfe eines Lernvideos und wird durch kontextbezogene Anwendungs- und Reflexionsaufgaben vertieft. Das Arbeitsmaterial bietet einen handlungsorientierten Einstieg in die Analyse der Lagebeziehungen zwischen Geraden und Ebenen im Raum. Über einen QR-Code gelangen die Schülerinnen und Schüler zu einem YouTube-Video, das die Thematik systematisch erklärt. Im Anschluss analysieren die Lernenden in der ersten Aufgabe eine reale Anwendung aus der Technik: Sie berechnen, ob eine Drohne parallel zum Dach eines Hauses fliegt. Dafür wenden sie den Vektorenvergleich an. In der zweiten Aufgabe untersuchen die Lernenden die theoretischen Lagebeziehungen anhand gegebener Richtungsvektoren. Sie begründen, welche Lagebeziehungen möglich sind, und wenden ihr Wissen argumentativ an. In der dritten Aufgabe überprüfen die Schülerinnen und Schüler ihr Verständnis, indem sie Aussagen als wahr oder falsch beurteilen. Dabei setzen sie sich differenziert mit typischen Fehlvorstellungen auseinander und reflektieren zentrale mathematische Zusammenhänge wie Kollinearität, Schnittbedingungen und Parallelität . Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Lagebeziehung zwischen einer Geraden und einer Ebene im Raum. wenden rechnerische Methoden wie Vektorenvergleich und Punktprobe an. analysieren reale Problemsituationen mithilfe geometrischer Modelle. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler nutzen das Internet eigenständig zur Vorbereitung auf den Unterricht. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler unterstützen sich gegenseitig beim gemeinsamen Lösen der Aufgaben.