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.
