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 --> Zn2+ + 2 e-
- 2 MnO2 + 2 H2O + 2 e- --> 2 MnOOH + 2 OH-
- 2 NH4+ + 2 Cl- + 2 OH- --> 2 NH3 + 2 Cl- + 2 H2O
Addiert man die Gleichungen so erhlält man als Gesamtgleichung:
- Zn + 2 MnO2 + NH4+ + 2 Cl- à [Zn(NH3)2]2+ + 2 Cl- + 2 MnOOH
2. Redoxsysteme mit Ionenladungen bzw. Oxidationszahlen:
- Zn/Zn2+
+IV +III
- MnO2/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.
