Inhalte und Funktionen

Die Entwicklung einer Spannungsreihe mithilfe der Lernumgebung wird hier Schritt für Schritt erläutert und per Screenshot dargestellt.

Teil 1: Galvanische Elemente

Halbzelle; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 1: Halbzelle

Informationen zum Aufbau

Im ersten Teil der Lernumgebung werden Aufbau und Funktion einer vorgegebenen galvanischen Zelle untersucht. Mit der Maus "entdeckt" man verschiedene Details. Beim Anklicken der verschiedenen sensitiven Flächen innerhalb der Apparatur wird jeweils ein kleines Informationsfenster eingeblendet (Abb. 1, Platzhalter bitte anklicken).

Stromfluss in einem Galvanischen Element; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 2: Stromfluss

Chemische Vorgänge

Betätigt man im ersten Programmteil den Schalter (Ein/Aus), werden die chemischen Vorgänge an den Elektroden als Animation dargestellt (Abb. 2). Dazu muss das Multimeter zuvor auf "Strommessung" umgeschaltet werden. Die gemessene Stromstärke wird von dem Gerät angezeigt. Anhand der animierten Vorgänge an den Elektroden lassen sich die Begriffe Oxidation, Reduktion, Donator-Halbzelle, Akzeptor-Halbzelle und die Richtung des Stromflusses erläutern. Schaltet man das Multimeter auf die Spannungsmessung um, so werden an den Elektroden die Unterschiede im Lösungsbestreben beider Metalle in ihren Metallsalzlösungen und der daraus resultierende Elektronendruck veranschaulicht.

Teil 2: Galvanische Elemente

Kombination der Halbzellen - Auswahlmenü; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 3: Auswahlmenü

Kombination der Halbzellen

Der zweite Programmteil bietet eine virtuelle Experimentieroberfläche: Über den Button "Halbzellenauswahl" (Abb. 3) öffnet sich ein Fenster, in dem man vorgegebene Halbzellen auswählen kann (bitte Scrollbalken beachten). Durch die Bestätigung der Auswahl (OK-Button) werden die gewählten Halbzellen in der Apparatur dargestellt.

Spannungsmessung im Galvanischen Element; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 4: Ergebnis

Spannungsmessung

Nach dem Betätigen des Schalters öffnet sich ein Ergebnisfenster (Abb. 4, Platzhalter bitte anklicken). Neben der aktuellen Versuchsnummer werden darin die Halbzellen-Kombination und die messbare Spannung des galvanischen Elements angezeigt.

Oxidation und Reduktion - ein Trickfilm zeit die elektrochemischen Vorgänge an den Elektroden; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 5: Teilreaktionen

Reaktionen im Trickfilm

Auf der Basis der angezeigten Spannung (Abb. 4) müssen die Lernenden die Frage nach der Donator-Halbzelle (unten im Ergebnisfenster) beantworten. Als Hilfestellung können sich Schülerinnen und Schüler die elektrochemischen Vorgänge per Klick auf den Button "Trickfilm" auf der Teilchenebene zeigen lassen (Abb. 5).

Messprotokoll; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 6: Messprotokoll

Speichern der Messwerte

Nachdem die Frage zur Donator-Halbzelle per Kick in die jeweilige Klickbox beantwortet ist, betätigt man den "merken?"-Button. Dadurch werden die Werte der aktuellen Messung im Programm für die spätere Auswertung gespeichert. Über die Messwertanzeige (Klick auf Messdaten, oben rechts) kann jederzeit überprüft werden, welche Halbzellen-Kombinationen bereits erfasst sind (Abb. 6).

Auswertung

Aufstellung der Spannungsreihe per "drag & drop"; Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 7: "drag & drop"

Aufstellung der Spannungsreihe

Nach der Aufnahme aller gewünschten Messwerte wird im Bereich Auswertung eine Redox- beziehungsweise Spannungsreihe entwickelt. Unter dem Messdaten-Fenster (Abb. 7) können Halbzellen-Symbole eingeblendet werden (Klick auf "Symbole"). Diese sollen per "drag and drop" verschoben und entsprechend den Spannungsdifferenzen in der linken Skala positioniert werden. Die Halbzelle, die gegenüber sämtlichen anderen Halbzellen als Donator-Halbzelle wirkt, wird dem Wert Null zugeordnet. Dieser Hinweis wird den Schülerinnen und Schülern über die einblendbare Aufgabe mitgeteilt.

Erstellung eines kleinen Protokolls (freie Texteingabe); Screenshot aus der Lernumgebung "Galvanische Zellen - experimentelle Ermittlung einer Spannungsreihe" von Ralf-Peter Schmitz
+ Abb. 8: Protokoll

Freie Texteingabe

Abb. 8 zeigt eine abgeschlossene Auswertung. Die Spannungsabstände liest man an der Skala ab. Die "Spannungslineale" wurden über die Toolbox erzeugt, skaliert und positioniert. Damit wird der Spannungsabstand jeweils zwischen zwei Halbzellen (die gemessene Spannung im Messwert-Fenster) auch optisch veranschaulicht. Im Textfenster kann eine Beschreibung zur Spannungsreihe erstellt werden. Abschließend drucken die Lernenden die Bildschirmseite als Protokoll aus.

Autor
Avatar Dr. Ralf-Peter Schmitz

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