Die Schülerinnen und Schüler erlernen wesentliche Punkte zur Beschreibung von Elektronenkonfigurationen von Atomen mittels des Orbitalmodells. Zusätzlich können sie den Begriff Orbital anhand der Quantenzahlen definieren, Elektronenkonfigurationen von Atomen und Ionen darstellen und den Begriff der Hybridisierung mittels der Orbitaltheorie an Beispielen erklären.
Beschreibung der Unterrichtseinheit
Der Fokus der Einheit liegt auf der Orbitaltheorie. Diese soll eingeführt und behandelt werden als eine Erweiterung des Bohrschen Atommodells zur Darstellung von Elektronenkonfigurationen und atomaren Zusammenhängen. Die Lernenden sollen hierbei das bekannte Modell von Bohr transformieren und um die Darstellung von Orbitalen erweitern. Hierbei liegt ein weiterer Schwerpunkt der Einheit darauf, dass die Lernenden ein Verständnis für Orbitale entwickeln und deren Elektronenbesetzung für konkrete Atome/Ionen darstellen können. Das Thema ist hierbei stark theorieorientiert, wobei der Fokus der Einheit darauf liegen soll, dass die Lernenden Orbitale und Elektronenkonfiguration handlungsorientiert erleben sollen, um ein konkreteres Verständnis zu entwickeln. Dementsprechend ist diese Einheit mit keinen Experimenten verbunden. Die Unterrichtseinheit ist so angelegt, dass die Schülerinnen und Schüler oft im sozialen Austausch sind und sich Erkenntnis selbst oder gemeinsam mit anderen Lernenden aneignen. Beispielsweise recherchieren Lernende zu chemischen Sachverhalten analog und digital, strukturieren und interpretieren ausgewählte Informationen, verwenden Fachbegriffe korrekt, erklären chemische Sachverhalte und argumentieren fachlich schlüssig, präsentieren Arbeitsergebnisse und tauschen sich mit den Lernenden aus, beschreiben chemische Zusammenhänge qualitativ und modellhaft und diskutieren Grenzen und Möglichkeiten von Modellen.
Die Lehrkraft übernimmt eine kontrollierende und moderierende Rolle.
Didaktisch-methodischer Kommentar
Relevanz des Themas
Das Orbitalmodell ist die Grundlage, um verschiedene chemische Zusammenhänge zu beschreiben. Beispielsweise die Hybridisierung, quantenmechanische Grundlagen (Unschärferelation, diskrete Energieniveaus von Schwingungszuständen…). Zusätzlich ist es ein erster Einblick in quantenmechanische Betrachtungen von Elementen und deren Zusammenhänge und zeigt, dass es oftmals in der Chemie der Fall ist, dass Modelle aufgestellt werden, um Zusammenhänge zu erklären. Es zeigt dementsprechend auch, dass Modelle fehlerbehaftet sein können oder obsolet werden, da empirische (oder theoretische) Untersuchungen zu gegenteiligen Erkenntnissen geführt haben. Dadurch lernen die Lernenden einmal die Relevanz von Modellen, aber auch die Kritik und die Notwendigkeit der Wandelbarkeit dieser Modelle. Leider ist die Einheit ansonsten sehr theorielastig und besitzt neben dem Aspekt der Modellkritik keine größere Relevanz für den Alltag.
Vorkenntnisse
Die Lernenden müssen das Bohrsche Atommodell kennen und auf Beispiele anwenden können. Zusätzlich sollte ein chemisches Verständnis für den Umgang mit dem Periodensystem vorhanden sein. So beispielsweise, welche Informationen das Periodensystem zu den einzelnen Elementen enthält, wie man es liest sowie dessen grundlegenden Aufbau. Des Weiteren soll den Schülerinnen und Schülern bekannt sein, wie chemische Bindungen, hier vor allem die kovalente Bindung, konstituiert sind sowie die Darstellung von Molekülen in der Lewis-Schreibweise.
Didaktisch-methodische Analyse
Die Schülerinnen und Schüler werden am Anfang der Einheit aktiviert, indem sie das bekannte Atommodell von Bohr wiederholen und ihnen direkt eine Erweiterung offenbart wird. Ziel ist, sich die neuen Zusammenhänge möglichst selbstständig oder im Team zu erarbeiten, unter der Kontrolle der Lehrkraft. Dabei wird Methodenvielfalt dadurch erzielt, dass sich die Schülerinnen und Schüler mittels verschiedener Sozialformen und Herangehensweisen die Informationen erarbeiten und anwenden. Hierbei wird viel Wert darauf gelegt, dass trotz starker Theorieauslastung die Schülerinnen und Schüler sich das Modell der Orbitale bildlich vorstellen können. Im Fokus ist hierbei, dass das Bohrsche Modell nicht komplett abgelegt wird, sondern eher weiterentwickelt und erweitert wird. Der Begriff des Modells wird kritisiert und genügend erklärt, damit die Schülerinnen und Schüler den Sinn der Veränderung des Bohrschen Modells erkennen und diese nicht als rein theoretisch ansehen. Binnendifferenzierung wird bei leistungsstärkeren Schülerinnen und Schüler durch weitere Aufgaben und das optionale AB [5] vorangetrieben. Des Weiteren können stärkere Schülerinnen und Schüler in Gruppenarbeiten Rollen übernehmen, in denen sie den schwächeren Schülerinnen und Schüler Inhalte und Themen erklären und sie unterstützen. Zusätzlich besitzt die Lehrkraft einen moderierenden Teil und kann ggf. die schwächeren Schülerinnen und Schüler unterstützen und ihnen weiteres Material, Erklärungen (siehe Links) zuarbeiten.
Vorbereitung
Arbeitsblätter ausdrucken, Links für Modelle und Simulationen bereits öffnen (ggf. schon an die Tafel projizieren, damit diese immer sichtbar sind). Zusätzlich sollte die Lehrkraft Bastelmaterialien für die Darstellung von Orbitale (siehe Ablauf) bereit stellen können, sollte dieser Teil durchgeführt werden.
Vermittelte Kompetenzen
Fachkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- beschreiben den Begriff Orbital mittels der Quantenzahlen und stellen die Elektronenkonfiguration für konkrete Atome/Ionen auf.
- wenden das Pauli-Prinzip und die Hundsche Regel.
- können chemische Zusammenhänge von Orbitalen, Elektronenkonfiguration und Hybridisierung qualitativ erklären.
- diskutieren Möglichkeiten und Grenzen von Modellen.
Medienkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- suchen und verarbeiten Informationen aus chemischen Sachtexten.
- transferieren Erkenntnisse aus digitalen Simulationen und können die Simulationen zu Darstellung chemischer Sachverhalte adäquat nutzen.
- recherchieren zu chemischen Sachverhalten und strukturieren diese.
- (erstellen Zusammenfassungen und Erklärungen von chemischen Themen im Format eines Kurzvideos/TikTok.)
Sozialkompetenz
Die Schülerinnen und Schüler
- kommunizieren über chemische Sachverhalten und helfen sich gegenseitig die Aufgaben zu lösen
- arbeiten gemeinsam an Problemstellungen und kooperieren, um sich die Lösungen zu erarbeiten
