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Auszug aus:

Das komplette Material finden Sie hier:

Metalle im Anfangsunterricht

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54 RAAbits Chemie, Februar 2016

I/C

13. Metalle im Anfangsunterricht

* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der einfacheren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet. Schülerinnen sind genauso gemeint.

Metalle im Anfangsunterricht – von der historischen Ge-winnung bis zur heutigen Bearbeitung

Kerstin Langer, Kiel

Niveau: Sek. I

Dauer: 20 Unterrichtsstunden (Minimalplan: 13 Unterrichtsstunden)

Kompetenzen: Die Schülerinnen und Schüler* können …

– chemische Reaktionen im Teilchenmodell darstellen,

– einfache chemische Experimente selbstständig durchführen und ggf. planen,

– Reaktionsgleichungen für einfache Redoxvorgänge aufstellen.

Der Beitrag enthält Materialien für:

ü offene Unterrichtsformen ü Schülerversuche

ü Lehrerversuch ü Hausaufgaben

Hinweise zur Didaktik und Methodik

Das Thema „Metalle“ liegt im Anfangsunterricht meist im ersten Lernjahr. Dabei wer-den die ersten chemischen Reaktionen erlebt und die ersten Vorstellungen dazu er-zeugt.

Durch diese Einheit zieht sich ein historischer roter Faden, der in der Kupferzeit be-ginnt und über die Bronze- und die Eisenzeit bis in die heutige Zeit verläuft. Dabei bauen die einzelnen Materialien Schritt für Schritt aufeinander auf. Sie sind schüler-gerecht gestaltet und haben als fachlichen Schwerpunkt anschauliche Vorstellungen auf der Teilchenebene. Damit sind sie ideal für den Anfangsunterricht in den unteren Klassenstufen. Ausgehend von der Wortgleichung wird das Teilchenmodell gezeich-net und daraus die Reaktionsgleichung abgeleitet und in drei Schritten aufgestellt. Anspruchsvolle Reaktionen werden so für die Schüler greifbar.

Diese Einheit beginnt optional mit dem Atommodell (M 1) und führt dann sofort in den Bereich der chemischen Formeln ein (M 2). Über die historische Einführung (M 3) am Beispiel von Ötzis Kupferbeil werden die Kupfergewinnung im früheren Zeitalter als Comic thematisiert (M 4) und die chemischen Hintergründe in einem Schülerver-such untersucht (M 5) sowie eine alternative Herstellung durchgespielt (M 6). Die zu der Zeit mögliche Methode der Metallbearbeitung war auf das Gießen beschränkt (M 7). Bronze zeigte in der folgenden Zeit als Werkstoff Vorteile gegenüber Kupfer (M 8), später folgte die Eisenzeit (M 9) mit der Gewinnung von Eisen in Rennfeueröfen (M 10). Inzwischen konnten Metalle geschmiedet werden (M 11). Es folgt der Sprung in die heutige Zeit mit dem Hochofenprozess (M 12). Daraus ergibt sich die Metallfol-ge (M 13) mit zusätzlichen Übungsaufgaben (M 14) und der praktischen Anwendung im Thermitverfahren (M 15). Die Einheit schließt mit der modernen Metallbearbeitung in Form von Schweißen und Löten (M 16).

Um in dieser Einheit erfolgreich mitarbeiten zu können, müssen die Schüler folgende unterrichtliche Voraussetzungen mitbringen: chemische Reaktionen, Teilchenvor-stellung sowie Luft als Reaktionspartner inklusive Nachweise für Stickstoff, Sauer-stoff und Kohlenstoffdioxid.

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13. Metalle im Anfangsunterricht

Materialübersicht

· V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt · D = Durchführungszeit LV = Lehrerversuch FoVo = Folienvorlage

GBU = Gefährdungsbeurteilung # Die Gefährdungsbeurteilungen finden Sie auf CD 54.

M 1 Ab, FoVo Bausteine der Chemie – Atome

M 2 Ab Chemische Geheimsprache – Formeln

M 3 Ab Mit der Chemie auf Ötzis Spuren

M 4 Ab Kupfergewinnung zu Ötzis Zeit

M 5 3 SV, Ab, GBU# Kupfergewinnung zu Ötzis Zeit aus chemischer Sicht

· V: 5 min· D: 3 x 30 min

rMalachit

rKalkwasser rHolzkohlepulverrKupferoxid rReagenzgläserrReagenzglasklammer

rBrennerrSpatelrgewinkeltes Glasrohrrdurchbohrter StopfenrGlimmspan

M 6 Ab Eine weitere Möglichkeit zur Kupfergewinnung

M 7 SV, Ab, GBU# Metallbearbeitung I – Gießen

· V: 10 min· D: 30 min

rZinnrTalkumpuderrZinngießformrBrenner

rSchmelztiegelrKlammern zum Zusam-

menhalten der Formrevtl. Seitenschneider

M 8 SV, Ab, GBU# Von der Kupferzeit zur Bronzezeit

· V: 5 min· D: 15 min

rZinnpulverrKupferpulver rReagenzglas

rReagenzglasklammerrBrennerrSpatel

M 9 2 SV, Ab, GBU# Von der Bronzezeit zur Eisenzeit

· V: 5 min· D: 2 x 30 min

rZinnpulverrKupferpulver rEisenpulverrMagnesiumpulver

rEisenoxidrKohlenstoff

rReagenzgläserrReagenzglasklammerrBrennerrSpatelrMagnet

M 10 Ab Eisengewinnung früher

M 11 SV, Ab, GBU# Metallbearbeitung II – Schmieden

· V: 5 min· D: 25 min

rKupferdraht (ø 2 mm)rHammerrKombizange/Seitenschneider

rBrennerrTiegelzange

M 12 Ab, FoVo Eisengewinnung heute I – Hochofen

M 13 Ab Exkurs zur Metallfolge

M 14 Ab Exkurs: Übungen zur Metallfolge

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M 15 LV, Ab, GBU# Eisengewinnung heute II – Thermitverfahren

· V: 5 min· D: 30 min

rElektrothermit rAnzündstäbchen oder

WunderkerzerReaktionstiegel mit Deckel

rAuffangtiegelrDreifußrTiegelzangerfeuerfeste Unterlage

M 16 SV, Ab, GBU# Metallbearbeitung III – Schweißen und Löten

· V: 5 min· D: 35 min

rKupferdraht (ø 1 mm)rLötzinn

rLötkolben(station)rfeuerfeste Unterlage

Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien finden Sie ab Seite 29.

MinimalplanIhnen steht nur wenig Zeit zur Verfügung? Dann lässt sich die Unterrichtseinheit auf 13 Stunden kürzen. Die Planung sieht dann wie folgt aus:

1. Stunde M 1 und M 2 müssen unbedingt als Vorbereitung durchgeführt wer-den. Falls das Atommodell bereits bekannt ist, kann auf M 1 verzich-tet werden.

2.–5. Stunde

Stellen Sie M 4 vorbereitend als Hausaufgabe. M 5 sollte nicht ge-kürzt werden, da hier die Schüler an wissenschaftliches Arbeiten und Hypothesenbildung herangeführt werden. M 6 dagegen ist optional.

6. Stunde M 7 kann vorbereitend als Hausaufgabe gegeben und innerhalb von einer Stunde durchgeführt werden.

7. Stunde M 8 kann als Hausaufgabe vorbereitend gegeben und innerhalb von einer Stunde bearbeitet werden.

8. + 9. Stunde

M 9 kann innerhalb von zwei Einzelstunden oder einer Doppelstunde bearbeitet werden. M 10 kann optional aus Hausaufgabe gegeben werden.

10. Stunde Zu M 12 sollte ein Film gezeigt werden (siehe Seite 39), die Aufgaben können als Hausaufgabe bearbeitet werden.

11. Stunde M 13 und M 14 lassen sich in einer Stunde bearbeiten.

12. Stunde M 15 kann vorbereitend als Hausaufgabe gegeben und innerhalb von einer Stunde durchgeführt werden.

13. Stunde M 16 kann optional durchgeführt werden.

Internetwww.klett.de/software/shockwave/prisma_chemie_ol/pc_pc01an605/index.html

Hier finden Sie eine Animation zum Hochofen als Ergänzung für M 12.

BezugsquellenReinzinn ist am günstigsten in Onlineshops zu erwerben.

Die fertige Thermitmischung kann bei verschiedenen Lehrmittelshops bezogen werden, z. B. unter www.der-hedinger.de, Art.-Nr. H 38 A.

Das Thermit-Set ist ebenfalls bei verschiedenen Lehrmittelshops zu beziehen. Es lohnt sich, die Preise zu vergleichen. Insbesondere bei den Versandkosten kann bei einigen Anbietern ein erhöhter Gefahrgutzuschlag hinzukommen.

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13. Metalle im Anfangsunterricht

M 1a Bausteine der Chemie – Atome

Mithilfe von Legosteinen können wir viele Figuren und Objekte bauen, obwohl uns nur eine bestimmte Anzahl von verschiedenen Legosteinen zur Verfügung steht.

In der Chemie gibt es ebenfalls Bausteine, aus denen alle Stoffe aufgebaut sind. Diese nennt man „Atome“. Auf dieser Seite fi ndest du einige Informationen über Atome.

Das Atommodell von John Dalton

Um Atome besser verstehen zu können, verwendet die Wissenschaft Modelle. Mit dem Atommodell von John Dalton (1808) lassen sich Stoffeigenschaften erklären und Aussagen über chemische Reaktionen ableiten:

Alle Stoffe sind aus kleinsten, unteilbaren Teilchen aufgebaut. Diese heißen „Atome“.

Stoffe, die nur aus einer Sorte von Atomen bestehen, heißen „Elemente“.

Die Atome eines Elements sind alle gleich groß und schwer.

Atome verschiedener Elemente unterscheiden sich in Größe und Masse.

Bei chemischen Reaktionen werden Atome weder erzeugt noch vernichtet. Zwi-schen den Atomen verschiedener Elemente entstehen neue Kombinationen.

Nach Dalton können Atome also miteinander verknüpft werden oder verknüpfte Atome voneinander getrennt werden. Wie diese Verknüpfungen aussehen, wirst du in den nächsten Jahren lernen.

Das Periodensystem der Elemente

Im Periodensystem der Elemente sind alle Elemente aufgelistet, die es auf der Erde gibt. Für jedes Element gibt es ein Symbol, das auch in chemischen Formeln verwen-det wird.

H HeWasser-

stoffHelium

Li Be B C N O F NeLithium Beryllium Bor

Kohlen-stoff

Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon

Na Mg Al Si P S Cl ArNatrium

Magne-sium

Aluminum Silicium Phosphor Schwefel Chlor Argon

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br KrKalium Calcium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium

Germa-nium

Arsen Selen Brom Krypton

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I XeRubi-dium

Stron-tium

YttriumZirco-nium

Niob MolybdänTechne-

tiumRuthenium

Rho-dium

Palla-dium

Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Iod Xenon

Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At RnCaesium Barium Lanthan Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold

Queck-silber

Thallium Blei Bismut Polonium Astat Radon

Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds RgFran-cium

RadiumActi-nium

Ruther-fordium

DubniumSeabor-

giumBohrium Hassium

Meitne-rium

Darm-stadtium

Roentge-nium

Th

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