Die CHEM2DO®-Experimente gehen von alltagsrelevanten Phänomen aus. Nach dem didaktischen Tetraeder von Johnstone/Mahaffi erarbeiten die Schüler Schritt für Schritt die verschiedene Stufen der Abstraktion.
Animationen im Chemieunterricht
Vom Phänomen zur Formel:
Animationen erleichtern die Abstraktion
Die Animation zur Verbrennungsreaktion hilft, die im Experiment beobachteten Phänomene zu verstehen.
Die CHEM2DO®-Experimente orientieren sich am didaktischen Tetraeder nach Johnstone/Mahffi.
Die Versuche gehen von alltagsrelevanten Phänomen aus. Die Schüler beobachten im Experiment das Phänomen. Arbeitsaufgaben leiten sie an, die zugrundeliegenden Reaktionen auf Teilchenebene zu verstehen.
Eine besondere Rolle spielen bei der Abstraktion Modelle und Animationen: Sie sind das Bindeglied zur Formelsprache der Chemie.
Experiment & Animation zum Brennverhalten
Das CHEM2DO®-Experiment "Rauchzeichen" vergleicht das Brennverhalten von Siliconen und Kunststoffen.
Es nutzt das Struktur-Eigenschafts-Prinzip, um schrittweise vom Phänomen zur Formel zu abstrahieren.
Brandschutzkabel mit Siliconummantelung
Alltagsbezug:
- Temperaturbeständigkeit von Kunststoffen und Siliconen
- Brandschutzkabel (flammhemmende Kabel)
Silicon verbrennt unter Bildung eines weißen Rückstands (Copyright: Prof. Dr. Simone Kröger)
phänomenologische Ebene:
- kohlenstoffbasierter Kunststoff: verbrennt schnell unter Ruß- und Tropfenbildung
- Silicon:
- schwerer entzündbar,
- verbrennt unter Bildung von weißem Rauch zu einem porösen, weißen Rückstand
- Erkenntnis: Silicon verbrennt anders als Kunststoff
Die Animation zeigt die Verbrennungsreaktion auf Teilchenebene.
submikroskopische Ebene (Animation):
- Vergleich des Brennverhaltens
- Leitfrage: Warum brennt Silicon anders als Kunststoff?
- Animation: Verbrennungsreaktion auf submikroskopischer Ebene (Teilchenebene)
Formel: Verbrennung von Silicon
symbolische Ebene:
Mithilfe des Struktur-Eigenschafts-Prinzips lässt sich das unterschiedliche Brennverhalten erklären:
- Grundlegende Erkenntnisse:
-
- Silicium als Bestandteil der Silicone
- -Si-O-Si-Kette als Grundgerüst der Silicone
- Stoffeigenschaft: Silicone sind thermisch stabiler.
- Struktur: Die Bindungsenergie der Si-O-Bindung (444 kJ/mol) ist höher als die der C-C-Bindung (345 kJ/mol).
- Stoffeigenschaft: Silicone entwickeln weniger Wärme bei der Verbrennung.
- Struktur:
- An jedes Si-Atom sind 2 O-Atome gebunden. Zwei Valenzen sind also bereits besetzt/oxidiert.
- Es bleiben nur die beiden anderen Valenzen und die Verbrennung der Methylgruppen.
- Bei organischen Kunststoffen hingegen müssen alle vier freien Valenzen des C-Atoms und der H-Atome oxidiert werden.
- Hierbei wird mehr Wärme freigesetzt.
Das abgebildete Sicherheitskabel hält einem Brand 90 Minuten stand, HFFR-Kabel (halogenfreies flammenhemmendes Kabelcompound).
Rückbezug zum Ausgangspunkt / Alltagsbezug
- abschließender Rückbezug auf das Ausgangsthema "Brandschutz"
- Spezialkabel halten einem Brand bis zu 90 Minuten stand.
