Ablauf und methodisch didaktische Hinweise - PS-Chemieunterricht ...

Allgemeine didaktisch-methodische Hinweise
Das Anwendungsbeispiel eines endothermen Lösungsvorganges bei einer Sofort-Kälte-
Kompresse (kurz: Eispack) soll hier den Kontext bilden, um sich u.a. mit folgenden Fragen
intensiv auseinander zu setzen:
• Was sind Salze? Wie kann man ihre typischen Eigenschaften mit Hilfe ihres
submikroskopischen Aufbaus erklären?
• Was passiert beim Auflösen in Wasser?
• Wie kann es dabei zu einer Abkühlung/Temperaturerniedrigung kommen?
Diese Fragen bilden den „roten Faden“ der Unterrichtsreihe.
Das Problem für den Chemieunterricht, dass es sich bei dem Inhaltstoff um Ammoniumnitrat
handelt, d.h. um eine Ionenverbindung, die aus komplexen Molekülionen aufgebaut ist, kann
erst einmal außer Acht gelassen werden, da sich die SuS die Ionenbindung am Beispiel des
Natriumchlorids (didaktische Reduktion) erarbeiten. Die Betrachtung von Natriumchlorid
(Bildung aus den Elementen und Lösungsvorgang) hat den Vorteil, dass hierzu gute
unterstützende Medien verfügbar sind. Das Themenfeld Temperaturänderungen bei
Lösungsvorgängen kann am Beispiel der vergleichenden Betrachtung der Lösungsvorgänge
von Natriumchlorid, Kaliumchlorid und Calciumchlorid (didaktische Reduktion)
vorgenommen werden. Für die Betrachtung der Molekülionen im Ammoniumnitrat sollte
vorher die Elektronenpaarbindung besprochen worden sein. Wenn dies vorher nicht
geschehen ist, kann dies auf den Zeitraum nach der Behandlung der Elektronenpaarbindung
vertagt werden oder evtl. im Zusammenhang mit der Salzbildung durch
Neutralisationsreaktionen (Säuren und Laugen im Alltag) erörtert werden.
Das Ausprobieren der Sofort-Kälte-Kompresse und das Spüren der momentan auftretenden
Kälte führt sofort dazu, dass die SuS Fragen nach dem Warum und ähnlichen Phänomenen
stellen. Hierbei können und sollen auch Fragen gestellt, die über den oben angegebenen
„roten Faden“ hinaus gehen. Gerade diese Fragen eignen sich teilweise besonders gut dazu,
in selbst geplanten Experimenten untersucht zu werden.
Phaseneinteilung der Unterrichtsreihe
Hier bietet sich eine Phasierung analog der bei „Chemie im Kontext“ an.
(aus: http://www.chik.de/index2.htm)
• Begegnungsphase
• Neugier- und Planungsphase
• Erarbeitungsphase
• Phase der Vernetzung

Begegnungsphase:
In dieser Phase lernen die SuS die Sofort-Kühl-Kompresse kennen. L zeigt den SuS die Sofort-
Kühl-Kompresse und fragt nach Vorerfahrungen/Vorwissen damit. Dann bekommen die SuS
in einer Gruppenarbeit die Möglichkeit, die Sofort-Kühl-Kompresse näher kennenzulernen.
Sie erhalten folgenden Arbeitsauftrag:
Versuch 1: Funktion und Aufbau des Eispacks
a) Aktivierung des Eispacks nach Vorschrift
b) Benutzter Eispack wird in einer Kunststoffschale mit Hilfe einer Schere aufgeschnitten
und auseinander genommen.
c) Unbenutzter, auseinandergenommener Eispack kann am Lehrertisch angesehen
werden.
(evtl. noch dieser etwas weiterführende Versuch)
Versuch 2: Gebt in ein kleines Becherglas einen Esslöffel der Kügelchen aus dem Eispack(vom
Lehrertisch). Gebt nun Leitungswasser, dessen Temperatur vorher bestimmt wurde, hinzu
und rührt vorsichtig mit einem Thermometer um.
Arbeitsauftrag:
Notiert Eure Beobachtungen! Sammelt in Eurer Gruppe Begriffe und Fragen – möglichst
stichwortartig formuliert - , die Euch zum Eispack einfallen.
Orga/Erste Begegnung mit dem Eispack:
Pro Gruppe oder pro zwei Gruppen sollte ein Eispack ausgeteilt werden, der aktiviert und
später auseinander geschnitten wird. Am Lehrertisch steht ein nicht aktivierter, auseinander
geschnittener Eispack zum Ansehen und ggf. noch weitere Kügelchen zum Experimentieren.
Nach der Beendigung der Experimente sollte der gesamte Inhalt der aktivierten Eispacks aus
den SV vorne am Pult in einer großen, flachen Kunststoffschale gesammelt werden und offen
bis zur nächsten Stunde stehen gelassen werden. Das Salz kristallisiert dann sehr schön aus
und führt spätestens bei der Betrachtung der Kristalle zu der Frage der Wiederholung des
Kühleffektes. Interessanterweise äußerte einer meiner Schüler die Hypothese, dass die
Abkühlung nicht mehr zu wiederholen sei, da die Kälte ein für allemal raus aus dem Salz sei!?
Dies wurde dann experimentell überprüft (s.u.).
Der in der Begegnungsphase gestellte Arbeitsauftrag leitet bereits über zur
Neugier- und Planungsphase:
Orga/Zettelpräsentation:
Der/die Lehrer/in gibt jeder Gruppe einige Zettel (DIN-A5-quer) und Eddings. Die SuS
schreiben ihre Fragen und Begriffe zum Eispack stichwortartig in großer Druckschrift auf die

Zettel. Sind alle Gruppen fertig, werden die Zettel in jeder Gruppe (nahezu) gleichmäßig
unter der Gruppenmitgliedern verteilt. Wer seine eigene Idee vorstellen möchte, sollte die
Gelegenheit dazu bekommen. Nun gehen die Gruppenmitglieder der ersten Gruppe
gemeinsam zu einer Wand, an der ein großer Zettel mit der Aufschrift „Eispack“ hängt und
erklären ihre Fragen und Begriffe einzeln und nacheinander und hängen die Zettel an die
Wand. Wenn es mindestens soviele Zettel gibt, wie Gruppenmitglieder, erklärt jedes
Gruppenmitglied mindestens einen Zettel. Auch bereits vorgestellte Begriffe sollten nochmal
aus der Sicht der Gruppe erläutert werden und entsprechend geclustert (thematisch
geordnet) aufgehängt werden. Zum Abschluss werden die SuS gebeten, strukturierende
Überschriften oder Fragen zu den Zetteln zu formulieren. Hierbei sollte der zu Beginn
erwähnte rote Faden schon deutlich werden.
Über den roten Faden hinaus haben die SuS weitere ganz konkrete Fragen wie …
• Flüssigkeit im Innenbeutel: Leitungswasser oder destilliertes Wasser?
• Führen auch andere Flüssigkeiten zur Temperaturerniedrigung? (z.B. Benzin, Alkohol,
Salzwasser… )
• Welches ist die tiefste Temperatur, die wir mit dem Kugelmaterial erreichen können?
• Wie lange hält der Kühleffekt an? Wie ist der Temperaturverlauf?
• Kann man den Rückstand nach dem Verdunsten des Wassers wieder verwenden?
Wenn ja, kühlt er genauso gut?
Ausgehend von den konkreten Fragen beginnt die erste Planungsphase:
Arbeitsteilig sollen die Fragen experimentell untersucht werden. Dazu sucht sich jede
Gruppe eine Frage aus und plant hierzu ein entsprechendes Experiment. Alle Fragen sollten
mindestens einmal vergeben werden. Die Planungsergebnisse werden folgendermaßen auf
einer OHP-Folie im DIN-A5-quer-Format dokumentiert:
• Fragestellung als Überschrift
• beschrifteter Versuchsaufbau, ggf. mit kurzen Erklärungen
• noch etwas Platz lassen für die Versuchsbeobachtungen und die Auswertung;
In einer kurzen Präsentation stellt jede Gruppe ihr geplantes Experiment vor. Die Zuhörer
bekommen den Auftrag zu überprüfen, ob das geplante Experiment aussagekräftig zur
Beantwortung der Frage ist und ob die Ergebnisse reproduzierbar sind, d.h. dass eine
Wiederholung des Experimentes zum gleichen Ergebnis führt. Das beurteilen die SuS in der
Feedbackphase, die immer mit einem Positivfeedback beginnt. Sinnvolle Ergänzungen und
Verbesserungen werden aufgenommen.
Sind die wichtigsten Fragen geklärt beginnt die Experimentierphase. Die SuS geben ihre Folie
nach Abschluss der Experimente wieder ab. Der/die Lehrer/in kopiert sie in verkleinertem
Maßstab als Ergebnissicherung.

Erarbeitungsphase:
Durch diese Experimente haben die SuS bereits sehr selbstständig wichtige Aspekte des
Themas erarbeitet, wenn gleich einige noch nicht näher erklärt werden können, wie z.B. das
verschiedene „Lösungsverhalten“ in den untersuchten Lösungsmitteln.
Hiernach steuert der/die Lehrer/in wieder etwas mehr den Unterrichtsprozess entlang des
roten Fadens. Ausgehend von verschiedenen Lehrer- oder Schülerversuchen erarbeiten sich
die SuS die Grundlagen der Ionenbindung, das Phänomen der Hydratisierung sowie das der
Temperaturänderung bei Lösungsvorgängen.
Hierzu eigen z.B.
• Lehrerversuch: Reaktion von Natrium mit Chlorgas
• Verschiedene modellhafte Darstellungen und Flash-Animationen im Internet z.B.
http://www.chemiedidaktik.uni-wuppertal.de/
www.lgl.lu (Atommodelle und chemische Bindung) u.v.a.m.
• Schülerversuch: Bildung von Zinkiodid aus den Elementen in wässriger Lösung mit
anschließendem Eindampfen
• Modellhafte Darstellung der Hydratation z.B. mit Folienschnipseln
• Schülerversuch: Vergleich Temperaturänderung beim Lösen von Natrium-, Kaliumund
Calciumchlorid in Wasser
• Auswertung einfacher Energiediagramme (Gitterenergie, Hydratationsenergie,
Lösungswärme);
• ….
Phase der Vernetzung:
In dieser Phase bekommen die SuS die Gelegenheit ihr neu gewonnenes Wissen über
• den submikroskopischen Aufbau von Salzen aus Ionen, welcher auch zur Erklärung
der charakteristischen Eigenschaften herangezogen werden kann
• die Salzbildung aus den Elementen
• die Hydratation und
• die Temperaturänderung beim Auflösen von Salzen in Wasser
im Zusammenhang mit einem neuen Kontext anzuwenden.
Hier bietet sich u.a. der Einsatz von Calciumchlorid in selbsterwärmenden Espressobechern
(s.u.) oder die Verwendung von Taschenwärmen auf der Basis von Natriumacetat-Trihydrat
an.

Cool bleiben mit Eispacks oder die Einführung in die Ionenbindung
Aufgabe: Wie funktioniert der selbsterwärmende Espressobecher?
Vorgaben:
Eine italienische Firma hatte einen sich selbsterhitzenden Espresso-Becher auf den
Markt gebracht. Der fertige Espresso ist darin in einem Aluminiumbecher
eingeschlossen, der von einem gut isolierenden Kunststoffbecher umgeben ist. Dieser
Kunststoffbecher enthält zwei Kammern, die hermetisch von Getränk getrennt sind.
Die eine Kammer enthält wasserfreies Calciumchlorid, die andere eine bestimmte
Menge Wasser. Mit einem Plastikstift am Becherboden (nicht eingezeichnet) kann die
Aluminiumfolie durch Druck durchstoßen werden, so dass die Wärmeentwicklung
einsetzen kann. Anschließend kann nach Abziehen der oberen Aluminiumlasche das
heiße Getränk genossen werden.
Aufgabenstellung:
1. Stelle die Reaktionsgleichungen (Wortgleichung, Darstellung mit
Außenelektronen und Gesamtgleichung) zur Bildung von Calciumchlorid aus
den Elementen auf und erläutere allgemeine Prinzipien der Ionenbindung!
2. Erläutere unter Verwendung der entsprechenden Fachbegriffe, was beim
Aufeinandertreffen von Calciumchlorid und Wasser passiert!
3. Gib Gründe an, warum sich der Espressobecher nicht am Markt durchsetzen
konnte!