¾geschichte der chemie -...

Doppelstunde IDoppelstunde I

Geschichte der ChemieGeschichte der Chemie

Modelle im ChemieunterreichtModelle im Chemieunterreicht

FehlkonzepteFehlkonzepte

Anfängertutoriumao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

Geschichte der Chemie

Anfängertutorium

Dr. Hans Flandorfer

Die Wurzeln der ChemieDie Wurzeln der ChemieChemie im Altertum

z.B. Metallurgie, Färberei, Brauerei, Arzneien

Metallurgie: Erschmelzen von Kupfer und Eisen aus den Erzen

Basiert auf rein experimenteller Erfahrung, keine Theorie!

• Chemie im MittelalterTradition der Alchemie arabischer Gelehrter auf Basis der antiken Lehre wird in Europa übernommen (ca. 12 Jh.)

Gewisser theoretischer Unterbau, der heute esoterisch anmutet, aber damals im Kontext mit gängiger Weltsicht war.

Geschichte der Chemie H. Flandorfer Anfängertutorium

Alchemie in EuropaAlchemie in Europa• 1085 schrieb Gerhard von Cremona in Toledo das erste Chemiebuch Europas: „Das Buch der Alaune und Salze“

• Roger Bacon (1210-1292) führte das Experiment als wichtigste Arbeitsmethode der Alchimisten ein („Sine experimentil nihil sufficienter sciri potest“: Ohne Experimente kann nichts ausreichend gewusst werden)

• Albertus Magnus isolierte im 14 Jh. als erster das Element Arsen

Auffinden des Steines der Weisen und des Lebenselixiers.

Triebfeder dafür war der Glaube, dass man damit Blei in Gold verwandeln bzw. den Tod überwinden könne

Doch auch diese vorwissenschaftliche Methode trachtete danach, wie die Chemie heute, bestimmte Aspekte der Welt zu erklären.


http://de.wikipedia.org/wiki/Gerhard_von_Cremona

http://de.wikipedia.org/wiki/Das_Buch_der_Alaune_und_Salze

http://de.wikipedia.org/wiki/Roger_Bacon

http://de.wikipedia.org/wiki/Albertus_Magnus

http://de.wikipedia.org/wiki/Arsen

Chemie in der NeuzeitChemie in der NeuzeitTheorien zur VerbrennungPhlogistiontheorie von J.J. Becher und G.E. Stahl:

Phlogiston ist masseloser Bestandteil der Materie. Es entweicht bei Verbrennungsprozessen und wird von der Umgebung aufgenommen ⇒ verbrannte Materie verschwindet oder wird weniger.

Erklärte viele Phänomene der Verbrennung, war zu seiner Zeit weitgehend akzeptiert und war erste systematische Theorie chemischer Prozesse.

Gewichtszunahme durch Bildung fester Oxide bei der Verbrennung

⇒ negative Masse des Phlogistons

⇒ zunehmende Widersprüche, aufkeimende Gegnerschaft!


Quantifizierung chemischer ReaktionenQuantifizierung chemischer Reaktionen

A.L. Lavoisier (1743-1794)Bedeutendster Naturforscher auf dem Weg der Chemie zur exakten Wissenschaft!

• Untersuchung von Gasreaktionen, Gasvolumetrie und Gravimetrie

• Erkannte, dass Materie bei der Verbrennung grundsätzlich an Masse zunimmt ⇒ Widerlegung der Phlogistontheorie

• Postuliert die Massenerhaltung

• Entdeckt gemeinsam mit J. Priestly den Sauerstoff

• Prägt den Begriff der Oxidation


ChemischChemisch--technische Leistungentechnische LeistungenIm 19 Jh. beginnt die chemische Industrie enorm zu wachsen. Grundlage waren entscheidende Entdeckungen.

• 1828, Wöhler ⇒ vereint Chemie zu einer Wissenschaft

• um 1840, Liebig ⇒ Düngemittel gegen Hungersnöte

• um 1860, Graebe, Liebermann, Bayer ⇒ Farbchemie

• 1910, Haber und Bosch ⇒ Ammoniaksynthese aus Luftstickstoff

• etc………………..


TeilchenkonzeptTeilchenkonzept

Grundlegendstes Konzept der Chemie:

Nicht kontinuierliche Massen sondern diskrete Einheiten reagieren miteinander!

Atome, Moleküle, Ionen im physikalischen Sinne waren noch lange unbekannt! Entdeckung des Atoms und seines Aufbaues um 1900!

• 1772, Lavoisier ⇒ Gesetz der Masseerhaltung

• 1794, Proust ⇒ Gesetz der konstanten Proportionen

• 1794, Berzelius ⇒ Formelschreibweise

• 1803, Dalton ⇒ Gesetz der multiplen Proportionen

• 1808, Dalton ⇒ Grundlage moderner „Atomtheorien“

• 1869, Mendelejew, Meyer ⇒ Periodensystem


ModelleModelle

im Chemieunterrichtim Chemieunterricht

Anfängertutoriumao. Prof. Dr. Hans Flandorfer

Modelle in der ChemieModelle in der Chemie

TheorieTheorie

ModellModell

BeobachtungBeobachtung

Der Chemieunterreicht erfordert den stDer Chemieunterreicht erfordert den stäändigen ndigen Wechsel zwischen diesen Ebenen!Wechsel zwischen diesen Ebenen!

Modelle im Chemieunterricht H. Flandorfer Anfängertutorium

Merkmale von ModellenMerkmale von Modellen

•Abbildungsmerkmal

x, y ⇔ x‘, y‘ Maßstab: x/x‘; y/y‘

• Verkürzungsmerkmal

e ⇔ 0

• Subjektivierungsmerkmal

0 ⇔ e‘


Wichtig: Anschauungsmodell steht nur in Bezug auf sichtbare Eigenschaften des Originals in direkter Beziehung zur Realität!!!

sichtbar


Anschauungsmodell(Reales Modell)

Original(Realität)

Denkmodell(abstrakt)

nich

t sic

htba

r

Entwicklungsprozess

Lernprozess

DenkmodelleDenkmodelle

• Die Alchemie hatte im wesentlichen rein beobachtenden und beschreibenden Charakter. Erst mit der Einführung abstrakter Denkmodelle entstand die Wissenschaft der Chemie

• Denkmodelle sind das Grundwesen der Chemie

• Die chemische Formelsprache ist nichts anderes als ein Denkmodell, das mit Symbolen und Zeichen dargestellt wird.

•Teilchenmodelle wie z.B. Struktur-, Bindungs- und Reaktionsmodelle sind abstrakte Denkmodelle, die auf verschiedenste Weise in Anschauungsmodelle überführt werden können, aber keinen direkten Bezug zur Beobachtung aufweisen


AnschauungsmodelleAnschauungsmodelle

körperlich bildlich

statisch

funktional

Abbildungen, Formeln

Computersimulation und -animation

dynamischeMolekülmodelle

Kristallgittermodell


Modelle

Fehlkonzepte

Anfängertutorium

Dr. Hans Flandorfer

FehlkonzepteFehlkonzepte VorkonzepteVorkonzepte

KognitiverKonflikt

WissenschaftlichesWissenschaftlichesWeltbildWeltbild

Naives Naives WeltbildWeltbild

Fehlkonzepte H. Flandorfer Anfängertutorium

Quellen von FehlkonzeptenQuellen von Fehlkonzepten

ErfahrungErfahrung VorbildungVorbildung

FehlkonzepteFehlkonzepte

UmgebungUmgebung


Fehlkonzepte in der ChemieFehlkonzepte in der Chemie

Problem• individuell funktionierende Konzepte, die viele Jahre erfolgreich angewendet wurden und deshalb nicht ohne weiteres “verschwinden”.

Chance• über kognitiven Konflikt kann der Bedarf eines neuen Konzeptes erfahren und dieses wirkungsvoll aufgenommen werden.


Die Die TeilchennaturTeilchennatur derder MaterieMaterie

Fehlkonzepte zu den vier grundlegenden Postulaten derTeilchennatur der Materie:

• Materie besteht aus “Teilchen”, d.h. aus diskreten Bereichen!

• Die “Teilchen” befinden sich in ständiger Bewegung!

• Der Raum zwischen den “Teilchen” ist leer!

• Bindungen bzw. Kräfte existieren zwischen den “Teilchen”!


Materie besteht aus TeilchenTeilchen sind nicht sichtbar, Materie erscheint makroskopischkontinuierlich und wird daher auch so betrachtet.Für ein rein funktionales Verstehen der Umwelt ist keine Teilchentheorie erforderlich. Verschiedene Konzepte für verschiedene Situationen reichen aus.Es gibt viele Zwischenstufen bzw. Teilchenkonzepte auf “niedrigem Niveau”. Bsp.: Teilchen selbst wird Eigenschaft zugeordnet und nicht deren Wechselwirkung

Teilchen bewegen sich ständigWird als Faktum gerne akzeptiert aber nicht verinnerlicht.Bsp.: Gasteilchen sammeln sich am Boden eines Gefäßes.Aber auch jene, die wissen, dass die Teilchen zufällig verteilt sind, führen dies auf abstoßende Kräfte, nicht auf die Bewegung zurück.



Der Raum zwischen den Teilchen ist leerDie Vorstellung, das der Raum zwischen den Teilchen, z.B. einesGases oder Kristalles, leer ist, bereitet große Schwierigkeiten.

Auf die Frage, was in den Zwischenräumen ist, kommen am häufigsten Antworten wie Luft, Gas, Dampf, etc..

Manchmal wird auch einfach völlige Raumerfüllung angenommenbzw. die Zwischenräume einfach nicht bedacht. Bsp.: Der relative Anteil des Freiraumes in einem Gas wird häufig grob unterschätzt.

Bindungen bzw. Kräfte zwischen den TeilchenWird im Prinzip akzeptiert, da solche Phänomene auch in dermakroskopischen Welt vorkommen (z.B. Magnetismus, Elektrostatik).

Wird aber auch zu sehr in diesem Lichte gesehen und fallweiseüberschätzt (z.B. bei Gasen) oder unterschätzt (z.B. bei Festkörpern).

FachdidaktikzentrumFachdidaktikzentrumder Fakultder Fakultäät ft füür Chemier Chemie

http://http://fdzchemie.univie.ac.atfdzchemie.univie.ac.at

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