Neue Konzepte – alte Hüte?

Neue Konzepte – alte Hüte?

Das Energie- und

Teilchenkonzept im NuT-

Unterricht im neuen G8

Helmut Schauer, MPG München

http://www.mpg-muenchen.de

Bio-altBio-alt

Bio-neuBio-neu

„Vorwissen“ zu folgenden Themen sollte

am Beginn der 8. Klasse Chemie vorhanden sein:

Materieeigenschaften

Stoffeigenschaften

Atome, Moleküle, Ionen

Stoffgemische und ihre Trennung

Stoffumwandlungen als

Umgruppierung von Teilchen

Teilchenmodell der Materie

Energieumwandlungen

Jahr Stoffgebiet Chemieansatz Schwerpunkt NuT

- Licht - Luft - Wasser - Boden und Gestein - Stoffe und Materialien - Umwelt und Leben

- Farbe, Färben, Bleichen, Fotografie, Solarzelle - Feuer, Duft- und Schadstoffe - Aggregatzustände, Lösungen, Mischungen,

Filtrieren - Mineralien Kristallbildung, Fossilien, Boden - Stoffeigenschaften und –gemische, Indikatoren - Müll, Wertstoff, Rohstoff, Wasserqualität

5

Schwerpunkt Biologie - Haut - Skelett - Stoffwechsel - Tabak, Alkohol,

Medikamente

- Hygiene - Knochenaufbau - Nachweisreaktionen, Stoffumwandlung - Schädliche Bestandteile

Schwerpunkt Biologie - Bionik - Fotosynthese - Stoffwechsel

- Stoffe, Strukturen, Funktionen - Energie- und Stoffumwandlung, Energiespeicherung - Elektrische Ladung

6

Schwerpunkt Informatik ??????????????????????????????????? Schwerpunkt Physik

- Optik - Elektrischer Strom - Kräfte

- Glas, Spiegel, Spektralfarben - Atommodell, Ionen, Elektrolyse - Elektrische Ladung

7

Schwerpunkt Informatik ???????????????????????????????????

Überblick propädeutische Chemie

Überblick propädeutische Chemie

5

12

Konzepte

Phänomene

Konzepte statt Detailwissen

Konzepte statt Detailwissen

Verwendete EnergieartenVerwendete Energiearten

Umwandlung in TierenUmwandlung in Tieren

chemische Energie Nuss, Sauerstoff, ...

mechanische und thermische Energie (Bewegen, „Heizen“ ...) Kohlenstoffdioxid , Wasser…

Umwandlung in PflanzenUmwandlung in Pflanzen

Lichtenergie KohlenstoffdioxidWasser, Salze

Chemisch gebundene Energie Sauerstoff Glucose + sek. Produkte

(fester) Schnee Sonnenenergie (Licht und Wärme-strahlung)

(flüssiges) Wasser Bewegungsenergie der Wasserteilchen

Umwandlung bei Zustandsänderungen

Umwandlung bei Zustandsänderungen

chemische Energie Wachs Sauerstoff

Licht, thermische Energie Kohlenstoffdioxid, Wasser, …

Umwandlung bei chemischen Reaktionen

Umwandlung bei chemischen Reaktionen

Lageenergie des Wassers

elektrische Energie

Umwandlung bei mechanischen Vorgängen

Umwandlung bei mechanischen Vorgängen

Energieverbrauch

Energiegewinn

Energieverbrauch

Energiegewinn

„Energie“ im Lehrplan Natur und Technik

„Energie“ im Lehrplan Natur und Technik

Beispiel Lehrplanbezug Bemerkung

Lichtwirkung, Sonnenkollektor, Solarzelle, Sonnenbrand, Bleichen

NT 5.1.2 Licht Der Begriff „Lichtenergie“ ist akzeptabel, statt „Wärmeenergie“ soll von „thermischer Energie“ gesprochen werden.

Wasserkraftwerk NT 5.1.2 Wasser Lageenergie, Bewegungsenergie, elektrische Energie

Stoffumwandlung, Verbrennung NT 5.1.2 Stoffe und Materialien Energie wird zugeführt oder frei.

Atmung, Nährstoffe NT 5.1.2 Umwelt und Leben Die Nährstoffe enthalten chemische Energie.

Stoffaufnahme für Wachstum und Energieversorgung des Körpers

NT 5.2.2 Der Körper des Menschen ...

Die Nährstoffe enthalten chemische Energie.

Wachstum und Energiebindung NT 6.1.2 Bau und Lebenserscheinungen der Blütenpflanzen

Bei der Photosynthese wird Sonnenenergie in chemische Energie umgewandelt und somit gebunden.

E=mc2

Masse = TeilchenTeilchen..??!!

Das TeilchenkonzeptDas TeilchenkonzeptModellvorstellungModellvorstellung (möglicher) Inhalt im Unterricht(möglicher) Inhalt im Unterricht LehrplanbezugLehrplanbezug

allgemeines Teilchenmodell

Aggregatzustände, Zustandsänderungen, Diffusion, Lösungsvorgänge (damit auch Chromatographie)innere Energie, Zusammenhang mit Temperatur

NT 5.1.2, Ph 8.2 Ph 8.2

Atom und Molekül chemische, biochemische Reaktionen als Teilchenumgruppierung, Lebensmittel, Verdauung, ZellatmungPhotosysnthese

NT 5.1.2

NT 5.2.2NT 6.1.2

Kern-Hülle-Modell Atomkern, Atomhülle mit Elektronen, Ion, elektrische Leitfähigkeit, Modell von Leitungsvorgängen, Elektrolyse, Atommasse, Atomgröße, Proton, Neutron,Hinweis auf Quarks, Auf- und Abgabe diskreter Energiemengen und Zusammenhang mit entsprechender Strahlung, Kernumwandlungen, Radioaktivität

NT 7.1.2

CNTG 8.2, 8.3; Ph 9.2Ph 9.2

Schalenmodell der Energiestufen (valence shell)

grundlegende Bindungsmöglichkeiten (ionisch, metallisch, kovalent)

CNTG 8.2, 8.3

Elektronenpaarabstoßungsmodell

Molekülbau C 9.2

Quantenphysikalisches Modell 

Teilchencharakter und Wellencharakter des Lichts, Photonen und Masseteilchen als Quantenobjekte, statistische Deutung,Orbitalmodell, σ- und π-Bindungen, Stereoisomerie

Ph 10-12 voraussichtlich C 11

Enzyme als „Teilchenmache

r“

Enzyme als „Teilchenmache

r“

Katzenmilch

Katzenmilch Garfield wachte eines Morgens auf und

hatte furchtbare Bauchschmerzen. Er beschloss eine große Schüssel warme Milch mit Honig zu trinken. Daraufhin wurden die Schmerzen so schlimm, dass er zum Arzt gehen musste.Garfield: „Herr Doktor, Herr Docktor! Ich habe solche Bachschmerzen, dass mir nicht einmal meine Milch heute Morgen geschmeckt hat!Der Docktor tastete kurz seinen Bauch ab und erwiderte dann: „Lieber Garfield, Deine Bauchschmerzen kommen gerade von Deiner Milch. Du hast höchstwahrscheinlich eine Lactose-Unverträglichkeit. Diese Krankheit haben sehr viele Katzen!“

Garfield sah ihn ungläubig an und wiederholte langsam: „Lactose-Unverträglichkeit“? Der Doktor erklärte ihm: “Lactose ist der Zucker, der in Milch enthalten ist. Viele Tiere und Menschen vertragen ihn nicht und bekommen Durchfall und Bauchschmerzen. Man bräuchte eine Milch mit wenig Milchzucker, damit Du Deine Milch wieder trinken kannst!“Garfield trottet gesenkten Kopfes nachhause. Plötzlich kam ihm eine Idee: Man müsste einen Lactose-Zerstörer-Automaten bauen!

 Kannst Du Garfield helfen…?

                      

Formeln oder nicht, das ist die

Frage!

Formeln oder nicht, das ist die

Frage!

Festkörper Flüssigkeit Gas

Form

Festkörper behält Form unabhängig

vom Gefäß bei.

Flüssigkeit passt sich jeder Gefäßform an.

Gas nimmt den ganzen angebotenen Raum

ein.

Volumen

Körper behält bei nicht zu großer Kraft Volumen bei

Körper behält Volumen bei

(Inkompressibilität)

Volumen verändert sich

(Gase sind kompressibel)

Kräfte zwischen den Teilchen

Die Atome üben relativ große Anziehungskräfte aufeinander aus.

Kleinere Kräfte zwischen den Atomen als beim Festkörper.

Nahezu keine Kräfte zwischen den Atomen.

Teilchen-anordnung (beobachtet unter einem "Supermikroskop")

geringer Teilchenabstand;

die ortsfesten Teilchen schwingen um die Ruhelage

geringer Teilchenabstand;

die Teilchen sind gegeneinander verschiebbar

relativ großer Teilchenabstand;

die Teilchen bewegen sich völlig frei und regellos im Raum

http://www.physik.uni-muenchen.de/leifiphysik/web_ph09/grundwissen/07teilchenmodell/teilchenmodell.htm

Modelle der MaterieModelle der Materie

Beispiele aus IkarusBeispiele aus Ikarus

!!Merk-kästen!!!!Merk-kästen!!

„Mit Hand und Verstand“

„Mit Hand und Verstand“

WiederHolen – Üben und Vertiefen

WiederHolen – Üben und Vertiefen

Ausflug in NachbarreviereAusflug in Nachbarreviere

Bio-neuBio-neu