Unterrichtsmaterialien Chemische Reaktion: Ganze Werke Seite 8/8
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Metall versus Metalloxid: Wer spannt wem den Sauerstoff aus?
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Weihnachten
Weihnachtsstimmung im Chemieunterricht? Die Experimente dieses Themenheftes sollen Ihnen zeigen, wie Sie das Thema „Weihnachten“ in den Chemieunterricht integrieren können und Ihnen Anregungen liefern, wie Sie im Chemieraum eine weihnachtliche Stimmung erzeugen können. Die Experimente lassen sich aber auch außerhalb der Weihnachtszeit im Unterricht durchführen und im Rahmen verschiedener Unterrichtseinheiten einsetzen.
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Rund um die Benzoesäure – eine Übungssammlung zur Abiturvorbereitung
In diesem Beitrag wird eine Sammlung von Aufgaben vorgestellt, die zur Wiederholung oder zum Üben immer wieder in den Unterricht einfließen können. Vor allem sollen diese Aufgaben als Vorbereitung auf die schriftliche Abiturprüfung dienen. Doch handelt es sich hier um Übungsaufgaben und nicht um Beispielaufgaben, da vom Umfang jeweils eine Aufgabe etwa ein Drittel einer schriftlichen Abiturprüfung ausmachen würde. Dabei gibt es in den verschiedenen Bundesländern allerdings große Variationen.
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Heiße Sache - Fettbrand, Feuerlöscher und Rauchmelder
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Sprache im Chemieunterricht
„Sprache im Chemieunterricht“ weckt viele Assoziationen: Die einen erinnern sich an ihre Schulzeit und an meist knappe Lehrer- Schüler-Wortwechsel, die anderen – die „vom Fach“ – denken meist gleich an Formeln und Reaktionsgleichungen, an die Fachsprache der Chemie eben. Dass es dazwischen noch viel mehr gibt, darauf hat uns zuletzt noch einmal nachdrücklich PISA aufmerksam gemacht: dass die Verknüpfung von Elementsymbolen zu Formelgleichungen nur den abstraktesten (und mächtigsten) Code der Chemie darstellt, dass fachspezifische Abbildungen und Graphen in jedem Fach eigene Charakteristiken entwickeln, dass sich das Lesen von Fachtexten im naturwissenschaftlichen Unterricht nicht im Entziffern von Buchstaben erschöpft. Wie anders aber als durch die gesprochene Sprache könnten wir unsere Schülerinnen und Schüler hinführen zu einem Verständnis all dieser Codes? Nicht zufällig formulierten die Bildungsstandards den Kompetenzbereich Kommunikation und riefen uns damit die deren Bedeutung ins Bewusstsein. Über die Sache sprechen, in der Sprache des Alltags zunächst, um dann die fachlichen Begriffe und Modelle mit Leben – sprich Verstehen – füllen zu können. „Literacy“ in diesem umfassenden Sinn ist eine zentrale Aufgabe für den Chemieunterricht, Voraussetzung zum Verstehen und zugleich selbst Ziel; welche Möglichkeiten es gibt, diesem Ziel zumindest näher zu kommen (und auch welche Schwierigkeiten), davon handeln die Beiträge in diesem Heft.
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Organische Chemie
Die organische Chemie ist – bezogen auf den Chemieunterricht – sicherlich der abwechslungsreichste Teilbereich der Chemie. Sie ist besonders geeignet, Chemie im Alltag sichtbar zu machen, vor allem durch das Experimentieren mit Haushaltschemikalien, Lebensmitteln und Werkstoffen. Mit den Umstrukturierungen der allgemeinbildenden Schulen sowie der Einführung von Kerncurricula stehen die Fachkollegien nun vor einer großen Herausforderung: Der Umsetzung der neuen, offeneren Vorgaben in neu zu formulierende, schulinterne Lehrpläne. Damit ist die große Chance verbunden, die Inhalte der organischen Chemie zu überdenken: Welche Themen sind für ein grundlegendes Verständnis der organischen Chemie wichtig und gleichzeitig so alltagsnah, dass sie motivierend wirken? Wie kann man die für die Jugendlichen spannenden Themen so einbinden, dass sie nicht erst am Schuljahresende behandelt werden? Gerade die organische Chemie bietet eine Vielzahl möglicher Zugänge, alternativ zu den Themen „Alkane“ oder „Destillation von Erdöl“; welcher Zugang ist für unser schulisches Umfeld besonders geeignet? Mit den neuen Curricula ist also die Chance verknüpft, die organische Chemie der Sekundarstufe I zu überdenken und neu zu strukturieren. Dieses Themenheft möchte Ihnen Anregungen für eine neu gedachte organische Chemie geben und die Bandbreite an inhaltlichen und methodischen Möglichkeiten aufzeigen, die im Unterricht umgesetzt werden können.
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Chemie und Gesundheit
„Chemie und Gesundheit“, diese beiden Bereiche passen in der Vorstellung vieler Menschen nicht zusammen, mehr noch, sie werden häufig sogar als gegensätzlich zueinander gesehen. In der gängigen öffentlichen Meinung ist Chemie noch immer „un – gesund“. Die mannigfaltigen Beiträge der Chemie zur Bekämpfung von Krankheiten, ob mit Medikamenten, Impfstoffen oder Desinfektionsmitteln, sowie zur Erhaltung der Gesundheit und zur Förderung von Leistungsfähigkeit mit Nahrungsergänzungsmitteln oder „functional food“ finden nur geringe Beachtung. Sie werden vom Verbraucher – wie es scheint – nicht der „klassischen Chemie“ zugeordnet. Dieses Heft zeigt an unterschiedlichen Beispielen Bezüge zwischen Chemie und Gesundheit auf und gibt Anregungen für einen zeitgemäßen, interessanten und lebensweltorientierten Chemieunterricht zu gesundheitsbezogenen Themen. Schülerinnen und Schüler erhalten Einblicke in die Bereiche Ursachen von Krankheiten (am Beispiel der Bildung von Harnsteinen), Prävention der Übertragung von Krankheiten (am Beispiel von Desinfektionsmittel), Wirkstofffindung (am Beispiel Drug Design von Chininderivaten), Bedeutung der medikamentösen Behandlung von Krankheiten (am Beispiel der Geschichte der Malaria-Bekämpfung) und Toxikologie. Der didaktische Basisartikel stellt aktuelle Theorien und Konzepte zu Gesundheit und Gesundheitserziehung – die in der Schule meist dem Biologieunterricht zugeordnet wird – dar und stellt in einer Übersicht Ideen für „Gesundheits-Themen“ im Chemieunterricht zusammen. Ich wünsche Ihnen eine interessante Lektüre und die Zeit zum Ausprobieren neuer Ideen in Ihrem Unterricht
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Halogene bringen Alkane auf Trab (Sek II)
Halogene bringen Alkane auf Trab (Sek II)
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Experimentieren im Schülerlabor
Die ersten Schülerlabore entstanden aus der Motivation, etwas gegen das sinkende Interesse von Kindern und Jugendlichen an den Naturwissenschaften zu tun. Ziel war es, die Schüler „durch geeignete Experimente zu motivieren, sich mit den Fragen der Naturwissenschaften und der Technik im Sinne einer „scientific literacy“ auseinanderzusetzen“. Die Angebote der heutigen Schülerlabore sind vielfältig, sei es für Grundschüler oder für Schüler der gymnasialen Oberstufe – egal ob in Kiel oder in Stuttgart, in Saarbrücken oder in Freiberg/Sachsen. Der Zulauf zu den Laboren ist enorm, aber lassen sich damit auch die erhofften Wirkungen, wie (langfristiger) Motivationszuwachs, Einstellungsänderungen oder Studienwahlbeeinflussung erzielen? Am IPN in Kiel geht man unter dem Projekttitel „Lernort Labor (Lela)“ in entsprechenden Untersuchungen diesen Fragen nach. Die ersten Ergebnisse lassen vorsichtige positive Schlüsse zu. Dass diese Labore aber einen zweiten positiven Effekt haben können, war am Anfang nicht zu erwarten. An vielen Hochschulen wird die fachdidaktische Ausbildung der Lehramtsstudierenden mit dem Schülerlabor verknüpft. So können die angehenden Lehrer auf ihnen vertrautem, universitärem Terrain erste Erfahrungen im Umgang mit Schülern sammeln, manchmal auch noch bevor sie ins Schulpraktikum gehen. Und last but not least sollte nicht vergessen werden, dass auch Lehrerfortbildungsveranstaltungen im Schülerlabor angesiedelt sind. Es wird schnell deutlich, dass das Schülerlabor eine Begegnungsstätte für Schüler, Lehramtsstudierende und Lehrer ist – spannend genug, um sich damit eingehender zu beschäftigen. Mögen Sie unter diesem Aspekt interessante Aspekte in dem Heft (wieder-) finden.
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Laugen – lecker auf der Brezel, gefährlich im Alltag
Auf der Brezel, im Medizinschrank, in Putzmitteln – die einen kann man essen, bei den anderen muss man im Umgang besondere Vorsicht walten lassen: Laugen. Mit Laugen, also wässrigen Lösungen basischer Stoffe, verhält es sich genauso wie mit der Chemie im Allgemeinen. Man hat im Alltag immer wieder mit ihnen zu tun, weiß aber nicht, wie sie wirken und welche Vorsichtsmaßnahmen man treffen sollte. Die vorliegenden Materialien sollen dabei helfen, ein Gefühl für die verschiedenen Laugen, die uns im Alltag begegnen, zu entwickeln.
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Basiskonzepte aufbauen
Vielleicht werden Sie sich fragen, warum „Basiskonzepte“ als Heftthema? Haben wir nicht – gerade vor einem Jahr – schon die Kompetenzorientierung erörtert? War das nicht schon genug an Reverenz für die neuen Bildungsstandards? In der Tat bedarf es einer Begründung für diese Wahl, und dabei kann es nicht nur darum gehen, äußeren Bedingungen wie neuen Rahmensetzungen Genüge zu tun. Welche Absicht verfolgen Herausgeber und Redaktion also mit einem Thema „Basiskonzepte“? Zunächst einmal, und dies wird im Heft an verschiedenen Stellen ausführlicher thematisiert, sind Basiskonzepte für den Chemieunterricht keineswegs etwas Neues. Erstmals diskutiert in den 70er Jahren während der Auseinandersetzung mit angloamerikanischen Reformansätzen für den naturwissenschaftlichen Unterricht haben sie längst Eingang gefunden in Lehrpläne und Richtlinien, und zuletzt eben auch in die Bildungsstandards. Hier allerdings bilden sie, zusammen mit den zu entwickelnden Kompetenzbereichen, eine der beiden Säulen zum Aufbau einer belastbaren und alltagstauglichen naturwissenschaftlichen Grundbildung. Und genau hier lässt sich auch der mögliche Nutzen wenn nicht erkennen, so doch vielleicht „herausdestillieren“: Basiskonzepte sollen und können den Umgang mit den Inhalten des Faches strukturieren helfen. Das gilt sowohl für Sie als Unterrichtende wie auch für Ihre Schülerinnen und Schüler. Die Basiskonzepte sollen die Herausbildung mentaler Strukturen fördern, etwa in dem Sinn, dass eine Schülerin am Ende der Mittelstufe in der Lage ist, mit Hilfe solcher Strukturen angemessene Instrumente zur Betrachtung und Bearbeitung eines Problems zu finden und schließlich erfolgreiche Strategien zur Lösung des jeweiligen Problems anzuwenden. Was wir Ihnen mit diesem Heft anbieten, sind Beispiele und Vorschläge zur Akzentuierung, und zwar Akzentuierung in dem Sinn, dass an einigen Themen gezeigt wird, wie im jeweiligen Zusammenhang ein Basiskonzept eine besondere Bedeutung gewinnen kann. Nicht dass man die Basiskonzepte im täglichen Unterricht wirklich streng trennen könnte. Aber das Herausstellen des einen oder anderen Konzeptes soll einerseits Ihre Bemühungen um einen konstruktiven Umgang mit den Bildungsstandards unterstützen, zum anderen bei den Lernenden dazu beitragen, die großen Linien bewusst zu machen, um Wissenselemente sinnvoll einordnen zu können.
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Sicher Experimentieren
Egal ob Schülerinnen und Schüler selbst experimentieren oder Sie ihnen ein chemisches Experiment demonstrieren, grundsätzlich gilt es, Gefahren für Leib und Leben der Beteiligten zu vermeiden. Wie die Regeln zur Sicherheit im Unterricht und in der Schule umgesetzt werden können, zeigen die Artikel dieses Heftes: Die Gestaltung der jährlichen Sicherheitsunterweisung sowie eine „spielerische“ Auseinandersetzung im Anfangsunterricht mittels Domino sind Gegenstand unterrichtspraktischer Beiträge. Der Weg von der Einführung in das Thema Gefahrstoffe mit Symbolen und Kennbuchstaben zur Laborschein-Prüfung und Möglichkeiten der kontinuierlichen Sicherheitsschulung im Rahmen verschiedener Themen des Anfangsunterrichtes werden in einem weiteren Beitrag aufgezeigt. Dass der unsachgemäße Umgang mit „Alltagschemikalien“ Gefahren in sich birgt, wird anhand ausgewählter Demonstrationsversuche gezeigt. Viele Chemikalien sind gefährlicher als man allgemein vermutet, der Einsatz im Unterricht sollte deshalb kritisch hinterfragt werden. Die in Teilen dringend gebotene Ersatzstoffprüfung muss keineswegs zwangsläufig zum Wegfall etablierter Experimente führen, in vielen Fällen reicht es, die Versuchsanleitungen zu modifizieren. Nicht nur die Wahl von weniger gefährlichen Chemikalien und die Minimierung von Chemikalienmengen, sondern auch der Einsatz von medizintechnischen Geräten kann das Gefahrenpotential beim Experimentieren deutlich senken. Neben der sachgemäßen Handhabung sind auch die korrekte Art der Aufbewahrung und der Kennzeichnung von Gefahrstoffen Mosaiksteinchen im Sicherheitskonzept. Beim Stöbern in diesem Heft und den angegebenen Internetseiten stoßen Sie sicherlich auf einige auch Ihnen noch unbekannte Aspekte. Viel Spaß dabei und weiterhin unfallfreies Experimentieren!
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Kompetenzen entwickeln
Noch gibt es keine Tests, mit denen überprüft werden kann, ob unsere Schülerinnen und Schüler die mit den Bildungsstandards gesetzten Ziele tatsächlich erreichen. Aber die Botschaft der Standards können wir schon jetzt für unseren Unterricht fruchtbar werden lassen. Präziser als frühere Lehrpläne beschreiben sie, welche Kompetenzen die Lernenden eigentlich im Verlauf des naturwissenschaftlichen Unterrichts erwerben sollen. Die Beiträge dieser Ausgabe von Unterricht Chemie stellen den Versuch dar, Akzente im Sinn der vier Kompetenzfelder „Fachwissen“, „Wissenserwerb“, „Kommunikation“ und „Bewertung“ zu setzen – wohl wissend, dass eine scharfe Trennung kaum möglich ist. Bei aller Unterschiedlichkeit der vorgestellten Themen ist den Praxisberichten aber eines gemeinsam: Alle Autoren haben die mit den Bildungsstandards entfaltete neue Sicht auf den Chemieunterricht genutzt, um zunächst für sich selbst und dann auch für ihre Schülerinnen und Schüler zu klären, mit welchem Ziel unterrichtet und gelernt werden soll. Wir hoffen, dass die – zum Teil sicher noch präzisierungsbedürftigen – Ideen von einem kompetenzorientierten Chemieunterricht auch Ihnen Anregungen vermitteln können, zum Nutzen einer fachlich fundierten und zugleich alltagsrelevanten naturwissenschaftlichen Grundbildung heutiger und künftiger Schülergenerationen.
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Wolfram – Experimentieren im Anfangsunterricht
Den meisten von Ihnen ist das Element Wolfram vermutlich als Material für den Lampendraht ein Begriff. Im Chemieunterricht spielt das exotische Metall bisher nur eine untergeordnete Rolle. Wenn man sich aber mit dem Metall und seinen Verbindungen auseinandersetzt, dann merkt man sehr schnell, dass seine besonderen Eigenschaften wie die hohe Dichte, der niedrige Schmelzpunkt, die farbigen Verbindungen und auch die alltäglichen Anwendungen faszinieren und das Interesse der Schülerinnen und Schüler wecken. In diesem Themenheft finden Sie Anregungen und fertige Unterlagen für Ihren Unterricht. Neben einer ausführlichen Beschreibung des historischen Weges des Metalls wird auch die Problematik des Recyclings von wolframhaltigem Schrott erörtert. Die Beiträge zur experimentellen Schulchemie umfassen einen Kreislauf des Scheelits aus historischer Sicht, die Dichtebestimmung von Wolframpulver, die Darstellung des Metalls aufgrund der unterschiedlichen Sauerstoffaffinität der Reduktionsmittel, die Bestimmung der Bildungsenthalpie von Wolfram(VI)-oxid und die Herstellung der eindrucksvollen Wolframbronzen auf den Spuren des Chemikers Friedrich Wöhler. Lassen Sie sich von diesem besonderen Metall faszinieren.
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Enzyme
Enzyme sind die lebenswichtigen Motoren für Stoffwechselvorgänge, ohne die katabolische und anabolische Vorgänge nicht stattfinden würden. Im Chemieunterricht sind die Enzyme nicht nur auf Grund ihrer Eiweißnatur ein klassisches Thema der Proteinchemie, sondern es ergeben sich durch die Substrat- und Wirkungsspezifität weitere Verknüpfungen zu anderen Themen des Faches Chemie, z. B. zu verschiedenen Substanzklassen oder Reaktionstypen. Aus dieser Vielfalt gilt es auszuwählen: Bei der Konzeption dieses Heftes wurde auf innovative und anwendungsbezogene Beispiele gesetzt, die Anregungen für einen Experimentalunterricht bieten. So werden beispielsweise das Enzym Invertase und der Enzymkomplex Emulsin vorgestellt. Mit den Themen Enzyme in Nahrungs(ergänzungs)-, Arznei- und Waschmitteln eröffnen sich interessante Anwendungsbezüge. Dadurch wird die Leitlinie „Stoff – Struktur – Eigenschaften“ um den Aspekt der Verwendung/Anwendung erweitert. Auch auf die Frage nach Methoden zur Isolierung des aktiven Enzyms lässt sich in diesem Heft eine Antwort finden. Und last but not least wird mit dem Beispiel der Immobilisierung von Enzymen ein hoch aktuelles Forschungsthema für den Chemieunterricht aufbereitet. Dieses Heft vermittelt Ihnen so die wichtigsten Grundlagen für den Fachunterricht und gewährt Ihnen außerdem einen Blick über den Tellerrand.
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Luft – das Zaubergas
Luft – das Zaubergas
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Energie bei chemischen Reaktionen
Es ist hinreichend bekannt, dass chemische Umsetzungen immer auch mit energetischen Phänomenen verbunden sind. Häufig werden solche Reaktionen ausschließlich wegen der dabei frei werdenden Wärmeenergie durchgeführt. So dienen in Mittel - und Nordeuropa Verbrennungsprozesse (Oxidation von organischen Brennstoffen) in großem Ausmaß zum Heizen von Wohnungen, Büroräumen und Produktionstsätten sowie zur Aufrechterhaltung des Verkehrs. Auch als Prozesswärme in der Industrie (z.B. in Hochöfen und bei chemischen Umsetzungen) wird Energie benötigt. Es ist deshalb begreiflich, dass nach alternativen Energien gesucht wird, um die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen weitgehend zu unterbinden. Der Zusammenhang von stofflichen Umsetzungen mit den gleichzeitigen Erscheinungsformen der Energie bereitet erfahrungsgemäß Schwierigkeiten. In diesem Heft werden deshalb sowohl klassische Aspekte der Energie bei chemischen Reaktionen (z.B. in den Basisartikeln), als auch moderne Entwicklungen der Energiespeicherung angesprochen. Gerade der letztgenannte Gesichtspunkt ist Gegenstand der heutigen Forschung. Einige interessante Ergebnisse dieser Entwicklung werden hier im Kontext mit schulgerechten, einfachen Experimenten vorgestellt. Wir wünschen Ihnen viel Spaß und Energie bei der Betrachtung der energetischen Aspekte bei chemischen Reaktionen.
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