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Als Lernvoraussetzung dieser Reihe muss der Oxidationsbegriff und das Begriffspaar edel / unedel bekannt (geübt, angewendet und transferiert wird er innerhalb der Reihe). Die Auswertungen der Versuchprotokolle enthalten bei mir mir nun durchgängig die Wortgleichung und eine bildhafte Darstellung Der versteckte fachliche Kontext ist daher das Begriffspaar edel /unedel. Für die Schüler steht im Vordergrund sichtbar aber der geschichtlich Kontext der Entdeckung der Kupfergewinnung durch die Ägypter und später die Eisenherstellung. Der zweite Teil der Reihe verlässt dann zwischenzeitlich den historischen Kontext und erforscht die Stellung des Kohlenstoffs in der Redoxreihe. Mit diesem Wissen kann dann das Sauerstoffaufblasverfahren erklärt werden. Für andere Unterrichtsreihen bieten sich durch die starke Betonung der Redoxreihe Synergien, z.B. für die Stellung des Wasserstoffs. Ich selber nenne diesen Vorversuch die erste Hinführung zur Redoxreihe.
Das Begriffspaar edel / unedel lässt sich motivierend über die Verbrennung von Metallen mit Luftsauerstoff in der Bunsenbrennerflamme einführen. Dabei ergeben sich folgende Beobachtungen: (fachlicher Hinweis: es muss hier stark auf die die Körnigkeit der Metalle geachtet werden!)
Aus der Beobachtung lässt sich problemlos auf die Heftigkeit der Oxidation der verschiedenen Metalle mit Luftsauerstoff schließen und diese in eine Reihenfolge bringen. Von Lehrerseite wird nun eine schwache Oxidierbarkeit als edel und eine gute als unedel definiert. Ein Comic fasst das ganze nochmals schön zusammen: OHP_Feuer_Uni Der Einstieg in den historischen Kontext erfolgt durch einen kleinen Lehrervortrag. Dabei handelt es sich um folgen Text (entweder vorlesen oder sinngemäß frei wiedergeben). Dabei werden fortlaufend mehrere OHP-Folien zur visuellen Unterstützung gezeigt. Man kann den Schüler den Arbeitsauftrag geben auf die Reihenfolge der Schritte der Entwicklungsgeschichte zu achten und diese später an der Tafel zusammenzutragen. Text Entdeckung der Metallgewinnung OHP_Entdeckung_Metallgewinnung
geschichtlich: ab 4000 v. Chr.) Gewinnung von Kupfer (später auch Bronze: Herstellung von Waffen) Mit Hilfe des Vortrags können die Schüler nun einen Versuch planen um Kupfer herzustellen und diesen dann als Schülerexperiment durchführen. Außerdem gebe ich den Hinweis, dass einmal erhitze Reagenzgläser auch nach dem Herausnehmen aus der Flamme noch erstaunlich lange gefährlich heiß bleiben. Und heiße Reagenzgläser machen heiße Finger. Und heiße Finger werden durch lautes rumschreien auch nicht kühler - unter Wasser hingegen schon. OHP_Herstellung_Kupfer (fachlicher Hinweis: Mischungsverhältnis 10:1 von CuO und C) Anhand dieser Reaktion wird die Reduktion definiert.
Außerdem wird im Unterrichtsgespräch festgestellt, das der Kohlenstoff dabei selber oxidiert wird.
Es folgen noch zwei Folien wie damals Kupferwerkzeuge (z.B. Ötzis Beil) herstellt wurden.
geschichtlich: ab 3000 v. Chr.) Gewinnung von Eisen in Ägypten, Babylonien, Indien und China Mit der Lehrerinfo, dass die Temperatur bei der Reduktion eines Metalls umso höher sein muss je heftiger dessen Oxidation verläuft (Rückgriff auf Verbrennung von Metallen) und folgenden Folien: OHP_Nachgebauter_Rennfeuerofen OHP_Rennfeueröfen (diese Folie enthält die deutlichsten Hinweise) nennen Schüler die Verbesserung der Luftzufuhr um höhere Temperaturen zu erreichen. Wer in seiner Sammlung ein funktionsfähiges Hochofenmodell hat kann sich glücklich schätzen, der Rest macht den Hochofen (wie ich) leider nur theoretisch. OHP_Hochofen Die Schüler sollen mit Hilfe des Buches die Lücken füllen und außerdem die Abbildung ausmalen (dient zur ikonischen Festigung), denn die Schüler erhalten das Arbeitsblatt von mir nur in Schwarzweiß.
Da im Alltag häufiger auch kleine Eisenmengen benötigt werden und man nicht jedes Mal einen Hochofen aufbauen kann, gibt es noch ein weiteres Verfahren zur Eisenherstellung: das Thermitverfahren. Dies kann nicht von Schülern erarbeitet werden, sondern wird von mir vorgegeben. wegen der Bekanntheit verzichte ich hier auf weine eitere Beschreibung. (fachlicher Hinweis: ich habe schon mehrfach von Zündschwierigkeiten gehört. Ich selber benutze kein Magnesiumband sondern eine Wunderkerze - hat bisher immer funktioniert) Ich selber nenne diese Reihe die zweite Hinführung zur vollständigen Redoxreihe. Der Thermitversuch wirf allerdings eine neue Frage auf. Warum ist es möglich Eisen so herzustellen? Eventuell kommen Schüler auf die Idee, dass Aluminium ja unedler als Eisen Eisen war, ansonsten muss man einen Hinweis geben.
Die Schüler sollen nun ein Experiment planen wie man Kupfer ohne Verwendung von Kohlenstoff herstellen könnte. Da der Versuch als Schülerexperiment durchgeführt werden soll scheidet Aluminium aus (die Reaktion ist einfach zu heftig). OHP_Reduktion_CuO_durch Fe (fachlicher Hinweis: normalerweise nehme ich es mit der Sicherheitsmaßnahme nur im Stehen zu experimentieren nicht so genau - hier schon! Außerdem muss man den Schülern sagen, dass sie das Reagenzglas aus der Flamme nehmen sollen wenn das Reagenzglas schmilzt.) Nachdem der Versuch ausgewertet wurde eignet sich folgende Folie OHP_Comic_Reduktion_CuO_Fe als humoristische Vertiefung. Sollte die Auswertung aus organisatorischen Gründen nicht mehr in derselben Stunde zu schaffen sein, so kann mit OHP Redox Kupferoxid Eisen der Erinnerung auf die Sprünge geholfen werden. Nun soll die Aluminiumherstellung als Experiment geplant werden. Aus dem bisherigen Wissen folgerichtig wäre die Reduktion von Aluminiumoxid durch Kohlenstoff (oder Magnesium!). Früher war Magnesium nicht verfügbar und Kohlenstoff als reduktionsmittel klappt nicht (Lehrerinfo).
An dieser Stelle verlasse ich zwischenzeitig den historischen Kontext und folge nur noch dem fachlichen. Frage ist: warum nicht? Wenn die Regel Gültigkeit hat, dann müsste Kohlenstoff edler als Aluminium sein und unedler als Eisen. Dies müsste man dann dies doch experimentell bestätigen können. Diese Problemstellung ist für Schüler allerdings fast unlösbar. Das Umdenken Kohlenstoff als Oxid zu verwenden und selber zu reduzieren erfordert eine beachtliche Transferleistung. Da ich diese aber schon erlebt habe stelle ich die Frage wirklich und liefere bei Nichtbeantwortung dann schnell die Lösung und lasse sie mir von Schülern mit eigenen Worten erklären. Experimentell wäre es schön Kohlenstoffdioxid durch Aluminium zu reduzieren, was meines Wissen in der Schule nicht geht. Deshalb muss auf die Reduktion durch Magnesium zurückgegriffen werden. Immerhin kann man damit beweisen, dass Kohlenstoff edler als Magnesium sein muss.
Nun kommt man wieder zurück zum historischen Kontext. Es folgt das Sauerstoffaufblasverfahren Wer möchte kann sich von seinen Schülern den chemischen Hintergrund von OHP_Hochofen_comic erklären lassen um die Erinnerung an den Hochofen nochmals wach zu rufen. Die Schüler erhalten das folgende Arbeitsblatt: AB_Sauerstoffaufblasverfahren. Die beiden Geschichten aus dem Cornelsen Chemiebuch runden die Reihe ab: Geschichte_Puddeln mit OHP_Puddeln undGeschichte_Konverter mit OHP_Konverter.
letzte Änderung: 13.4.2004 |
