Arbeitsblätter für Chemie: Kohlenstoff und seine Verbindungen
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Am Beispiel der Forscherpersönlichkeiten Friedrich Wöhler und Jöns Jakob Berzelius, die zeitweise zusammen gearbeitet und miteinander befreundet waren, gibt dieser Beitrag einen Einblick in die Entwicklung einer modernen Wissenschaft – nicht zuletzt, indem die Menschen vorgestellt werden, die hinter einer Entdeckung stehen.
In der Chemie gibt es ein Teilgebiet, welches sich hauptsächlich mit chemischen Verbindungen beschäftigt, die auf Kohlenstoff basieren: die organische Chemie. Aber was ist an Kohlenstoffbindungen so besonders, dass sich ein großer Teil Chemiker und Chemikerinnen allein mit ihnen beschäftigt? In dieser Unterrichtseinheit werden Ihre Schülerinnen und Schüler spielerisch in die faszinierende Welt der organischen Chemie eingeführt. Die Grundlagen, wie beispielsweise funktionelle Gruppen oder die Verbrennung organischer Moleküle, werden besprochen, sodass Begriffe, wie Alkane, Alkohole und organische Säuren keine Fragezeichen im Gesicht Ihrer Schülerinnen und Schüler hervorrufen.
Die SuS erstellen in einem Gruppenpuzzle einen Steckbrief des Gases Methan. Dazu erarbeiten sie sich arbeitsteilig verschiedene Aspekte des Gases und führen diese dann zu einem umfassenden Steckbrief zusammen. Dabei tragen sie Aussehen und Geruch, Brennbarkeit, Aggregatszustand sowie die Dichte, Verwendung, Entstehung und Vorkommen von Methan zusammen.
Die SuS werden in die Welt der organischen Chemie eingeführt. Sie setzen sich dazu mit Definitionen von Berzelius und Wöhler auseinander, ordnen Gegenstände und Stoffe der organischen Chemie zu und führen einen Versuch zur Verkohlung durch. Ihre Beobachtungen protokollieren die Lernenden und werten den Versuch so aus.
Organische oder anorganische Chemie?; Besonderheiten des Kohlenstoffatoms; Modifikationen des Kohlenstoffatoms
Die SuS beschäftigen sich mit verschiedenen Aussagen zum Gas Methan. Sie wählen dabei eine aus und bewerten sie hinsichtlich ihrer Korrektheit. In einer Gruppenarbeit diskutieren die Lernenden anschließend ihre Thesen und Ansichten. Um die Kenntnisse zum Thema zu wiederholen und zu vertiefen, kontrollieren sich die SuS abschließend in einer Lernerfolgskontrolle.
Die SuS beschäftigen sich mit Atombindungen des Kohlenstoffatoms und beschriften hierzu Reaktionsgleichungen. Weiterhin führen die Lernenden in Kleingruppen einen Versuch zum Nachweis von CO2 als Verbrennungsprodukt von Kerzenwachs durch. Diesen protokollieren sie in Form einer Versuchsskizze.
Die SuS spielen eine Legespiel und wiederholen dabei ihr Wissen zum Aufbau von Kohlenwasserstoffen. Weiterhin recherchieren die Lernenden im Internet zu Kunststoffen und ihrem Vorkommen im Alltag. Abschließend überprüfen die SuS ihr Wissen zur organischen Chemie in Partnerarbeit. Dabei füllen sie sich gegenseitig Lückentexte aus.
Die Schüler erarbeiten sich durch die Methode „Gruppenpuzzle“ den Kohlenstoffkreislauf selbstständig.
Am Beispiel der Verbindungen des Wolframs lässt sich sehr schön zeigen, dass bei einer chemischen Reaktion ein neuer Stoff mit neuen Stoffeigenschaften (z. B. metallischen Eigenschaften) entsteht. Das „Fragwürdige“, das die Schülerinnen und Schüler durch die in diesem Artikel beschriebenen Experimente erfahren, sind die verschiedenen Stoffe, die aus ein und demselben Element (Wolfram) entstehen, wenn dieses Element Verbindungen mit anderen Stoffen (z. B. Schwefel, Sauerstoff) bildet. In den Namen der neu gebildeten Stoffe ist zwar nach wie vor das Wort Wolfram enthalten, durch den Verbindungsnamen (z. B. Wolframsulfid oder Wolframoxid), wird jedoch bereits angezeigt, dass sich die Eigenschaften verändert haben.
In diesem Beitrag werden anhand von ausgewählten Aufgaben zum Kohlenstoffkreislauf exemplarisch Fragestellungen aufgezeigt, die den Kreislaufgedanken chemischer Reaktionen thematisieren und die die Schülerinnen und Schüler dabei zu einer Anwendung geeigneter Modellerklärungen auf verschiedenen Niveaus anregen sollen. Im zweiten Teil des Beitrags werden ergänzend ausgewählte Ergebnisse einer Untersuchung vorgestellt, die einen Eindruck von unterschiedlich erfolgreichen Verknüpfungen zwischen Phänomenund Modellerklärungen zu umkehrbaren Reaktionen und Kreisläufen bieten.
Die SuS lernen über die Verarbeitung und Herstellung von Carbonfasern. Sie kennen die Eigenschaften aufgrund der Struktur, indem sie selbstständig Versuche durchführen. Die didaktischen Erläuterungen unterstützen die Lehrkraft bei Planung und Durchführung des Unterrichts.