Arbeitsblätter für Chemie: Reaktionsgeschwindigkeit
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Die SuS beschäftigen sich an sechs Stationen mit chemischen Reatkionsgeschwindigkeiten und untersuchen dabei verschiedene Einflussfaktoren wie Temperatur, Zerteilungsgrad oder Molekülgröße. Durch die überwiegend experimentelle Herangehensweise werden die SuS in Eigenverantwortlichkeit und Anwendungsorientierung geschult. Didaktische Hinweise, ein Laufzettel und die Lösungen werden mitgeliefert.
Diese Unterrichtseinheit ist fachsystematisch in der Reaktionskinetik und im Basiskonzept „Stoffe und Teilchen“ verankert. Mit der vorgestellten Apparatur lässt sich in einem Schülerversuch auf einfache Weise die Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von den Bedingungen Temperatur und Konzentration bestimmen. Diverse Aufgaben runden das Experiment ab und dienen der Vertiefung.
Tandemübungen können in allen an einer Schule unterrichteten Fächern eingesetzt werden. Weit verbreitet sind solche Übungen bereits im Fremdsprachenunterricht. Hier werden Tandemkarten bzw. Tandembögen regelmäßig zu Vokabel- oder Grammatikübungen oder auch kurzen Übersetzungen eingesetzt. Vorteilhaft ist, dass diese Arbeitsform weder räumlich, noch zeitlich oder vom Material her besondere Voraussetzungen bzw. Vorbereitungen verlangt.
Die Frage der Geschwindigkeit chemischer Reaktionen ist eines der zentralen Probleme, wenn es z. B. in der Industrie um die Entwicklung neuer Verfahren geht. Sie ist aber auch im Alltag von Bedeutung, wenn Phänomene um die Verlangsamung der Zersetzung von Werkstoffen oder der Verderbnis von Lebensmitteln auf der einen bzw. der Beschleunigung erwünschter Prozesse etwa beim Kochen, Braten und Backen auf der anderen Seite betrachtet werden. Hier werden einfache Schülerversuche vorgestellt, mit denen anhand enzymkatalytischer Reaktionen von Bäckerhefe erste Grundfragen der Reaktionskinetik im alltagsnahen Kontext qualitativ oder halbquantitativ erfahrbar gemacht werden können. Die Versuche eignen sich als Motivation für eine Heranführung an kinetische Fragen in der Sekundarstufe II. Geeignet sind sie aber auch schon für die Mittelstufe, wo normalerweise kinetische Untersuchungen auf quantitativer Ebene kaum vorgenommen, kinetische Phänomene nicht als solche thematisiert werden.
Schnecken bewegen sich langsam fort, Raketen fliegen schnell. Analog zum Geschwindigkeitsbegriff in der Mechanik kann man langsame Reaktionen wie das Durchrosten eines Metallgegenstandes und den extrem schnellen Reaktionsablauf bei einer Explosion unterscheiden. Diese Unterrichtseinheit führt Schülerinnen und Schüler zu einem Verständnis von Reaktionsgeschwindigkeit und klärt die Parameter, die Einfluss auf die Geschwindigkeit chemischer Reaktionen haben. Die Anwendung der Stoßtheorie unterstützt sie bei der Entwicklung eines Verständnisses für die Zusammenhänge zwischen den Ursachen und ihren Wirkungen.
Jede Zelle stellt eine größere Anzahl verschiedener Stoffe her als große chemische Fabriken. Die Geschwindigkeiten der meisten Reaktionen sind an den jeweiligen Bedarf angepasst. Ein wesentlicher Grund dafür ist die Konzentration reaktionsspezifischer Katalysatoren, der Enzyme. Ihre Wirkungsweise bei der Herabsetzung der Aktivierungsenergie, ihre Typen und der Einfluss des pH-Werts und der Temperatur sowie unterschiedlicher Hemmstoffe sind Gegenstand dieser Unterrichtseinheit. Dabei werden Grundlagen zum Thema Reaktionsgeschwindigkeit und Katalyse reaktiviert und um biogen relevante Aspekte erweitert. Methodisch halten sich Schülerexperimente und Materialien zur selbstständigen Erarbeitung von Inhalten die Waage.
M1 Die Wirkung von Katalysatoren; M2 Enzyme sind Spezialisten – ein Mystery; M3 Der Einfluss der Temperatur auf Enzymreaktionen; M4 Enzyme und pH-Wert;
Der Beitrag zeigt beispielhaft einige „Stolpersteine“ in Bezug auf das Verstehen „chemischer Mathematik“ auf und stellt Überlegungen dazu an, durch welche Maßnahmen sich das Verständnis von Mathematisierungen im Chemieunterricht fördern ließe.
Definitionen; Geschwindigkeit einer Reaktion bestimmen; Momentane und mittlere Reaktionsgeschwindigkeit; Einflüsse auf die Reaktionsgeschwindigkeit; Einfluss der Konzentration und des Drucks; Einfluss der Temperatur; Einfluss von Katalysatoren; Chemisches Gleichgewicht; Dynamisches Gleichgewicht; Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante K; Abhängigkeit chemischer Gleichgewichte; Beeinflussung durch Konzentrationsänderungen; Beeinflussung durch Druckänderungen; Beeinflussung durch Temperatur und Katalysator; Prinzip von Le Chatelier; Ammoniak-Gleichgewicht
Im Beitrag werden exemplarisch sechs Variationen von Unterstützungsmaßnahmen dargestellt. Zu erkennen ist, dass diese Maßnahmen das Experimentierarrangement weiter schließen und jeweils einen anderen Fokus aufweisen können. So können Unterstützungsmaßnahmen auf fachinhaltlicher ebenso wie auf experimentierprozessbezogener Ebene ergriffen werden.