Chemie: Willkommen im Fachportal

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler die räumliche Anordnung von Molekülen kennen, erstellen selbst dreidimensionale, digitale Moleküle und können deren Struktur begründen. Der Einstieg in die Einheit erfolgt über den Contergan-Skandal der Firma Grünenthal. Der Wirkstoff von Contergan – Thalidomid – hat zu schweren Missbildungen vor allem bei ungeborenen Kindern geführt, deren Mütter das Medikament während der Schwangerschaft einnahmen. Die Ursache lag darin, dass Thalidomid in zwei unterschiedlichen räumlichen Anordnungen existiert, eine davon ruft Missbildungen hervor. In interaktiven Quiz-Formaten wiederholen die Schülerinnen und Schüler die Arten von chemischen Bindungen, damit sie die räumliche Anordnung von Molekülen später vorhersagen und begründen können. Mit einer Infografik vertiefen sie ihr Wissen zur Elektronenpaarbindung und Oktettregel. Sie erkennen den Einfluss der freien Elektronen auf die Struktur des Moleküls. Über die eigene Erstellung von 3D-Molekülen über die Website molview.org erkennen die Schülerinnen und Schüler, dass Moleküle dreidimensionale Gebilde sind, deren Atome sich nach bestimmten Regeln anordnen. Durch einen kurzen Trailer erkennen die Lernenden die Bedeutung der freien Elektronenpaare auf die Anordnung der Atome im Molekül. Auf der Suche nach einer Möglichkeit, die dreidimensionale Anordnung zweidimensional darzustellen, erarbeiten die Schülerinnen und Schüler die Keilstrichprojektion. Im weiteren Verlauf recherchieren sie Teile des VSEPR-Modells, mit dessen Hilfe man die 3D-Struktur von Molekülen vorhersagen kann. Durch weitere Aktivitäten auf molview.org steigern sie das Verständnis der dreidimensionalen Struktur. Als Gesamtzusammenfassung lösen die Lernenden ein H5P-Quiz . Beim Einstieg muss die Lehrkraft entscheiden, welche Inhalte der Website zum Contergan-Skandal relevant sind. Interessant sind die Daten und Fakten. Mit einem kurzen Vortrag kann die Lehrkraft unterstützen, den Skandal grob zu verstehen. Mithilfe der Präsentation erklärt die Lehrkraft den Spezialfall von Thalidomid, das aus zwei Enantiomeren besteht, die sich nur geringfügig in der Anordnung der Atome im Molekül unterscheiden. Sie verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild. Die Schülerinnen und Schüler erkennen, dass die räumliche Anordnung von Atomen im Molekül mitentscheidend für die Eigenschaften ist. Als Vorwissen sollten die Schülerinnen und Schüler wissen, was Atombindungen sind und wie diese entstehen. Ebenfalls sollten sie mit der Valenzstrichschreibweise vertraut sein. Zur Wiederholung und Auffrischung dienen der Lückentext zu chemischen Bindungen sowie die Infografik zu Molekülen beziehungsweise der Oktettregel. Beim Erstumgang mit der Website molview.org sollte die Lehrkraft mithilfe der Präsentation kurz erklären, welche Eingaben auf der Internetseite vorgenommen werden müssen, damit man die 3D-Struktur betrachten kann. Die Schülerinnen und Schüler sollen direkt über die Suche arbeiten, Moleküle also nicht aus Atomen erstellen. Wichtig ist hierbei, dass auf molview.org keine freien Elektronenpaare dargestellt werden. Beim Skizzieren der Molekülstrukturen durch die Schülerinnen und Schüler, zum Beispiel bei der Keilstrichprojektion, sollten die freien Elektronenpaare dargestellt werden. Bei der Überleitung zum VSEPR durch den Vergleich von Ammoniak und Methan kann bei geübten Schülerinnen und Schülern auf das Zeigen des kurzen Filmes verzichtet werden. Wenn die Schülerinnen und Schüler die Strukturen der beiden Moleküle vergleichen, könnten sie selbst darauf kommen, dass Ammoniak nach ihrem jetzigen Wissensstand anders aussehen müsste (H-Atome gleichmäßig um das N-Atom angeordnet). Die Inhalte des VSEPRs sollten grob besprochen werden. Hierbei ist es wichtig, den Molekültyp, zum Beispiel AB 3 E zu besprechen. Beim Punkt "VSEPR in der Praxis" können gerne zusätzliche Moleküle vorgegeben und durch die Schülerinnen und Schüler selbst bestimmt werden. Je nach Leistungsbereitschaft der Schülerinnen und Schüler kann hier differenziert werden. Das selbstgesteuerte Bestimmen von Strukturen ist für mathematisch-naturwissenschaftliche Klassen geeignet. Als Pufferlernziel kann kurz auf die Modellkritik eingegangen werden. Den Schülerinnen und Schülern sollte klar sein, dass Modelle lediglich ein Abbild der Realität sind, aber eben nicht der Realität entsprechen. Beim Rückbezug auf den Einstieg sollte nochmal betont werden, welchen Einfluss die räumliche Anordnung von Atomen im Molekül haben kann und wie die Eigenschaften dadurch verändert werden können. Die Gesamtzusammenfassung durch das Quiz sichert die wichtigsten Informationen und stellt eine weitere Einübung des VSEPRs dar. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler zählen chemische Bindungen auf. können die Entstehung von Molekülen begründen. können die Oktettregel erklären. stellen ausgewählte Moleküle in Keilstrichprojektion dar. beschreiben das VSEPR-Modell. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler recherchieren Informationen und verarbeiten sie. bearbeiten ein Online-Quiz. geben Moleküle auf einer Website ein. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden. stellen Informationen anderen Schülerinnen und Schülern vor.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler anhand von abwechslungsreichen und interaktiven Aufgaben, wie die Luft zusammengesetzt ist. Mithilfe eines interaktiven Versuchsvideos des Kolbenproberversuchs zur Bestimmung des Sauerstoffanteils der Luft können die Schülerinnen und Schüler selbstständig den Versuch durchlaufen. Sie erkennen, dass Sauerstoff durch die Verbrennung mit Eisen reagiert und dadurch in der Luft nicht mehr vorhanden ist. Die Schülerinnen und Schüler fixieren ihre Beobachtungen und Ergebnisse auf einem Arbeitsblatt. Anschließend wird durch ein digitales "Drag the words"-Quiz die Zusammensetzung der Luft erarbeitet. Es folgt eine Gruppenarbeit mit vorgefertigten Informationstexten über die Stoffe, die in der Luft enthalten sind. Jede Gruppe bearbeitet einen Steckbrief per Arbeitsblatt über den zugewiesenen Stoff und stellt diesen im Anschluss der Klasse vor. Die Mitschülerinnen und Mitschüler fixieren die Stoffe auf dem Arbeitsblatt. Als Transfer beziehungsweise Vertiefung kann das Video des Schwimmkerzenversuchs gezeigt werden. Hier vermutet man das gleiche Prinzip, warum die Kerze mit dem Wasser nach oben steigt. Tatsächlich ist es jedoch vor allem die Abkühlung der Luft und der damit entstehende Unterdruck, der die Wassersäule im Glas ansteigen lässt. Die Schülerinnen und Schüler sehen, dass ähnliche Phänomene unterschiedliche Erklärungen haben können. Zur Gesamtzusammenfassung lösen die Schülerinnen und Schüler selbstständig ein Quiz . Nach dem Bearbeiten des interaktiven Videos kann die Lehrkraft die Schülerinnen und Schüler dazu auffordern, den Versuch in eigenen Worten wiederzugeben. Dadurch werden die Fachsprache und das freie Formulieren geübt. Im Kreisdiagramm auf dem Arbeitsblatt sind die Spurenstoffe in der Luft nicht dargestellt. Diese sind auf dem Arbeitsblatt unter dem Diagramm zu notieren. Je nach Gruppenarbeitserfahrung der Klasse sollte hier mehr oder weniger Zeit eingeplant werden. Die Gruppen erhalten durch das Ausfüllen des Steckbriefes einen konkreten Auftrag und sollten dadurch relativ zügig sein. Am einfachsten stellt die Lehrkraft den Gruppen jeweils den zugeteilten Text zur Verfügung. Falls möglich, können die Gruppen den ausgefüllten Steckbrief während der eigenen Präsentation zeigen, z. B. per Dokucam. Die Notizen durch die Klasse können bereits während oder nach dem Präsentieren angefertigt werden. Als Transfer/Vertiefung kann der Schwimmkerzenversuch als Video gezeigt werden. Die Schülerinnen und Schüler könnten diesen auch selbst ansehen. Hier könnte man vermuten, ähnlich wie beim Kolbenproberversuch, dass allein der Verbrauch des Sauerstoffs durch die Verbrennung für das Ansteigen des Wassers im Glas verantwortlich ist. Da aber ebenfalls Kohlenstoffdioxid bei der Verbrennung entsteht, ist dieser Effekt kaum wahrnehmbar. Der Hauptgrund für das Ansteigen des Wassers ist die Abkühlung der Luft und der dadurch entstehende Platz, da sich warme Luft ausdehnt. Der Unterdruck lässt das Wasser im Glas steigen. Die Einheit ist so gestaltet, dass die Schülerinnen und Schüler möglichst viel selbstständig und eigenverantwortlich erarbeiten. Die Einheit könnte mit einigen Hinweisen auch als Arbeitsauftrag für eine Lerngruppe durchgeführt werden. Sollte die Lerngruppe noch nicht in Berührung mit H5P-Formaten gekommen sein, so müsste die Lehrkraft hier eventuell unterstützen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler beschreiben und erklären den Kolbenproberversuch. beschreiben die Zusammensetzung der Luft. zählen die Eigenschaften der Stoffe, die in der Luft enthalten sind auf. erklären den Schwimmkerzenversuch. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler verarbeiten Informationen. bearbeiten ein digitales Quiz. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden. sammeln und verarbeiten in einer Gruppe Informationen. präsentieren Informationen vor der Klasse.

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler, wie Kochsalzkristalle aufgebaut sind und welche Eigenschaften diese haben. Mithilfe von fünf Quizzen , einem Arbeitsblatt und einer Einstiegspräsentation können die Schülerinnen und Schüler einzelne Lernziele dieser Unterrichtseinheit erarbeiten. Die Lehrkraft unterstützt mithilfe der Einstiegspräsentation und Unterrichtsgesprächen. Als Highlight erstellen die Lernenden eigene Ionengittermodelle. Zu Beginn zeigt die Lehrkraft ein Bild eines Corona-Virus. Die Schülerinnen und Schüler sammeln Symptome einer Corona-Infektion, die visualisiert werden, und besprechen Ageusie (Geschmacksverlust). Dann zeigt die Lehrkraft Zucker und Salz in Kristallform und fragt, wie man die Stoffe ohne Geschmackssinn unterscheiden kann. Im ersten Teilziel mikroskopieren die Schülerinnen und Schüler Zucker und Salz und dokumentieren ihre Erkenntnisse. Sie erkennen, dass Zucker monokline und Salz würfelförmige Kristalle bildet. Die Schülerinnen und Schüler untersuchen den Kristallaufbau von Salz und beobachten die Kristallisation per H5P-Bilderfolge . Sie lernen, dass Kochsalz aus Ionen besteht, und arbeiten dies in einem Lückentext aus, der mit einem weiteren H5P-Quiz überprüft wird. Anschließend erstellen die Schülerinnen und Schüler mit Zahnstocher und Gummibärchen ein NaCl-Ionengittermodell und diskutieren dessen Schwächen. Schließlich lesen die Schülerinnen und Schüler über drei Eigenschaften von NaCl (hoher Schmelzpunkt, spröde, elektrische Leitfähigkeit) und notieren diese. Zum Abschluss lösen sie ein zusammenfassendes Quiz . Im Unterrichtsgespräch unterstützt durch eine Präsentation leitet die Lehrkraft zur folgenden Frage über: Wie könnte man Zucker und Kochsalz unterscheiden, wenn man an Ageusie leidet? Naturwissenschaftlich erarbeiten die Schülerinnen und Schüler in Paararbeit beziehungsweise Gruppenarbeit die unterschiedlichen Kristallstrukturen von Zucker und Kochsalz durch Mikroskopieren. Beim Zeichnen sollte die Lehrkraft dazu ermutigen, einen aussagekräftigen Kristall möglichst genau zu zeichnen. Bei digitalen Heften kann auch mit dem digitalen Endgerät, zum Beispiel Tablet durch das Okular des Mikroskops fotografiert werden und die Fotos in das Heft eingefügt werden. Mit Hilfe des H5P-Quiz "Infografik-Zucker-Salz" beobachten die Schülerinnen und Schüler selbstständig die Bilderfolge zur Kristallisation. Beim Erstellen der Modelle in Gruppenarbeit muss die Lehrkraft eventuell mit Hinweisen unterstützen und den Schülerinnen und Schüler den Tipp geben, dass sie mit einer einzigen Ionenschicht beginnen sollen. Des Weiteren können Hinweise zur Anzahl der Ionen in einer Schicht gegeben werden. Vor dem Ausfüllen und Lesen des Textes über das Modell von NaCl im Unterrichtsgespräch (im Anschluss an die Gruppenarbeit) kann die Lehrkraft, falls Bedarf besteht, mit Hilfe der Folie die NaCl-Struktur erklären. Nach dem Erarbeiten der Eigenschaften bietet sich ein weiteres zusammenfassendes Unterrichtsgespräch an, indem die Eigenschaften durch die Klasse in eigenen Worten erklärt werden. Die Einheit ist so gestaltet, dass die Schülerinnen und Schüler möglichst viel selbstständig und eigenverantwortlich erarbeiten. Sie könnte mit einigen Hinweisen auch als Arbeitsauftrag für eine Lerngruppe durchgeführt werden. Sollte die Lerngruppe noch nicht in Berührung mit H5P-Formaten gekommen sein, so müsste die Lehrkraft hier eventuell unterstützen. Fachkompetenz Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden Kochsalz und Zucker mikroskopisch. erklären die Entstehung und erstellen das Modell eines Ionengitters von NaCl. erklären drei Eigenschaften von NaCl mit Hilfe des Ionengitters. Medienkompetenz Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten H5P-Quizze. Sozialkompetenz Die Schülerinnen und Schüler vergleichen eigene Informationen mit Informationen von Mitlernenden. bauen in einer Gruppe ein Modell.

Klimaneutralität ist das zentrale Ziel der Luftfahrt, das mit technischen Innovationen und alternativen Antrieben erreicht werden soll. Wie realistisch sind die verschiedenen Ideen und was ist bereits Realität? Diesen und weiteren spannenden Fragen gehen die Lernenden in dieser Einheit auf den Grund. Die Unterrichtseinheit kann im MINT-Unterricht der Klassenstufen 9 bis 13 in den folgenden lehrplanrelevanten Kontexten, idealerweise fächerverbindend, eingesetzt werden: Geographie: Verkehr und Umwelt, Ballungsräume – Probleme und Chancen; Flugbewegung, Flugrouten, Navigation Chemie: Treibstoffe: Eigenschaften, Herstellung, Verwendung, Ökobilanz; alternative Treibstoffe (fossiles Kerosin durch nachhaltigen Flugkraftstoff ersetzen, E-Fuels, synthetisches Kerosin, Brennstoffzellen, Batterien) Technik : Das Flugzeug der Zukunft (Antriebstechnologie, Design etc.) Weitere Fachanbindungen, etwa ans Fach Deutsch , sind beispielsweise durch das Schreiben eines Kommentars zum Thema Flugscham unter Berücksichtigung dessen charakteristischen Aufbaus gegeben. Auch lassen sich naturwissenschaftsbezogene Kompetenzen für den Lernbereich Globale Entwicklung im Themenbereich "Mobilität und Verkehr" fördern. Der Luftfahrtsektor auf dem Weg zur Nachhaltigkeit Die Anzahl der Flugreisen wächst seit Jahren kontinuierlich. Abgesehen vom markanten Corona-Einbruch im Jahr 2020 ist der Trend sehr deutlich. Bis 2040 wird sich die Zahl der Flugpassagiere mehr als verdoppeln, so eine Prognose des Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Neue Treibstoffe, neue Antriebe, neue Flugzeugentwürfe und modernere Navigation sind hierbei entscheidende Faktoren. Die Luftfahrtindustrie forscht mit Hochdruck an zukunftsfähigen und nachhaltigen Technologien . Das Unterrichtsmaterial gibt einen Einblick in aktuelle Entwicklungen. Vorkenntnisse Die Fähigkeit zur Informationsausnahme aus Texten, Schaubildern, Grafiken, Videos und weiteren Quellen sollte eingeübt sein. Themenbezogene Fachbegriffe und Abkürzungen werden gesondert in einem Glossar erklärt. Selbstständige Arbeit in (Klein-)Gruppen sollte vorausgesetzt werden können. Aufbau der Unterrichtseinheit und fächerverbindender Ansatz Die Einheit gliedert sich in insgesamt fünf Kapitel. Zu jedem Kapitel gibt es ein Arbeitsblatt und gegebenenfalls Materialblätter mit zusätzlichen Informationen, die zur Bearbeitung der Aufgaben benötigt werden. Die einzelnen Kapitel und Arbeitsblätter bauen aufeinander auf und sollten idealerweise in der vorgegebenen Reihenfolge durchlaufen werden. Um die Unterrichtszeit für den Austausch und die Ergebnisbesprechung optional zu nutzen, können viele Aufgaben als unterrichtsvorbereitende Hausaufgabe aufgegeben werden. Der letzte Baustein "Berufsfelder" kann ausgeklammert oder im Rahmen der Berufsorientierung aufgegriffen werden. Insgesamt lässt sich die gesamte Einheit mit allen Arbeitsblättern in circa 10 Unterrichtsstunden bearbeiten. Die genaue Zeit variiert je nach Zeitbedarf für die Präsentationen sowie die Diskussionen im Anschluss an die Arbeitsphasen. Ideal ist die Erarbeitung im MINT-Fächerverbund, vor allem die Fächer Geographie, Chemie und Technik lassen sich wunderbar miteinander verbinden. Methodische Hinweise Der vorgeschlagene Unterrichtsablauf ist gekennzeichnet von methodischer Varianz: In einer Motivationsphase werden die Schülerinnen und Schüler für das Thema interessiert. Bist du selbst schon geflogen? Welche Verkehrsmittel nutzt du und für welchen Anlass? Dabei werden Vorkenntnisse in Erinnerung gerufen. In zahlreichen Fachphasen erfolgt in Einzelarbeit oder in Paar- oder Kleingruppen die weitgehend selbstständige Bearbeitung der Arbeitsblätter. Eine Ergebnisbesprechung und Ergebnispräsentation erfolgt meist im Plenum. Expertengruppen werden in der Sequenz 3 "Klimafreundlicher Luftverkehr" gebildet, die Kleingruppenarbeit erfolgt zu den Schwerpunkten "Das Flugzeug der Zukunft" , alternative Treibstoffe und effizientere Flugführung. Das Thema "Klimafreundlicher Luftverkehr" wird somit aus verschiedenen Perspektiven mithilfe der in jeder Gruppe vertretenen Fachexperten erarbeitet und anschließend im Plenum in einer Präsentations- und Diskussionsphase vorgestellt und diskutiert. Sequenz 4 bietet die Möglichkeit zur kreativen Umsetzung: Wie stellst du dir das Fliegen im Jahr 2050 vor? Hier sind der digitalen oder analogen Darstellung keine Grenzen gesetzt. MINT-Fachkompetenzen Die Schülerinnen und Schüler erkennen, beschreiben und bewerten die individuelle, gesellschaftliche und historische Bedeutung von Transport und Verkehr in der globalisierten Welt. beschreiben und bewerten aktuelle Entwicklungen der Mobilität. analysieren mithilfe von Grafiken und Studien die Klimaverträglichkeit verschiedener Verkehrsmittel. Kernkompetenzen des Lernbereichs Globale Entwicklung Erkennen Die Schülerinnen und Schüler können Informationen aus Prognosen, Modellen und Zukunftsszenarien verarbeiten (1.3). zeigen anhand der Zukunft des Luftverkehrs Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Naturwissenschaften auf (3.5). Bewerten Die Schülerinnen und Schüler unterscheiden zwischen beschreibenden oder erklärenden (naturwissenschaftlichen) und normativen (ethischen) Aussagen (6.1). Handeln Die Schülerinnen und Schüler entwerfen Lösungsstrategien für Zielkonflikte auf dem Weg zu einer nachhaltigen Entwicklung und sondieren Umsetzungsmöglichkeiten (10.4).