fehlvorstellungen zum säure-base-begriff ein zu beachtender bestandteil des...

Fehlvorstellungen Fehlvorstellungen zum Säure-Base-Begriffzum Säure-Base-Begriff

Ein zu beachtender Bestandteil des Donator-Akzeptor-Konzepts

115.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

GliederungGliederungEinleitungDer Säure-Base-BegriffReine Säure und Säure-LösungenpH-WertNeutralisationStarke und schwache Säuren

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EinleitungEinleitungSuS kommen mit eigenen

Vorstellungen oder Kenntnissen in den naturwissenschaftlichen Unterricht

Diagnose von Vorstellungen spezifische Unterrichtseinheiten

Ursprüngliche Präkonzepte neben „hausgemachte“ Fehlvorstellungen

Parallelen im Denken früherer Wissenschaftler

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Der Säurebegriff - Der Säurebegriff - phänomenologischphänomenologischBoyle (17. Jhd.) – Färbung bestimmter

Pflanzenfarbstoffe, Lösen von KalksteinGlauber (1650) – S&B feindlich und

entgegengesetzt, bilden zusammen aber Salze

Lavoisier (1778) – Nichtmetalloxid bilden S in wässerigen Lösungen

Davy (1816) – S sind Wasserstoffverbindungen

Liebig (1838) – Salze bilden sich, wenn in S der Wasserstoff durch Metalle ersetzt wird

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Der SäurebegriffDer SäurebegriffArrhenius (1864) – S zerfallen in

wässriger Lösung in positive Wasserstoff-Ionen und in negativ Säurerestionen. B in positive Baserestionen und negative Hydroxidionen (OH-)

Brönsted (1923) – erstes Konzept beruhend auf Funktion von kleinsten Teilchen (Protonendonatoren / Protonenakzeptoren)

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Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-Begriff„Säure ätzen“„Säuren zerstören“ / „zerfressen

Dinge“„Essigsäure ist in der Chemie eine

ätzende und gefährliche Substanz, im alltäglichen Gebrauch nicht“

Zuschreibung der aggressive Eigenschaft nur den Säuren

Keine Teilchenvorstellungen mit verknüpft

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Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-BegriffOft mit dem pH-Wert verknüpft

(kleiner pH-Wert; „gelb oder rot“)

Angelernte Säure-Konzepte:Arrhenius-Konzept (enthalten H+-

Ionen)Brönsted-Konzept (geben

Protonen ab)

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Fehlvorstellungen zum Fehlvorstellungen zum Säure-BegriffSäure-Begriff„…dass zwar eine Zunahme an

Brönsted-Definitionen in den Klassen 11 und 12 zu verzeichnen ist, Basen im gleichen Zusammenhang noch überwiegend nach Arrhenius interpretiert werden. Ein beliebiges Vertauschen beider Säure-Base-Definitionen zeigt letztlich, dass das Wissen nicht tief verankert und deshalb nicht in Form des Transfers angewendet wird“

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UnterrichtsvorschlägeReaktion von Säuren und Laugen als

Substanz und ihre aggressive Wirkungkeine Vernichtung von Stoffen!Beachtung des Alltagsbezuges

V7.1: Zucker + konz.Schwefelsäure schwarzer Kohlenstoff + Wasserdampf

V7.2: Säure-Lösungen mit unedlen Metallen

V7.3: KalkentfernerV7.4: Abflussfrei

UnterrichtsvorschlägeSäure-Base-Konzepte:

◦Substanz-bezogenes Arrhenius-Konzept◦ Arrhenius-Konzept nur Ionen in wässrigen

Lösungen

◦Teilchen-bezogenes Brönsted-Konzept◦ Brønsted-konzept: Übergabe von Protonen

allgemeineres Konzept

genetische Entwicklung von beiden in historisch orientiertem Unterricht

Festlegung auf das Brønsted-Konzept

(9G.2 hessischer Lehrplan!)

UnterrichtsvorschlägeSalzsäure konz.

Zusammensetzung aus Ionen als Modellvorstellung!

reine Schwefelsäure oder Salpetersäure durch Moleküle beschreiben!

V7.7 LeitfähigkeitsprüfungenOH-(aq)-Ion und H+(aq)-Ionvollständige Trennung aller Ionen

UnterrichtsvorschlägeV7.8:

H2SO4-Molekül+Cl--Ion

HCl-Molekül + HSO4--Ion

V7.9: HCl-Molekül +H2O-Molekül

Cl-(aq)-Ion + H3O+(aq)-Ion

Üben!!

UnterrichtsvorschlägeV7.10:

H2SO4-Molekül + 2H2O-Moleküle 2H3O+(aq)-Ionen + SO4

2-

(aq)-Ionexotherm

V7.11: O2--Ion + H2O-Moleküle

OH-(aq)-Ion + OH-(aq)-Ion | exotherm

Wasser ist ein Ampholyt-Teilchen

Reine Säure und Säure-Reine Säure und Säure-LösungLösung

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Reine Säure und Säure-Reine Säure und Säure-LösungLösung

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Richtige Antworten hinsichtlich H3O+ und SO4

2- nur bei etwa 10%45 % VerdünnungseffektAndere: pH kleiner, Dichten

unterschiedlich, ätzender, reaktionsfreudiger

Oft Dissoziation unverstanden

UnterrichtsvorschlägeUnterscheidung festes NaOH und

Natronlauge Reaktionen verdünnter Säuren

Erwünscht z.B. Magensäure, Würzmittel (Kontext)

Durch Verdunsten des Wassers können auch verdünnte Lösungen eine aggressive Wirkung erzielen

pH-WertpH-Wert

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"negativer dekadischen Logarithmus der H+-Ionen-Konzentration" ohne richtige Anwendung

oft Veränderung der Definitionphänomenologisch (pH 7

hautneutral, hat was mit Hautverträglichkeit zu tun)

pH-WertpH-Wert

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Aufgabe: Lösungen mit pH-Wert 1.0 bennen- 15 % 0,1 M HCl- 30% HCl oder H2SO4 (ohne

Konzentration)- 45 % gar keine Antwort

Reines Merkwissen bezüglich pH-Wertes

Schwierigkeiten mit dem pH-Wert umzugehen

UnterrichtsvorschlägeSäure-Base-Indikatoren –

besondere Farbstoffe V7.5 (Rotkohl, Curcumin)

V7.6: pH-Werte Küche/Bad-Lösungen

Sauer Neutral Alkalisch

UnterrichtsvorschlägepH-Werte – Potenz der H3O+(aq)-IonKonzentration der H3O+(aq)-IonenpH-Wert 2 10-2-molare Salzsäure

Lösung

UnterrichtsvorschlägeV7.12: Verdünnungsreihe

Salzsäure (1.0 mol/L): 1.0 mol H30+(aq)-Ionen und 1.0 mol Cl-(aq)-IonenVerdünnung: a)1:10 0,1mol H30+(aq)-Ionen b)1:100 0,01mol H30+(aq)-Ionen

Unterrichtsvorschläge

Alkalische Lösungen:pH-Wert 2 10-2-molare H3O+(aq)-Ionen

10-10-molare OH-(aq)-Ionen

pH-Wert 10 10-10-molare H3O+(aq)-Ionen

10-4-molare OH-(aq)-Ionen

NeutralisationNeutralisation

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Aufgabe: „Salzsäure und Natronlauge reagieren miteinander“

- 80 % formal richtige HCl + NaOH NaCl + H2O

- 50 % sogar mit Ionensymbolen- Allerdings 40% bilden NaCl

NeutralisationNeutralisation

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Aufgabe: „Reagierende Teilchen?“„alle Teilchen“ oder „positive und

negative Ladungen“ reagieren„NaCl-Moleküle entstehen“ / Salz-

MoleküleNur 35% konnten Neutralisation

benennen

NeutralisationNeutralisation

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Modellvorstellungen zum Modellvorstellungen zum Abdampfen von Wasser aus Abdampfen von Wasser aus KochsalzlösungKochsalzlösung

2615.12.2009Stephanie van Neuren / René Reinhold 2.Hauptsemester Fachseminar Chemie

UnterrichtsvorschlägeNeutralität ganz der Säure-Base-

Thematik zuzuordnenV7.14 (Cl-(aq) und Na+(aq) –

spectator ions): H3O

+(aq) + Cl-(aq) + Na+(aq) + OH-(aq) Cl-(aq) + Na+(aq) + 2 H2O(l)

Starke und schwache SäurenStarke und schwache Säuren

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Weit verbreitet: Säurestärke durch pH-Wert der

Lösung

(Verdünnungsmöglichkeit wird nicht wahrgenommen!)

Starke und schwache SäurenStarke und schwache Säuren

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Modellvorstellungen:

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Unterrichtsvorschläge

Stärke der Säure entspricht nicht der Konzentration, sondern:

- starke Säuren sind Teilchen, die leicht Protonen abgeben können.

- schwache Säuren sind Teilchen, die nur schwer Protonen abgeben können.

- V7.17 - V7.18

UnterrichtsvorschlägeModellvorstellungen

100%ige Protolyse versus 1%ige Protolyse

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ResümeeResümee• Säuren werden oft Eigenschaften

zugesprochen

• Hydroxide und Laugen oft nicht genannt

• keine Unterschiede zwischen reinen Säuren (Moleküle) und Säure-Lösungen (z.T. Ionen)

• Arrhenius oft mit Brönsted vermischt „Salzsäure ist ein Protonendonator“

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ResümeeResümee• Neutralisation steht Salzbildung im

Vordergrund und „Salz-Moleküle“

• Dissoziations- oder Protolysegrad oft nicht in Vorstellungswelt der SuS vorhanden

• Wenig Modellvorstellungen ins Zentrum rücken

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QuellenangabeQuellenangabe

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Vielen Dank für eure Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!Aufmerksamkeit!