metalle - christiani · struktur der metalle können die eigen-schaften verformbarkeit, elektrische...
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Metalle
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Zur Bedienung
Mit den Pfeiltasten der Fernbedienung (DVD-Player) oder der Maus (Computer) können Sie Menüpunkte und Buttons ansteuern und mit der OK-Taste bzw. Mausklick starten. „Hauptmenü“ führt zurück zum Haupt-menü.Um das Arbeitsmaterial zu sichten / auszudrucken, legen Sie die DVD in das Laufwerk Ihres Computers ein und öffnen den Ordner „material“. Die Datei „Inhaltsverzeichnis“ öffnet die Startseite.
Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards
Die Schülerinnen und Schüler• erklärendenAufbauderAtomeaus
Atomkern und Atomhülle;• beschreibenmodellhaftdensubmi-
kroskopischen Bau eines Metalls und die damit verbundenen Eigenschaf-ten;
• erläuterndiemetallischenEigenschaf-ten auf Stoff- und Teilchenebene;
• lernendieOxidationvonMetallenam Beispiel von Aluminium kennen;
• begreifen,wieverschiedeneMetall-Atome den Edelgaszustand erreichen;
• könnendieReaktionvonAlkalimetal-len mit Wasser sachlich und unter VerwendungvonFachwörternerklärenunddieentsprechendenReaktions-gleichungen aufstellen;
• verstehendenVorgangeinerMetall-Nichtmetall-ReaktionamBeispielderReaktionvonNatriummitChlor;
• könnendenBauvonMetallenaufTeilchenebene skizzieren;
• übensichimUmgangmitdemPSEund nutzen dieses als Informations-quelle;
• könnendieInformationenausdemFilm herausarbeiten, strukturieren und verknüpfen und üben sich da-durch in kognitiven Lernstrategien;
• begreifendieBedeutungmetallischerWerkstoffe in Alltag und Technik;
• werdensichüberdieordnungsge-mäßeEntsorgungvonmetallischenGegenständenbewusst;
• diskutieren,welcheBedeutungMe-talle für sie selbst im Alltag haben;
• recherchieren,wofürbestimmteMe-talle verwendet werden;
• könnendieBeobachtungenausdemFilm sachlich und unter Verwendung von Fachwörtern wiedergeben;
• könnendievonihnenerarbeitetenErgebnissepräsentieren.
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Zum Inhalt
„Metalle“ – Film (20 min) Metalle begegnen uns überall und sind für unser modernes Leben unverzichtbar. Doch was sind Metalle eigentlich? Ausgehend vom Bau eines einzelnen Aluminium-Atomswirdgeklärt,wasdieeinzelnen Atome im Gitter zusammen-hält.AufgrundderrelativgeringenAn-ziehung zwischen Valenzelektronen und Kern können sich die Valenzelektronen frei im Gitter bewegen. Die positiv ge-ladenen Atomrümpfe bleiben auf ihrer ursprünglichen Position. Die Anziehung
sorgt dafür, dass das Metallgitter zusam-mengehalten wird. Dies wird als Metall-bindung bezeichnet. Anhand der inneren Struktur der Metalle können die Eigen-schaften Verformbarkeit, elektrische Leitfähigkeit,WärmeleitfähigkeitundmetallischerGlanzgeklärtwerden.ImAnschluss wird am Beispiel eines Fahrrad-rahmensausAluminiumdieOxidationvon Metallen beschrieben. Danach wird die Gruppe der Alkalimetalle vorgestellt. Der Film zeigt, wie verschiedene Alkali-metallemitWasserreagieren,undklärtinderanschließendenSequenz,dassderGrundfürdieReaktivitätdieserMetalle
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im Aufbau der Atome liegt. Durch die Abgabe ihres Valenzelektrons erreichen die Alkalimetall-Atome die stabile Edel-gaskonfiguration und es entstehen po-sitiv geladene Ionen. Daher reagieren sie vorzugsweise mit Nichtmetall-Ato-men. Die von den Metall-Atomen abge-gebenen Elektronen können von den Nichtmetall-Atomen aufgenommen wer-den.Abschließendwirdanhandzahlrei-cher Aufnahmen erneut verdeutlicht, wie Metalle bereits seit Jahrtausenden das LebenderMenschenprägtenundsounverzichtbar für ein modernes Leben geworden sind.
„Metalle“ (Sequenzen)Metalle in unserem Alltag (Filmsequenz 2:20 min)Bereits seit Jahrtausenden spielen Me-talle für den Menschen eine bedeutende Rolle.AnfangswurdenMetallenochvorallem für Schmuck und Waffen verwen-det. Durch die Erfindung der Legierungen und den technischen Fortschritt können metallischeGegenständeheutzutageaber in immer mehr Bereichen eingesetzt werden.
Metalle und ihre Eigenschaften (Filmsequenz 9:20 min)Alufolie ist ein praktischer Alltagsgegen-stand.DieSequenzzeigtzunächst,wieein Stück Aluminium aufgebaut ist. Hier-für werden auf submikroskopischer
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Ebene der Aufbau von Atomen und der innereBauderMetalleerklärt.Aufgrundder relativ geringen Anziehung können sich die Valenzelektronen im Metallgitter von Atom zu Atom bewegen. Die positiv geladenen Atomrümpfe bleiben an ihrem ursprünglichen Ort zurück. Die Anziehung zwischen den positiv gela-denen Atomrümpfen und den negativ geladenen, delokalisierten Elektronen wird als Metallbindung bezeichnet.Ausgehend vom inneren Bau der Metal-le können nun die metallischen Eigen-schaftenerklärtwerden.Hierfürwerdenmithilfe von Aufnahmen auf Stoffebene undanschließendenAnimationenaufTeilchenebene die Eigenschaften veran-schaulicht.
Metalleoxidieren (Filmsequenz 1:30 min)In dieser Sequenz wird anhand eines Fahrradrahmens aus Aluminium der Vor-gangderOxidationvonMetallenthe-matisiert.DurchdieReaktionvonAlu-minium-Atomen mit Luftsauerstoff kommt es zur Bildung einer Aluminium-oxid-Schicht.DieseschütztdasdarunterliegendeMetallvorweiterenReaktio-nen. Ebenso bildet Zink mit Sauerstoff einesolcheOxidschicht.
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Alkalimetalle (Filmsequenz 3:00 min)In der ersten Hauptgruppe des PSE ste-hen die sechs Alkalimetalle. Diese Me-tallezeigenganzbesondereReaktionen.Die Sequenz zeigt, wie die Metalle Lithi-um, Natrium und Kalium mit Wasser reagieren. Ausgehend von den Beobach-tungenderdreiExperimentewirder-klärt,dassdieAlkalimetallemitWasserzumentsprechendenMetallhydroxidundWasserstoff reagieren.
MechanismusderReaktion (Filmsequenz 3:40 min)DieseSequenzerklärt,warumdieAlkali-metalle so reaktiv sind. Alle Alkalimetall-Atome besitzen jeweils ein Valenz-elektron. Durch die Abgabe dieses Valenzelektrons wird ein positiv gelade-nes Ion (Kation) gebildet, das den stabi-len Edelgaszustand besitzt. Daher reagie-ren Metall-Atome vorzugsweise mit Nichtmetall-Atomen. Die Sequenz zeigt daraufhindieMetall-Nichtmetall-Reak-tion von Natrium und Chlor. Hierbei ent-stehen auf Teilchenebene positiv ge-ladene Metall-Kationen und negativ geladene Nichtmetall-Anionen. Aufgrund der entgegengesetzten Ladung ziehen sich die entstandenen Ionen gegenseitig an und bilden ein stabiles Ionengitter.
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„Vielfalt der Metalle“ (Grafik)Diese Collage zeigt verschiedene Ele-mente aus dem PSE, die zu den Metallen gehören. Anhand dieser Zusammenstel-lung kann auf typische Gemeinsamkei-ten und auch Unterschiede der Metalle eingegangen werden.
„Schalenmodell“ (Grafik)Die Grafik aus dem Film zeigt ein Alu-minium-Atom als Schalenmodell. Es kann genutzt werden, um die Verteilung der Elektronen auf den Schalen und die Eigenschaften von Valenzelektronen zu besprechen oder zu wiederholen.
„Metallbindung“ (Grafik)Diese Grafik zeigt ein Metallgitter und eignet sich für die Besprechung oder Wiederholung des Themas „Metallbin-dung“. Da sich die Valenzelektronen der Metallatome im Metallgitter von einem Atom zum anderen bewegen können, herrscht eine Anziehung zwischen die-sen delokalisierten Elektronen und den positiv geladenen Atomrümpfen. Dies bezeichnet man als Metallbindung.
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Verwendung im Unterricht
Der Film eignet sich besonders zur Ein-führung des Themas Metalle. Den Schü-lerinnen und Schülern werden hierbei, ausgehend vom Atombau, der innere Bau der Metalle und die damit verbun-denenEigenschaftenanschaulicherklärt.ZudemwerdendieOxidationvonMe-tallen,dasReaktionsverhaltenderAlka-limetalle und die Metall-Nichtmetall-Reaktionthematisiert.Anhand zahlreicher alltagsnaher Bei-spiele sollen die Schülerinnen und Schü-ler erkennen, welche enorme Bedeutung Metalle für das moderne Leben haben. DurchdieBeschäftigungmitdeneinzel-nen Filmsequenzen können thematische Schwerpunkte gesetzt und an bereits vorhandenes Wissen angeknüpft werden. Durch den Einsatz der ergänzenden Materialien können die Inhalte dieser Produktion gefestigt und vertieft werden.
Die Produktion eignet sich für die Ver-mittlung folgender Lehrplaninhalte:• BedeutungvonMetallenimVerlauf
der Menschheitsgeschichte und dem modernen Leben
• AufbauderAtomeauseinemAtom-kern mit Protonen und Neutronen sowie einer Atomhülle mit Elektronen
• StrukturderElektronenhülle• BauderMetalleaufTeilchenebene:
Metallgitter • Metallbindung• EigenschaftenderMetalle:Verform-
barkeit, elektrische Leitfähigkeit,WärmeleitfähigkeitundmetallischerGlanz
• Zusammenhangzwischendeminne-ren Bau der Metalle und ihren Eigen-schaften
• OxidationvonMetallenamBeispielvon Aluminium
• ReaktionderAlkalimetallemitWasser• BedeutungderValenzelektronenfür
dasReaktionsverhaltenverschiede-ner Metall-Atome
• IonisierungvonMetall-AtomenundErreichen des Edelgaszustands
• Metall-Nichtmetall-ReaktionanhandderReaktionvonNatriummitChlor
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Arbeitsmaterial
AlsArbeitsmaterialstehtIhnenimROM-Teil ein umfangreiches Angebot an er-gänzendenMaterialienzurVerfügung(siehe Tabelle). DieArbeitsblätterliegensowohlalsPDF-als auch als Word-Dateien vor:
• DiePDF-Dateien können am PC direkt ausgefüllt oder ausgedruckt werden.
• DieWord-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichts-situation angepasst werden.
Ordner Materialien
Didaktische Hinweise Hinweise zum Einsatz des Films, der Sequenzen und der ergänzendenArbeitsmaterialien
Arbeitsblätter(mit Lösungen)
1. Metalle – unverzichtbarer Werkstoff 2. Atombau3. Bau der Metalle4. Eigenschaften der Metalle5. OxidationundRecycling6. Alkalimetalle7. Edelgaszustand8. Metalle–Rätsel
Interaktion Periodensystem der Elemente
Grafiken • PeriodensystemderElemente• VielfaltderMetalle• Schalenmodell• Metallbindung
Filmkommentar Filmkommentar als PDF-Dokument
Programmstruktur Übersicht über den Aufbau der DVD
Weitere Medien InformationenzuergänzendenFWU-Medien
Produktionsangaben Produktionsangaben zur DVD und zum Film
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46 11086 Metalle
Metalle 46 11086 Programmstruktur
Untermenü
Hauptmenü
Metalle Metalle in unserem Alltag 2:20 min Metalle und ihre Eigenschaften 9:20 min Metalle oxidieren 1:30 min Alkalimetalle 3:00 min Mechanismus der Reaktion 3:40 min
Arbeitsmaterial
Didaktische Hinweise 8 Arbeitsblätter (mit Lösungen) Interaktion 4 Grafiken Filmkommentar Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben
Metalle Metalle Film 20 min Metalle Sequenzen Vielfalt der Metalle Grafik Schalenmodell Grafik Metallbindung Grafik Arbeitsmaterial
Programmstruktur
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Produktionsangaben Metalle (DVD)
ProduktionFWU Institut für Film und Bild, 2014
DVD-KonzeptFWU Institut für Film und Bild, 2014
DVD-Authoring und DesignTV Werk GmbHim Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2014
ArbeitsmaterialFWU Institut für Film und Bild, 2014
Bildnachweis© SafakOguz – thinkstockCover: Metal Pipe © thinkstock/iStock
Pädagogischer Referent im FWUDaniel Schaub
Produktionsangaben zum Film
„Metalle“
ProduktionStefan Weichelt
im Auftrag desFWU Institut für Film und Bild, 2014
BuchKatja Weirauch
Kamera, Animation, SchnittStefan Weichelt
RedaktionDaniel Schaub
Wir bedanken uns bei allen Beteiligten für die freundliche Unterstützung, besonders beiHaldor Neumann und dem Lise-Meitner-Gymnasium
Nur Bildstellen/Medienzentren:öVzulässig
© 2014 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D-82031 Grünwald Telefon (089) 6497-1 Telefax (089)6497-240 E-Mail [email protected] [email protected] Internet www.fwu.de
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46 11086MetalleObbei Schmuck,Autos, Fernsehen oderMobilfunkgeräten– zahlreicheMetalle als Werkstoffe ermöglichen modernste Technik und Fortschritt. Etwa 80 Prozent aller chemischen Elemente im Periodensystem sind Metalle. In dieser Produktion werden grundlegende Kenntnisse über die Eigenschaften der Stoffgruppe, Gewinnung, Verarbei-tungundVerwendungvonMetallenvermittelt.EbensowirdaufdieLeitfähigkeitundReaktionenvonMetalleneingegangen.
FWU Institut für Film und Bild
in Wissenschaft und Unterricht
gemeinnützige GmbH
Geiselgasteig
Bavariafilmplatz 3
82031 Grünwald
Telefon +49 (0)89-6497-1
Telefax +49(0)89-6497-240
www.fwu.de
www.fwu-shop.deBestell-Hotline: +49 (0)[email protected]
Lehrprogrammgemäß
§ 14 JuSchG
Erscheinungsjahr: 2014Laufzeit: 20 minSequenzen: 5Grafiken: 4Sprache: Deutsch
DVD-ROM-Teil: UnterrichtsmaterialienArbeitsblätter: 8 (mit Lösung, als PDF zum
Ausfüllen)Interaktion: 1Adressaten: Allgemeinbildende Schule
(Klasse 8-10)
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GEMAFREI
Schlagwörter: Alkalimetall, Aluminium, Anion, Atom, Atomhülle, Atomkern, Atomrumpf, Chlor, Edelgaszustand,Elektron,Elektronenhülle,Ion,Ionengitter,Kation,Leitfähigkeit,Metallbindung,Metallgitter,Metallhydroxid,Natrium,Nichtmetall,Oxidation,PSE,Reaktionsgleichung,Reaktionsmechanismus,Rohstoff,Schalenmodell,Stoffebene,Teilchenebene,Temperatur,Verformbarkeit,Wärmeleitfähigkeit
Systematik: Chemie Allgemeine Chemie Gesetzmäßigkeiten
chemischerReaktionen,Arbeitsmethoden, Untersuchungsmethoden
Physikalische Chemie Atombau, Perioden system, Bindung, Struktur, Eigenschaften
Anorganische Chemie Elemente, Verbindungen, Redoxreaktionen
Angewandte Chemie Technische Chemie, Chemie in Alltag und Umwelt