Übersicht

Ziel:

• Erkenntnis, dass Elektronen in einem Atom nur ganz bestimmte Energiezustände einnehmen können.
• Quantenchemisches Verständnis für die Bildung von Molekülen und deren Elektronenkonfiguration.

Leitfragen:

• Licht und Elektronen haben sowohl Teilchen- wie Welleneigenschaften. Wie lässt sich das experimentell zeigen?
• Wie interpretiert man Orbitale (Einelektronenwellenfunktionen) und wie lässt sich quantenchemisch die Bildung einer Elektronenpaarbindung erklären?
• Wie lassen sich Orbitalenergieschemata (Elektronenkonfigurationen) von Molekülen aufstellen?

Zeitbedarf: ca. 23 Lektionen

Das Leitprogramm enthält die Inhalte der Module 1 («Wellen, Licht und Elektronen») und 2 («Quantenchemie und chemische Bindung»).

Einsatz im Unterricht

Zu Beginn der Unterrichtseinheit erhalten die Schülerinnen und Schüler (S+S) den gesamten Text des Leitprogramms. Da sie die einzelnen Kapitel mit unterschiedlichem Tempo bearbeiten, ist es wichtig, in der Chemieabteilung Orte zu finden, an denen Versuchsapparaturen über längere Zeit stehen bleiben können. Es hat sich auch als sehr vorteilhaft erwiesen, die Handhabung komplizierterer Experimente (Kathodenstrahlrohr, Elektronenbeugungsröhre, Fotoelektrischer Effekt u. a.) «schnellen» S+S beizubringen und sie anschliessend als Tutoren einzusetzen, die ihre Schulkolleginnen und Schulkollegen in den Gebrauch der Versuchsvorrichtungen einführen.
Die Kapiteltests sind in kopierfähigen Exemplaren vorhanden («Tests zu den einzelnen Kapiteln»). Jede Schülerin und jeder Schüler erhält die Aufgaben nach dem Studium eines Kapitels und löst sie direkt auf dem Blatt, das anschliessend der Lehrperson zurückgegeben wird. Diese korrigiert die Antworten möglichst rasch und gibt bei Bestehen des Tests grünes Licht zur Bearbeitung des nächsten Kapitels. Ansonsten muss das vorhergehende Kapitel nochmals während einer Lektion studiert werden, mit darauf folgender Bearbeitung eines neuen Tests. Die Antworten (für die Lehrpersonen) findet man im Anschluss an die Aufgaben.

Unterrichtsmaterial

Das Unterrichtsmaterial entsprechend Modul 1 ist umfangreich und muss eventuell teilweise in der Physikabteilung ausgeliehen werden. Genauere Details sind im Text ersichtlich.
Slinky-Feder, Gummiseil mit Exzenter-Antrieb, Streichinstrument, Kerze, Laser samt Dia mit Spalt und Loch, Material zum Fotoelektrischen Effekt (UV-Lampe, Kunststoff- und Glasstab, Elektroskop mit aufgesetzter Zinkelektrode, Glasscheibe), Kathodenstrahlrohr, Elektronenbeugungsrohr, Handspektrometer, Wasserstoff- und/oder Heliumröhre, Prisma
Für den Inhalt entsprechend Modul 2 sind keine Unterrichtsmaterialien nötig. Die Theorie wird jedoch durch zahlreiche Abbildungen sowie Simulationen mithilfe von Powerpoint-Präsentationen massgeblich unterstützt.
Als Ergänzung stehen vier Powerpoint-Präsentationen sowie zusätzliche Übungen mit Lösungen zur Verfügung.