Übersicht

Ziel:

• Erkenntnis, dass Elektronen in einem Atom nur ganz bestimmte Energiezustände einnehmen können.
• Verständnis der Wechselwirkung zwischen den kleinsten Bausteinen eines farbigen Stoffs und dem sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung.

Leitfragen:

• Licht und Elektronen haben sowohl Teilchen- wie Welleneigenschaften. Wie lässt sich das experimentell zeigen?
• Wann sind Stoffe farbig?
• Welche Faktoren bestimmen die Anregungsenergie eines farbigen Stoffs?

Zeitbedarf: 23 Lektionen

Das Leitprogramm enthält die Inhalte der Module 1 und 3 «Wellen, Licht und Elektronen» sowie «Quantenchemie und organische farbige Stoffe».

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
Zum Experimentieren entsprechend Modul 3 stehen neben Paprika-Pulver die Phenylpolyenale («Polyenale») und ihre Farbsalze im Zentrum. Die Synthese der Polyenale ist aufwendig und sollte rechtzeitig vor Beginn des Moduls durch die Lehrkraft durchgeführt werden. Die dazu nötigen Chemikalien sind nicht unbedenklich und mit allergrösster Vorsicht zu handhaben. Die genauen Vorschriften für die Synthese von Trienal, Pentaenal und Heptaenal findet man im Abschnitt 8.6.
Zur Reinheitsprüfung und zur Messung der maximalen Absorption benötigt man Material zur Dünnschichtchromatografie und ein Spektralfotometer.
Als Ergänzung stehen zwei Powerpoint-Präsentationen sowie zusätzliche Übungen zur Verfügung.