Chemie

Chemie ist, wenn es stinkt und kracht! Stimmt – aber noch viel mehr.

 

Der Faszination lauter, farbenfroher oder verblüffender Versuche steht für Viele ein undurchdringlicher Dschungel abstrakter Gedankenfäden gegenüber. Um diesen zu entwirren sei hier der Versuch einer Strukturierung unternommen.

Chemie beschäftigt sich einerseits mit Phänomenen, die entweder im Alltag erfahrbar sind oder durch Versuche sichtbar gemacht werden können und andererseits mit der gezielten Anwendung der Erkenntnisse, die durch die Untersuchung dieser Phänomene gewonnen werden können. In der Schulchemie steht die Untersuchung von Versuchen im Vordergrund, da oftmals viel Wissen nötig ist, um Chemie zu einer „nutzbaren“ Wissenschaft zu machen. Aber es lässt sich auch nach relativ kurzer Zeit sehr Vieles von dem verstehen, was Chemie ausmacht. Dabei soll diese Einführung helfen.

A Untersuchung von Phänomenen

Die Durchführung und Auswertung eines Versuchs erfolgt allermeist in drei Schritten:

Versuchsdurchführung – Versuchsbeobachtung – Versuchserklärung/-deutung

Anders ausgedrückt werden hierbei zwei Ebenen unterschieden: Die Stoffebene (Beobachtung) und die Teilchenebene (Erklärung, Deutung).

a) Stoffebene. Hier geht es um Stoffeigenschaften und deren Änderungen im Verlauf eines Versuchs. Die Eigenschaften können sichtbar, hörbar, riechbar oder durch ein Gerät messbar sein. Aus den gewonnenen Beobachtungen lassen sich dann Rückschlüsse auf die beteiligten Teilchen ziehen.

Eine wichtige Verknüpfung zwischen den beiden Ebenen stellt dabei die Einteilung der Stoffe in die Stoffklassen

Metalleflüchtige Stoffesalzartige Stoffe

dar. Gemeinsame Eigenschaften der Stoffe einer Stoffklasse weisen auf wichtige Teilcheneigenschaften hin und schlagen daher eine erste Brücke in die unsichtbare, abstrakte Teilchenwelt.

b) Teilchenebene. Hier geht es um Zustände oder Vorgänge der beteiligten Teilchen, die einen Stoff bilden (Stoffteilchen). Im Verlauf des Unterrichts wird der Begriff Teilchen immer weiter verfeinert. Man unterscheidet dann

  • Atome, die Atomverbände bilden können (Metalle)
  • Moleküle, die aus mehreren Atomen bestehen, die über Elektronenpaarbindungen verknüpft sind (flüchtige Stoffe)
  • Ionengruppen, bestehend aus Kation(en) und Anion(en) (salzartige Stoffe)

Ebenso verhält es sich beim Atombau selber: Da es anfangs noch nicht wichtig ist, wie ein Atom aufgebaut ist, wird es zunächst als einfache Kugel betrachtet. Später wird ein Atom differenzierter betrachtet. Es geht dabei also nicht um wahr/unwahr oder richtig/falsch etc., sondern darum welche Sichtweise für das betrachtete Phänomen gerade hilfreich ist. Der Chemiker spricht von einem Modell („Denkhilfe“), das mit der Wirklichkeit etwas gemeinsam hat, aber nicht die Wirklichkeit selber ist!

Auf dem Niveau der Teilchenebene lassen sich mehrere Gedankenfäden finden, die sich durch die 3 oder 5 Schuljahre (je nach Kurswahl) ziehen.

I Atombau: kugelförmiges Teilchen – Kern-Hülle-Modell – Bohrsches Atommodell – Kugelwolkenmodell – Orbitalmodell (wird im Schulunterricht meist nicht behandelt, weil es für die Erklärung der von uns betrachteten Phänomene nicht zwingend notwendig ist). An diesen Gedankenfaden geknüpft ist das Thema Ionenaufbau und Molekülbau.

II Reaktionstypen: Redoxreaktion – Säure-Base-Reaktion (Protolyse) – Substitutionsreaktion – Additionsreaktion – Kondensationsreaktion und Hydrolyse – Polymerisation

III Zwischenmolekulare Kräfte: Van der Waals Kräfte – Dipol-Dipol-Wechselwirkungen – Wasserstoffbrücken

IV Energetik: exotherme/endotherme Reaktionen – exergonische/endergonische Vorgänge

Bei der Erklärung eines Versuchs ist es also wichtig zu wissen, welcher der Gedankenfäden (manchmal sind es auch mehrere!) gerade wichtig und hilfreich ist.

Diese Übersicht berücksichtigt absichtlich nicht die klassische Einteilung der Chemie in

Anorganik – Organik – Physikalische Chemie

Diese Einteilung findet in der Schulchemie nur zum Teil Anwendung und zeigt zunächst nicht die verbindenden Gedankenfäden auf.

B Anwendung von Erkenntnissen

Dieser Bereich ist in der Schulchemie etwas seltener vertreten, da für sehr viele Anwendung ein großes Grundwissen nötig ist. Ein erster Kontakt ergibt sich aber schon zu Beginn des Chemieunterrichts, wenn es um die Gewinnung von Metallen geht. Die hierfür nötige Redoxchemie ist überschaubar und die Schülerinnen und Schüler bekommen einen Eindruck, wozu Chemie „gut ist“.

In der Oberstufe wird mit dem Thema „Kunststoffe“ ein sehr anwendungsorientiertes Kapitel aufgeschlagen. Hier wird quasi die Vorgehensweise umgekehrt: Aus geschickt kombinierten Teilcheneigenschaften lassen sich Produkte kreieren, die für bestimmte Anwendungen nützlich sein können.