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Photochromie, Solvatochromie, molekulare Schalter

Photochromie, Solvatochromie, molekulare Schalter

09.02.2021

INFO für Lehrerinnen und Lehrer: Unter dem folgenden Link finden Sie eine Unterseite mit digitalen Materialien zum o.g. Thema. Die adressierten Fachinhalte und lehrplankonformen Inhaltsfelder sind in dem Textblock unter den Versuchen und den Links zu den einzelnen Materialiengruppen angegeben.


Photochromie und Solvatochromie bei der Lichtabsorption und -emission:


https://chemiemitlicht.uni-wuppertal.de/de/experimente/photochromie-solvatochromie-intelligente-folie.html#c16784


KICK OFF für Schülerinnen und Schüler: LED statt Gasbrenner! - Mehr Licht im Chemieunterricht! So lautet der provokante Titel eines Aufsatzes in der Zeitschrift „Chemie in unserer Zeit“, die im Internet für Schülerinnen und Schüler frei zugänglich ist. Die Forderung im Titel ist übertrieben, aber sie weist darauf hin, dass viele Reaktionen, bei denen der Gasbrenner keine Chance hat, mit Licht angetrieben werden können. Daher muss der Einsatz von Licht mit den Energieformen Wärme und elektrischer Energie bei Experimenten im Chemieunterricht gleichziehen. Es sind Experimente, bei denen sich unsere Einsicht in abiturrelevante Themen wie Energetik chemischer Reaktionen, Isomerie, Relation Struktur/Eigenschaften und chemische Gleichgewichte erweitert. Die Experimente mit Licht eröffnen uns aber auch den Blick für „intelligente“ Materialien und Verfahren, die klimafreundliche und nachhaltige Anwendungen in der Technik möglich machen.


Im learning@home können Schülerinnen und Schüler sich mithilfe der Experimente in Videos und Lehrfilmen für entsprechende Realexperimente „warm laufen“ und schon mal wichtige Einblicke in die theoretischen Konzepte gewinnen. Sie können dabei in folgenden Schritten vorgehen:


1. Erkunden Sie den unten verlinkten Lehrfilm und schreiben Sie 10 Fachbegriffe auf, die Nuno bei seinen Erklärungen verwendet. Unterstreichen sie jene, die Ihnen bereits bekannt waren. Erläutern Sie, warum die Isomere Spiropyran und Merocyanin einen photoaktiven molekularen Schalter bilden.


Lehrfilm: AN und AUS mit Licht - Ein photoaktiver molekularer Schalter


2. Erkunden Sie in der unten verlinkten Modellanimation, das Modul mit den Strukturmodellen von Spiropyran und Merocyanin. Erläutern Sie jeweils die Vor- und Nachteile der drei Modelldarstellungen: a) Strukturformeln (Struktursymbole), b) Stäbchenmodelle und c) Kalottenmodelle.


Modellanimationen: Photostationarität und Strukturmdelle von Spiropyran und Merocyaanin


3. Der unten verlinkte Lehrfilm enthält Experimente, die das Phänomen der Solvatochromie zeigen. Sebastian erklärt dem interessierten Niklas, wie es dazu kommt und bringt es am Ende so auf den Punkt: „Die Nano-Umgebung macht’s“. Erläutern Sie dies am Beispiel von Merocyanin in den drei Lösemitteln Toluol, Aceton und Ethanol ausführlich.


Lehrfilm: Ein chemisches Chamäleon - Molekulare Umgebung und Solvatochromie


4. Erschließen Sie die Reaktionswege der photochemischen und der thermischen Reaktionen mithilfe des Energiediagramms und des Textes von S. 259 in dem unten verlinkten Unterrichtsbaustein und erläutern Sie, den grundlegenden Unterschied der beiden Reaktionswege.


Unterrichtsbaustein: Chamäleon-Farben – Photochromie und molekulare Schalter


5. Führen Sie Simulationen von chemischen Gleichgewichten und photostationären Zuständen bei unterschiedlichen Temperaturen und Bestrahlungsbedingungen (ohne und mit Licht verschiedener Wellenlängen) mithilfe der unten verlinkten Modellanimation durch. Fassen Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede in je einem Satz zusammen.


Modellanimation: Photostationarität im Teilchenmodell und im Kontinuummodel


6. Die Experimente im unten verlinkten Lehrfilm offenbaren einen wichtigen Unterschied zwischen photochemischen und thermischen Reaktionen, der bisher noch nicht deutlich wurde, hier aber von Yasemin für Niklas erklärt wird. Erschließen Sie den Film und formulieren Sie die Kernaussage.


Lehrfilm: Ungleiche Gleichgewichte - Thermodynamisches Gleichgewicht vs. photostationärer Zustand


7. In dem unten verlinkten Unterrichtsbaustein und in der Modellanimation wird auf ein photostationäres Gleichgewicht in der Lufthülle unseres Planeten eingegangen, das Leben in Bodennähe entscheidend ist. Erläutern Sie, worum es sich handelt und warum es in den vergangenen Jahrzehnten zu gefährlichen Störungen kam.


Unterrichtsbaustein: 3 mm Ozon - der Filter für’s Leben


Modellanimation: Stratosphärischer Chapman-Zyklus


 


Detaillierte Informationen von Prof. Tausch finden Sie im Anhang.



Produzent
Prof. Dr. Michael W. Tausch
Chemie und ihre Didaktik
Bergische Universität Wuppertal
42119 Wuppertal
Gaußstraße 20
mtausch@uni-wuppertal.de




Datei-Anhänge:

0-Workshop Photo-MINT_cml_5_Sek.II__3.3.2021.docx
0-Workshop Photo-MINT_cml_5_Sek.II__3.3.2021.pdf



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