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Diese vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit führt das Schalenmodell nach Bohr ein und verknüpft den Aufbau der Atomhülle mit der zuvor erschlossenen Ordnung im Periodensystem. Die Lernenden untersuchen Schalenmodelle ausgewählter Atome und entdecken schrittweise, wie die Anzahl der besetzten Schalen mit der Periode und die Anzahl der Außenelektronen mit der Hauptgruppe zusammenhängt.
Ausgangspunkt ist die Frage, ob sich die Ordnung im Periodensystem durch den Aufbau der Atomhülle erklären lässt. Nach einem Rückblick auf den Atomaufbau und die bereits bekannten Elementfamilien, Hauptgruppen und Perioden wird das Schalenmodell nach Bohr als neue Modellvorstellung eingeführt: Elektronen befinden sich nicht beliebig in der Atomhülle, sondern auf Schalen um den Atomkern.
Die Lernenden lesen zunächst ein Schalenmodell und bestimmen Protonenzahl, Elektronenzahl, Anzahl der besetzten Schalen und Außenelektronen. Anschließend vergleichen sie das Modell mit der Stellung des Elements im Periodensystem und entwickeln eine erste Vermutung über mögliche Zusammenhänge. Durch den systematischen Vergleich verschiedener Atome innerhalb einer Periode und ausgewählter Hauptgruppen überprüfen und präzisieren sie ihre Vermutungen.
Dabei erkennen die Lernenden: Die Anzahl der besetzten Schalen entspricht der Periode im Periodensystem. Die Anzahl der Außenelektronen entspricht bei den betrachteten Hauptgruppenelementen in der Regel der Hauptgruppe.
Elemente einer Hauptgruppe besitzen damit gleich viele Außenelektronen. Die zuvor auf der Ebene der Stoffeigenschaften entdeckte Ordnung im Periodensystem wird so erstmals mit dem Aufbau der Atomhülle verknüpft.
Eine weiterführende Untersuchung von Wasserstoff, Helium, Lithium und Neon fordert die Lernenden dazu auf, die gefundenen Regeln kritisch zu prüfen. Am Sonderfall Helium erkennen sie, dass die erste Schale bereits mit zwei Elektronen vollständig besetzt ist. Daraus wird die Regel präzisiert und zugleich die Bedeutung voll besetzter Außenschalen vorbereitet.
Im anschließenden Übungsteil wenden die Lernenden die erarbeiteten Regeln auf verschiedene Elemente an. Sie bestimmen Elektronenzahlen und Schalenbesetzungen mithilfe des Periodensystems und zeichnen einfache Schalenmodelle selbst. Eine zusätzliche Weiterdenken-Aufgabe überträgt die erarbeiteten Regeln auf Kalium und Calcium und erweitert den Blick auf die vierte Periode.
Das enthaltene Periodensystem Version 2 ist für den Anfangsunterricht Chemie reduziert und stellt die für die Aufgaben benötigten Ordnungs- und Massenzahlen sowie Hauptgruppen und Perioden übersichtlich zur Verfügung.
Die Einheit bietet unterschiedliche Zugänge und Anforderungsniveaus. Vorgegebene Schalenmodelle, Satzstarter, Wortbank, Lückensätze, tabellarische Darstellungen und eine schrittweise Aufgabenprogression unterstützen Lernende beim Erreichen der grundlegenden Lernziele. Weiterführende Aufgaben ermöglichen die vertiefte Auseinandersetzung mit dem Sonderfall Helium sowie den Transfer auf Kalium und Calcium.
Die Unterrichtseinheit ist klar strukturiert, direkt einsetzbar und als Baustein der Reihe „Atommodelle und Atombau“ angelegt. Der Erkenntnisweg führt vom Lesen einzelner Schalenmodelle über die selbstständige Entdeckung und Prüfung von Regelmäßigkeiten bis zur Anwendung des Schalenmodells auf weitere Atome.
Enthalten sind:
Lehrerhinweise mit Lernzielen, Ablauf, Differenzierung, Hinweisen zur Durchführung und typischen Stolperstellen
Begleitfolien für Rückblick, Stundenfrage, Erarbeitung, Sicherung und Abschluss
Arbeitsblatt „Bohrs Schalenmodell untersuchen“ mit Musterlösung
Arbeitsblatt „Haben wir schon eine gültige Regel gefunden?“ mit Übungs- und Weiterdenken-Aufgaben sowie Musterlösung
Periodensystem der Elemente, Version 2 für den Anfangsunterricht Chemie
Das Material eignet sich für den Chemieunterricht in Klasse 8 und kann sowohl als eigenständige Unterrichtseinheit zum Schalenmodell nach Bohr als auch innerhalb einer Reihe zu Atommodellen und Atombau eingesetzt werden.
Einordnung in die Reihe
Diese Unterrichtseinheit ist Teil der Reihe „Atommodelle und Atombau“ und schließt unmittelbar an die Einheit zur Ordnung im Periodensystem und zu den Elementfamilien an. Nachdem die Lernenden dort Elementfamilien anhand gemeinsamer Stoffeigenschaften entdeckt und Hauptgruppen und Perioden als Ordnungsstrukturen kennengelernt haben, wird nun untersucht, wie sich diese Ordnung mit dem Aufbau der Atomhülle erklären lässt.
Mithilfe des Schalenmodells nach Bohr erkennen die Lernenden, dass die Stellung eines Hauptgruppenelements im Periodensystem mit seiner Elektronenanordnung zusammenhängt: Die Periode gibt die Anzahl der besetzten Schalen an, während die Hauptgruppe in der Regel mit der Anzahl der Außenelektronen zusammenhängt. Der Sonderfall Helium führt zugleich zur Erkenntnis, dass eine vollständig besetzte Außenschale besonders stabil ist.
Damit schafft die Einheit die Grundlage für die weitere Auseinandersetzung mit Außenelektronen, Edelgaskonfiguration, Ionenbildung, Reaktionsverhalten und chemischen Bindungen.
Dieses Materialpaket verbindet zwei aufeinander aufbauende Unterrichtseinheiten zur Ordnung im Periodensystem und zum Schalenmodell nach Bohr. Die Lernenden entdecken zunächst Elementfamilien sowie Hauptgruppen und Perioden als Ordnungsstrukturen des Periodensystems. Anschließend untersuchen sie die Atomhülle und erkennen mithilfe des Schalenmodells nach Bohr, wie die zuvor entdeckten Regelmäßigkeiten mit der Elektronenanordnung der Atome zusammenhängen.So führt das Paket von der Ordnung der Elemente anhand ihrer Eigenschaften zur ersten Erklärung dieser Ordnung auf Teilchenebene. Die Lernenden arbeiten dabei entdeckend, vergleichen und begründen Zusammenhänge, prüfen gefundene Regeln am Sonderfall Helium und wenden das Schalenmodell auf verschiedene Atome an.Beide Einheiten enthalten gestufte Aufgaben, Unterstützungsangebote und Weiterdenken-Aufgaben für unterschiedliche Lernvoraussetzungen. Das Paket eignet sich für den Chemieunterricht in Klasse 8/9 und bildet innerhalb der Reihe „Atommodelle und Atombau“ die Brücke vom grundlegenden Aufbau des Atoms zu späteren Inhalten rund um Außenelektronen, Reaktionsverhalten und Bindungen.Enthalten sind:Lehrerhinweise zu beiden UnterrichtseinheitenBegleitfolienArbeitsblätter mit MusterlösungenElementkarten zum Sortieren und VergleichenPeriodensystem Version 2 für den Anfangsunterricht ChemieWeiterdenken-Aufgaben zur Vertiefung und zum TransferEnthaltene Unterrichtseinheiten:1. Ordnung im Periodensystem – Elementfamilien entdecken & verstehenElementfamilien anhand gemeinsamer Eigenschaften entdecken, Hauptgruppen und Perioden erschließen und das Periodensystem anwenden.2. Schalenmodell von Bohr – untersuchen & verstehenSchalenmodelle untersuchen und die Zusammenhänge zwischen Periode und Schalen sowie Hauptgruppe und Außenelektronen erschließen.
Klassenstufen: 8-9. Klasse
Dieses umfangreiche Materialpaket enthält die vollständige Unterrichtsreihe „Atommodelle und Atombau“ für den Chemieunterricht in Klasse 8/9. Die Reihe führt vom grundlegenden Modellbegriff über die historischen Atommodelle von Dalton, Thomson und Rutherford bis zum Aufbau des Atoms, zur Ordnung im Periodensystem und zum Schalenmodell nach Bohr.Die Lernenden entwickeln ihr Verständnis schrittweise: Sie erfahren zunächst, warum Modelle in den Naturwissenschaften benötigt werden, erschließen anschließend die Weiterentwicklung verschiedener Atommodelle und untersuchen Protonen, Neutronen und Elektronen. Darauf aufbauend entdecken sie Elementfamilien sowie Hauptgruppen und Perioden im Periodensystem und erklären schließlich mithilfe des Schalenmodells nach Bohr erste Zusammenhänge zwischen der Stellung eines Elements und dem Aufbau seiner Atomhülle.Die Reihe ist als durchgängiger Lernpfad konzipiert. Neue Erkenntnisse entstehen jeweils aus Fragen und Grenzen des zuvor erarbeiteten Modells und werden in den folgenden Einheiten wieder aufgegriffen. So entwickelt sich das Verständnis vom abstrakten Modellbegriff schrittweise bis zur Struktur der Atomhülle.Enthalten sind sieben aufeinander aufbauende Unterrichtseinheiten:Modellbegriff und Blackbox-ForschungDalton und Einführung ins PeriodensystemThomson und die elektrische Ladung im AtomRutherford und das Kern-Hülle-ModellAufbau des Atoms – Protonen, Neutronen & ElektronenDie Ordnung im PSE – Elementfamilien entdecken & verstehenSchalenmodell von Bohr – untersuchen & verstehenEnthalten sind ausführliche Lehrerhinweise, Begleitfolien, Arbeitsblätter mit Musterlösungen, Experimentier- und Blackbox-Aufträge, Elementkarten, differenzierende Weiterdenken-Aufgaben sowie ein für den Anfangsunterricht reduziertes Periodensystem.Das Gesamtpaket eignet sich für eine zusammenhängende Unterrichtsreihe in Klasse 8/9. Die einzelnen Bausteine können zugleich flexibel ausgewählt und in bestehende Unterrichtsplanungen integriert werden.
Klassenstufen: 8-9. Klasse
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