Atommodelle & Atombau III: Periodensystem, Elementfamilien & Bohrs Schalenmodell

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 StolperstellenBegleitfolien für Rückblick, Stundenfrage, Erarbeitung, Sicherung und AbschlussArbeitsblatt „Bohrs Schalenmodell untersuchen“ mit MusterlösungArbeitsblatt „Haben wir schon eine gültige Regel gefunden?“ mit Übungs- und Weiterdenken-Aufgaben sowie MusterlösungPeriodensystem der Elemente, Version 2 für den Anfangsunterricht ChemieDas 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 ReiheDiese 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.

Klassenstufen: 8-9. Klasse

Diese vollständig ausgearbeitete Unterrichtseinheit erschließt die Ordnung im Periodensystem über die Eigenschaften ausgewählter Elemente. Die Lernenden entdecken Elementfamilien, lernen Hauptgruppen und Perioden als grundlegende Ordnungsstrukturen kennen und wenden das Periodensystem anschließend zunehmend selbstständig an.Ausgangspunkt ist die Frage, warum die Elemente im Periodensystem eigentlich genau an ihren jeweiligen Stellen stehen. Statt die Ordnung direkt vorzugeben, entwickeln die Lernenden zunächst selbst Ordnungsideen: In Partnerarbeit vergleichen sie Elementkarten, untersuchen Gemeinsamkeiten und Unterschiede und bilden begründete Gruppen. Anschließend vergleichen sie ihre eigene Ordnung mit dem Periodensystem und erkennen, dass Elemente mit ähnlichen Eigenschaften dort häufig untereinander angeordnet sind.Darauf aufbauend werden die beobachteten Gruppen fachlich als Elementfamilien eingeführt. Am Beispiel von Alkalimetallen, Erdalkalimetallen, Halogenen und Edelgasen untersuchen die Lernenden typische Eigenschaften und ordnen die Familien den entsprechenden Hauptgruppen zu. Die besondere Stellung des Wasserstoffs bietet dabei Anlass, einfache Ordnungsregeln nicht nur anzuwenden, sondern auch kritisch zu prüfen und anhand von Stoffeigenschaften zu begründen.Im weiteren Verlauf erschließen die Lernenden Hauptgruppen und Perioden als zentrale Strukturen des Periodensystems. Sie untersuchen den Aufbau der ersten vier Perioden, formulieren Regelmäßigkeiten und verknüpfen die neu gewonnenen Kenntnisse mit bereits bekannten Informationen wie Atomsymbol, Ordnungszahl und Massenzahl. Abschließend bestimmen sie für verschiedene Elemente Atomsymbol, Ordnungszahl, Massenzahl, Hauptgruppe und Periode.Das enthaltene Periodensystem Version 2 ist für den Anfangsunterricht Chemie reduziert und stellt die für die Aufgaben benötigten Informationen übersichtlich dar. Bilder und Alltagsbezüge erleichtern den Zugang zu ausgewählten Elementen und ihren Eigenschaften.Die Einheit ermöglicht eine Differenzierung nach Bearbeitungstiefe, Anforderungsniveau und Arbeitstempo. Satzstarter, strukturierte Sortierkarten und eine schrittweise Aufgabenprogression unterstützen Lernende beim Erreichen der grundlegenden Lernziele. Zwei zusätzliche Weiterdenken-Aufgaben ermöglichen eine passende Vertiefung: Während eine Aufgabe die Ordnung des Periodensystems noch einmal erklärend anwenden und festigen lässt, fordert die Aufgabe zu Mendelejews Lücken eine anspruchsvollere Transferleistung. Die Lernenden erklären dabei, wie die erkannte Ordnung des Periodensystems die Vorhersage noch unbekannter Elemente ermöglichte.Die Unterrichtseinheit ist klar strukturiert, direkt einsetzbar und als Baustein der Reihe „Atommodelle und Atombau“ angelegt. Der Erkenntnisweg führt vom eigenständigen Ordnen ausgewählter Elemente über die Entdeckung von Elementfamilien bis zum Verständnis von Hauptgruppen und Perioden als Ordnungsstrukturen des Periodensystems.Enthalten sind:Lehrerhinweise mit Lernzielen, Ablauf, Differenzierung, Hinweisen zur Durchführung und typischen StolperstellenBegleitfolien für Rückblick, Problemfrage, Erarbeitung, Sicherung und AnwendungArbeitsblatt „Eine Ordnung im Periodensystem entdecken“ mit MusterlösungArbeitsblatt „Die Ordnung im Periodensystem verstehen“ mit MusterlösungSortierkarten zu ausgewählten Elementen und ihren EigenschaftenPeriodensystem der Elemente, Version 2 für den Anfangsunterricht Chemie„Weiterdenken – Die Ordnung im Periodensystem“ mit zwei differenzierten Aufgaben und MusterlösungDas Material eignet sich für den Chemieunterricht in Klasse 8 und kann sowohl als eigenständige Unterrichtseinheit zum Periodensystem als auch innerhalb einer Reihe zu Atommodellen und Atombau eingesetzt werden.Einordnung in die ReiheDiese Unterrichtseinheit ist Teil der Reihe „Atommodelle und Atombau“ und schließt an die Untersuchung des Aufbaus des Atoms an. Nachdem die Lernenden Protonen, Neutronen und Elektronen sowie Ordnungszahl und Massenzahl genutzt haben, um einzelne Atome genauer zu beschreiben, richtet sich der Blick nun auf die übergeordnete Ordnung der Elemente im Periodensystem.Die Lernenden erkennen zunächst auf der Ebene der Stoffeigenschaften, dass Elemente nicht zufällig angeordnet sind, sondern sich ähnliche Eigenschaften regelmäßig wiederfinden. Elementfamilien, Hauptgruppen und Perioden bilden damit die Grundlage für ein zunehmend systematisches Verständnis des Periodensystems.Im Anschluss wird diese zunächst über Eigenschaften erschlossene Ordnung mit dem Schalenmodell nach Bohr auf der Ebene des Atomaufbaus weitergeführt. Der Blick richtet sich dabei auf die Anordnung der Elektronen in der Atomhülle und schafft die Grundlage dafür, die zuvor beobachteten Regelmäßigkeiten im Periodensystem später über den Aufbau der Atome zu erklären.

Klassenstufen: 8-9. Klasse