Elektrochemische Spannungsquelle – Chemie

7 Hefte · 168 Seiten · Gymnasium, Einführungsphase · Chemie · Hessen · Selbstlernmaterial für zu Hause · 110 kommentierte Lösungen · Stand September 2026Kurzbeschreibung7 Hefte, 168 Seiten, ein Vorgang: Am Anfang steht ein einzelnes Atom mit seinen Elektronen, am Ende eine Zelle, in der ein Elektronenübergang erzwungen wird. Dazwischen bleibt der Punkt dasselbe Zeichen, und jeder Schritt wird gezeichnet und nachgezählt, statt behauptet zu werden.Dieses Material ist nach der geltenden Fassung des hessischen Kerncurriculums für die gymnasiale Oberstufe gebaut — Chemie, Ausgabe 2024, Stand 21.04.2026, Themenfeld E.1 auf S. 35. Das ist erwähnenswert, weil es nicht selbstverständlich ist: Auf den Servern des Landes liegen mehrere Dateien mit Chemie-Kerncurriculum nebeneinander, und die verbreitete ist die ältere. Eine davon trägt nicht einmal ein Standdatum im Dokument.Woran man die beiden unterscheidet, steht in den Heften, damit man es selbst nachsehen kann. Die alte Fassung schreibt „Aufgreifen von Kenntnissen aus der Sekundarstufe I“ und „Erweiterung und Vertiefung von Kenntnissen“; die geltende schreibt beide Male „von Inhalten“. Die alte trägt im Kopf „Hessisches Kultusministerium“, die geltende das Kürzel des heutigen Ministeriums. Die alte schreibt „mit Hilfe des Bohrschen Atommodells“ getrennt und ohne Apostroph, die geltende „mithilfe des Bohr’schen“. Hinter dem Themenfeld steht in der alten Fassung ein Zeitrichtwert in Klammern, in der geltenden keiner. Und die alte Fassung führt bei E.1 zwei und drei Spiegelstriche auf, die geltende drei und sechs.Die vier Spiegelstriche, die dazugekommen sind, sind keine Kleinigkeit: Ionenbindung und Ionengitter, Metallbindung mit dem Elektronengasmodell, die elektrochemische Spannungsreihe mit der Standard-Wasserstoff-Halbzelle und der Berechnung der Zellspannung, und die Elektrolyse an einem Beispiel. Wer nach dem älteren Blatt arbeitet, lässt sie aus. Die Einführungsphase des Schuljahres 2026/27 macht Abitur nach dem Stand, der ab dem Landesabitur 2027 gilt.Der Angelpunkt der Reihe ist ein Vergleich und kein Merksatz. Magnesium mit Sauerstoff steht neben Magnesium mit Chlor: zweimal dieselben zwei Elektronen, zweimal dasselbe Mg²⁺ — einmal mit Sauerstoff im Raum, einmal ohne. Wenn dieselbe Sache mit und ohne Sauerstoff passiert, kann der Sauerstoff nicht das Wesentliche sein. Das steht nicht als Behauptung da, sondern als zwei Zeichnungen nebeneinander, in denen man zählen kann.Was enthalten istHeft 1, Schalen, Ionen und die Oktettregel. Kern, Hülle und Schalen; wie aus einem Atom ein Ion wird, in beide Richtungen als Doppelseite; die Oktettregel mit ihrem Geltungsbereich und ihren Ausnahmen — und die Seiten, die für die ganze Reihe klären, was das Schalenmodell nicht kann. 24 Seiten, 26 Aufgaben, 18 kommentierte Lösungen, 28 Zeichnungen, 33 Wörter in der Wortliste.Heft 2, Was wirklich übergeht. Von der Sauerstoffdefinition zum Elektronenübergang in sieben Schritten, mit dem Vergleich Magnesium mit Sauerstoff gegen Magnesium mit Chlor als Doppelseite; Donator und Akzeptor; Teilgleichungen mit ihren drei Bilanzen. 24 Seiten, 22 Aufgaben, 13 kommentierte Lösungen, 29 Zeichnungen, 28 Wörter in der Wortliste.Heft 3, Ionengitter und Metallbindung. Ionengitter und Metallgitter nebeneinander: Koordination, Gitterenergie, Atomrümpfe und Elektronengas — und die Doppelseite, auf der dieselbe Verschiebung den einen Kristall springen und das andere Metall sich verformen lässt. Hier steht auch der Satz, den Heft 6 braucht: In der Lösung wandern Ionen. 24 Seiten, 23 Aufgaben, 14 kommentierte Lösungen, 11 Zeichnungen, 32 Wörter in der Wortliste.Heft 4, Oxidationszahlen und Redoxgleichungen. Die Methode: die sieben Regeln in der Reihenfolge ihrer Anwendung, die Fälle, in denen sie nicht reichen, das vollständige Verfahren mit Milieu und Zuschauerion — und die Doppelseite, auf der dieselbe Reaktion einmal im Sauren und einmal im Basischen ausgeglichen wird. 24 Seiten, 24 Aufgaben, 17 kommentierte Lösungen, 21 Zeichnungen, 33 Wörter in der Wortliste.Heft 5, Die Redoxreihe der Metalle. Die Reihe wird ermittelt, nicht mitgeteilt: Versuch und Gegenversuch als Doppelseite, die Kreuztabelle, die drei Prüfregeln, mit denen man sie selbst vervollständigt, Donator- und Akzeptor-Paare — und die Seite, die zeigt, dass die Reihenfolge gemessen und nicht hergeleitet ist. 24 Seiten, 23 Aufgaben, 16 kommentierte Lösungen, 14 Zeichnungen, 37 Wörter in der Wortliste.Heft 6, Die elektrochemische Spannungsquelle. Das Daniell-Element, räumlich zerlegt: der Aufbau Teil für Teil, was wohin wandert, der Gedankenversuch ohne Salzbrücke und derselbe mit ihr als Doppelseite, Anode und Kathode gegen Plus und Minus — und fünf Sätze über galvanische Zellen, die nicht stimmen. 24 Seiten, 26 Aufgaben, 18 kommentierte Lösungen, 11 Zeichnungen, 41 Wörter in der Wortliste.Heft 7, Spannungsreihe und Elektrolyse. Der vereinbarte Nullpunkt, die Potentialtafel mit einer zweiten Quellspalte daneben, die vier Handgriffe der Zellspannungsrechnung, das negative Ergebnis als Werkzeug — und die Elektrolyse: dieselbe Apparatur erzwungen, als Doppelseite, mit der Sicherheitssperre auf einer eigenen Seite. 24 Seiten, 21 Aufgaben, 14 kommentierte Lösungen, 12 Zeichnungen, 40 Wörter in der Wortliste.Alle sieben Hefte sind gleich gebaut, und der Aufbau ist der Nutzen. Seite 1 das Deckblatt, Seite 2 der Befund mit Fundstelle und der Tafel der sieben Hefte, Seite 3 die Anleitung zum Alleinarbeiten. Dann die sieben Lernschritte mit den Seiten, die ihre Reichweite absichern; dann die Übungen in drei Stufen, die Lösungen, die Fragensammelseite auf Seite 23 und auf Seite 24 die Wortliste mit den Quellen und den Fehlstellen. Wer ein Heft kennt, findet sich in allen zurecht.In Zahlen, alle am gebauten Material abgezählt: 168 Seiten, 165 Aufgaben — 110 durchnummerierte Übungen in drei Stufen und 55 Aufgaben am Ende der Lernschritte —, 167 Hilfen, 110 kommentierte Lösungen, 126 Zeichnungen, 87 Seiten mit Fragenspalte, 39 Merksätze, 25 Achtung-Kästen, 13 Tipp-Kästen und 29 ausgewiesene Fehlstellen. Die sieben Wortlisten haben zusammen 244 Einträge und erklären 126 verschiedene Begriffe.Jedes Heft liegt zweimal bei: in Farbe und als Graustufenfassung zum Schwarzweißkopieren. Beide sind gesetzt und nicht gerastert — und in beiden ist jeder Elektronenpunkt einzeln zu zählen.Wie geübt und differenziert wirdJedes Heft hat seine Übungen in drei Stufen: sicher werden, anwenden, weiterdenken. Zusammen sind das 110 nummerierte Aufgaben — 45 der Stufe 1, 40 der Stufe 2, 25 der Stufe 3 — und dazu 55 Aufgaben, die unmittelbar an einem Lernschritt hängen und ihre Selbstkontrolle auf derselben Seite haben.Gebaut ist das für die Arbeit zu Hause, und das ist eine schärfere Bedingung als Freiarbeit im Klassenzimmer: Es ist niemand da, den man fragen kann. Zu jeder Aufgabe gehören deshalb eine Hilfe, die vor dem Schreibfeld steht und die man überspringen kann, ohne die Lösung zu sehen; eine kommentierte Lösung, die sagt, was richtig ist, woran man es erkennt und welcher Fehler hier nahe liegt; und eine Selbstkontrolle, die ohne Lehrkraft funktioniert.Zu jeder der 110 nummerierten Aufgaben gehört eine kommentierte Lösung mit Begründung und dem naheliegenden Fehler; 43 Lösungen führen zusätzlich eine zweite richtige Antwort auf, weil eine richtige Antwort, die anders klingt als das Lösungsblatt, sonst für falsch gehalten wird.Die Selbstkontrolle sind drei Proben, die man allein rechnen kann: Stoffbilanz, Ladungsbilanz, Elektronenbilanz. Sie sind keine Faustregel, sondern eine vollständige Prüfung der Rechnung — wer alle drei durchrechnet, hat seine Lösung nicht geraten, sondern bewiesen. Einzelne Hefte legen weitere Proben dazu, wo ihr Gegenstand sie hergibt.Die Fragenspalte steht auf 87 Seiten der Reihe, und jedes Heft hat eine Seite, die die Fragen für die nächste Stunde einsammelt.Was dieses Material von anderem unterscheidetDer zweite belegte Befund ist eine Lücke, und auch sie kann man nachlesen. Das Kerncurriculum der Oberstufe führt „erweiterter Redoxbegriff: Redoxreaktionen als Elektronenübergänge“ unter der Rubrik „Aufgreifen von Inhalten aus der Sekundarstufe I“. Aufgreifen heißt: Die Einführungsphase setzt den Elektronenübergang voraus. Die hessischen Vorgaben der Sekundarstufe I liefern ihn aber nicht. Der Leitfaden Chemie Sekundarstufe I (IQ 2011) definiert auf S. 23 Redoxreaktionen als „Sauerstoffübertragungsreaktionen“ und auf S. 28 „Oxidation als Aufnahme von Sauerstoff“; der Lehrplan Chemie für die Jahrgangsstufen 8 bis 13 kennt das Wort „Elektronenübergang“ gar nicht. Beide Fundstellen stehen in den Heften auf Seite 2.Jedes Heft hat eine solche Doppelseite, und in jedem Heft steht sie an der Stelle, an der zwei Dinge verglichen werden müssen: Kation und Anion, Sauerstoff und Chlor, Ionengitter und Metallgitter, sauer und basisch, der Versuch und sein Gegenversuch, ohne Salzbrücke und mit, dieselbe Zelle von selbst und erzwungen. Zwei Seiten, die nebeneinander gelesen werden wollen, stehen nebeneinander — der Vergleich verliert seine Kraft, wenn man umblättern muss.Elektronen sind in dieser Reihe Punkte, und der Übergang wird gezeichnet und nicht behauptet: Man zählt vorher, man zählt nachher, die Differenz steht am Pfeil. Der Punkt bleibt dabei vom einzelnen Atom über das Ionengitter und das Elektronengas bis zur galvanischen Zelle dasselbe Zeichen. Er wird nie stillschweigend umgedeutet: Wo aus dem Punkt ein Strich wird oder aus Elektronen eine Oxidationszahl, sagt das Heft es an.Keine Aufgabe stützt sich auf eine Farbe. Die Graustufenfassung liegt bei, und in ihr bleiben die Elektronenpunkte einzeln zählbar — geprüft ist das nicht am Bildschirm, sondern an einer echten Graustufenkopie, Zeichnung für Zeichnung.Jede Gleichung im Material ist nachgerechnet, bevor sie gedruckt wird, und zwar bei jedem Bau erneut: 66 geprüfte Gleichungen und 3 Disproportionierungen gehen durch Stoff-, Ladungs- und Elektronenbilanz, die Kreuztabelle der Metallabscheidungen durch eine Widerspruchsprüfung, jede Zellspannung gegen die Potentialtafel. Eine Zeichnung, deren Bilanz nicht aufgeht, entsteht gar nicht erst — die Zeichenmaschine weigert sich.Und es liegt nichts außerhalb. Kein Schulbuch, kein Periodensystem, keine Tabelle, die nicht beiliegt: Jede Angabe, die eine Aufgabe braucht, steht vorher im Heft oder in der Aufgabe selbst. Geprüft wird das bei jedem Bau maschinell — eine Aufgabe darf kein Fachwort benutzen, das im Heft noch nicht erklärt ist.Auf jeder Lernweg- und jeder Übungsseite läuft am Rand eine schmale Spalte „Meine Frage dazu“ mit, an derselben Stelle und in derselben Form. Seite 23 jedes Hefts sammelt die Fragen ein: eine Seite, auf der man zusammenträgt, was offen geblieben ist, mit Platz für die Seitenzahl daneben — und mitbringt.Einmal in jedem Heft steht ausdrücklich, dass eine offene Frage kein Zeichen von Unvermögen ist, sondern die Stelle, an der die nächste Stunde anfängt. Wer allein zu Hause arbeitet, braucht diesen Satz.Die Achtung-Kästen kommen aus der Fehlvorstellungsforschung und nicht aus dem Bauchgefühl. Der Forschungsüberblick von Goes u. a. 2020 wertet 54 Arbeiten aus; der häufigste begriffliche Stolperstein ist das Verständnis des Elektronenübergangs selbst, genannt in 15 der 54 Quellen. Brandriet und Bretz 2014 fanden bei N = 1 593 Lernenden in den USA, dass rund 70 % das Aufbrechen einer Bindung für einen Elektronenübergang halten und 28 bis 31 % Oxidation und Reduktion vertauschen.Deutsche quantifizierte Daten dazu wurden nicht gefunden, und das steht in den Heften dabei. Wo eine Erhebung eine deutsche Stichprobe hat — rund 16 000 Befragte der Jahrgangsstufen 11 bis 13 zu der Frage, was in der Lösung wandert —, stehen Design und Stichprobe im Heft und der Anteil nicht, weil er in den geprüften Quellen nicht steht.Was hier fehlt, fehlt mit Absicht: kein Rätselgitter, kein Ausmalbild, keine Seite, die nur Platz füllt. Jede Seite, die etwas zeigen kann, zeigt es auch, und jede Zeichnung gehört zu einer Aufgabe oder zu einem Schritt.Die Grenzen, und warum sie hier stehenWas diese Hefte nicht behaupten, steht in denselben Heften wie das, was sie behaupten — und in diesem Text vor dem Kauf, nicht dahinter. Jedes Modell bekommt seine Reichweite genannt: Ein Heft, das eine Vorstellung aufbaut, sagt, wie weit sie trägt.Der Satz, der das trägt, steht wörtlich in der Quelle und in Heft 3: Ein Modell kann eine ganze Serie richtiger Vorhersagen liefern und in seinen Grundannahmen trotzdem falsch sein. Deshalb bekommt in dieser Reihe das Schalenmodell seine Bruchstellen genannt, das Elektronengasmodell seine — es erklärt, warum ein Metall glänzt, aber nicht, warum Kupfer kupferfarben ist — und die Elektronenvorstellung ihre: Bei Molekülen wandert kein Elektron ganz hinüber.Die Oktettregel erklärt ausgerechnet die Arbeitsmetalle dieser Reihe nicht. Zink, Kupfer und Silber erreichen als Ionen keine Edelgaskonfiguration; ihre Ladungen sind gemessen und nicht aus der Regel abgeleitet. Heft 1 sagt das auf einer eigenen Seite, und die Folge wird bis Heft 7 durchgezogen: Diese drei Metalle bekommen in keinem Heft der Reihe ein Punktbild ihrer Valenzelektronen — die Zeichenmaschine weigert sich, eines zu zeichnen.Die Zweckerklärung „Atome wollen eine volle Außenschale“ wird nicht einmal, sondern zweimal richtiggestellt, in Heft 1 und wieder in Heft 3. Der Grund steht im Heft: In einer Längsschnittstudie fielen 8 von 8 Lernenden in diese Erklärung zurück, obwohl sie vorher elektrostatisch unterrichtet worden waren. Acht Befragte sind acht Befragte — eine Prozentzahl gibt es dazu nicht und wird nicht erfunden.Die Redoxreihe der Metalle ist gemessen und nicht hergeleitet. Das Elektronengasmodell erklärt, dass ein Metall Elektronen abgeben kann; es erklärt nicht, warum Zink das lieber tut als Kupfer. In dieser Reihe ist die Reihenfolge deshalb ein Versuchsbefund, und Heft 5 zeigt das mit zwei Zeichnungen nebeneinander, in denen das Modell für beide Metalle dasselbe sagt.Null Volt ist gesetzt und nicht gemessen. Die Standard-Wasserstoff-Halbzelle ist ein vereinbarter Nullpunkt; messbar sind nur Differenzen, und das Platin tut dabei nichts — womit nebenbei die dokumentierte Fehlvorstellung abgeräumt ist, inerte Elektroden würden oxidiert. Warum ausgerechnet der Wasserstoff für diesen Nullpunkt gewählt wurde, steht in den geprüften Quellen nicht, und diese Fehlstelle steht als Fehlstelle im Heft.Kein Heft enthält eine Versuchsanleitung zum Nachmachen. Wo ein Versuch vorkommt, steht die Beobachtung im Heft und ausgewertet wird sie — das Rechnen mit Bilanzen ist am Küchentisch gefahrlos, das Hantieren mit Metallsalzlösungen nicht, und ein Haushalt hat keinen Schwermetallabfall.Eine Sperre ist namentlich, weil eine allgemeine Warnung hier fahrlässig wäre: Die Elektrolyse von Kochsalzlösung erzeugt Chlor. Sie braucht keine gekaufte Chemikalie — Salz, Wasser, eine Batterie — und kursiert als harmloses Küchenexperiment. Chlor ist nach der Richtlinie zur Sicherheit im Unterricht nicht einmal als Schülerversuch in der Schule zulässig. Heft 7 nennt den Versuch beim Namen und sagt, warum er nicht gemacht wird.Und was in keinem der sieben Hefte steht, weil es in den geprüften Quellen nicht steht: kein Zeitrichtwert für das Themenfeld, keine Prozentzahl zum Ionencharakter von Magnesiumoxid, keine Packungsdichte und keine Gitterenergie, keine deutsche Prozentzahl zu Fehlvorstellungen, keine Zersetzungs- und keine Überspannung — und keine Seitenzahl des Kerncurriculums außer der einen, die dreifach bestätigt ist. Wo eine Angabe fehlt, steht die Fehlstelle: 29 sind es in den sieben Heften zusammen.Und über die Wirkung des Selbstlernformats behaupten diese Hefte nichts. Für Selbstlernhefte als Ganzes gibt es keinen Wirksamkeitsnachweis. Belegt sind Einzelmerkmale, alle aus zweiter Hand und fachfremd erhoben: ausgearbeitete Lösungsbeispiele mit g = 0,48, Feedback mit d = 0,48, dabei 17 % negative Effekte.Ein Befund spricht sogar gegen die eigene Bauweise, und er steht trotzdem in den Heften: Selbsterklärungsaufforderungen moderieren in einer Metaanalyse negativ, mit −0,24. Das ist der Grund, warum hier kein Satz über die Wirkung dieser Hefte steht.Für wen und wannFür die Einführungsphase am Gymnasium in Hessen, Themenfeld E.1 — und für jede andere Oberstufe, die vom Sauerstoffbegriff der Mittelstufe zum Elektronenübergang kommen muss; die Fundstellen sind hessisch, der Gegenstand ist es nicht.Für die ganze Behandlung des Themenfelds oder für einzelne Abschnitte daraus. Wer die Reihe im Unterricht führt, kann einzelne Hefte als Vorarbeit, als Nacharbeit oder als Differenzierung nach oben ausgeben.Als Material für zu Hause: zum Vorarbeiten vor der Reihe, zum Nachholen nach einem Fehltag, zur Vorbereitung auf eine Klausur, für eine Vertretungsstunde mit einer einzelnen Seite, für Freiarbeit. Jede Doppelseite und jede Übungsseite ist auch einzeln einsetzbar.Einordnung in die ReiheJedes Heft der Reihe ist für sich bearbeitbar. Wo ein Heft etwas aus einem früheren voraussetzt, frischt es das in wenigen Zeilen auf und nennt Heft und Seite — nicht als Wiederholung, sondern als Einstiegsschwelle. Die sieben zusammen decken das Themenfeld E.1 nach der geltenden Fassung vollständig ab.Die Reihenfolge der sieben ist nicht beliebig. Die tragende Nahtstelle: Heft 3 muss geliefert haben, dass in der Lösung Ionen wandern und keine Elektronen, bevor Heft 6 die Salzbrücke braucht. Die Fehlvorstellung „Elektronen fließen durch die Lösung“ ist an rund 16 000 deutschen Lernenden der Jahrgangsstufen 11 bis 13 erhoben; die Reihe räumt sie ab, bevor die galvanische Zelle sie provoziert.Die Reihenleiste in der Fußzeile jeder Seite zeigt, das wievielte von 7 Heften man in der Hand hat — als Marken und ausgeschrieben daneben. Jedes Heft hat seine eigene Leitfarbe; die sieben Farben sind gerechnet und nicht gewählt, damit sie im Regal nebeneinander auseinanderzuhalten sind und keine von ihnen den beiden Farben nahekommt, die in den Zeichnungen etwas bedeuten: das Teilchen, das abgibt, und das, das aufnimmt.

Klassenstufen: EF (10./11. Jhg.), Q1 (11./12. Jhg.)