Chemie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Chromophore und Auxochrome

Chromophore und Auxochrome sind abstrakte Konzepte, die für Schüler nur durch aktive Modellierung und Experiment greifbar werden. Die Kombination aus Stationenrotation, digitalen Simulationen und Chromatographie ermöglicht es den Lernenden, die elektronischen Effekte direkt zu beobachten und zu deuten.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: SEC-II-FW
• KMK: SEC-II-KK

• 30–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Concept-Mapping
• 45 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Bathochromie beobachten

Richten Sie Stationen mit Basis-Chromophor und Auxochrom-Varianten ein, z. B. Anilin-Derivate in Lösung. Schüler messen Farbveränderungen visuell und notieren λ_max-Schätzungen. Rotieren Sie Gruppen alle 10 Minuten und lassen Sie sie Vorhersagen diskutieren.

Wie verschieben Substituenten die Farbe eines Moleküls?

Moderationstipp

Lassen Sie die Schüler während der Stationenrotation Hypothesen zu den erwarteten Farbverschiebungen aufstellen und diese nach jedem Experiment überprüfen.

Worauf zu achten ist

Lassen Sie die Schüler auf einem Arbeitsblatt die Struktur eines gegebenen Farbstoffmoleküls zeichnen. Sie sollen die Chromophore und potenzielle Auxochrome identifizieren und begründen, ob eine bathochrome Verschiebung zu erwarten ist.

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Aktivität 02

• Concept-Mapping
• 30 Min. · Partnerarbeit

Molekülmodellierung: Auxochrom-Effekte

Schüler bauen Chromophor-Modelle mit Kugeln und Stäben, fügen Auxochrome hinzu und vergleichen Delokalisierung. Diskutieren Sie in Paaren, wie freie Paare die Konjugation verlängern. Fotografieren Sie Modelle zur Präsentation.

Welche Rolle spielen freie Elektronenpaare bei der Farbtiefe?

Moderationstipp

Fordern Sie die Schüler bei der Molekülmodellierung auf, HOMO-LUMO-Diagramme zu skizzieren und die Energiestufen vor und nach dem Auxochrom-Einbau zu vergleichen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Warum sind manche Moleküle farbig und andere nicht?' Leiten Sie eine Diskussion, in der die Schüler die Rolle von konjugierten Systemen und freien Elektronenpaaren erklären und Beispiele für farbige und farblose Substanzen nennen.

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Aktivität 03

• Concept-Mapping
• 50 Min. · Kleingruppen

TLC-Analyse: Farbstoff-Varianten

Bereiten Sie TLC-Platten mit unverändertem und substituiertem Farbstoff vor. Schüler tragen Proben auf, entwickeln und messen Rf-Werte als Proxy für Polarität und Bathochromie. Interpretieren Sie Ergebnisse gemeinsam.

Was charakterisiert ein Witt-Farbstoffsystem?

Moderationstipp

Achten Sie bei der TLC-Analyse darauf, dass die Schüler die Flecken nicht nur vergleichen, sondern auch die Laufweite mit der Struktur der Farbstoffe verknüpfen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler eine Karte mit der Abbildung eines einfachen Moleküls. Die Schüler sollen auf der Rückseite notieren, ob das Molekül wahrscheinlich farbig ist und warum, oder welche Art von Substituenten hinzugefügt werden müsste, um es farbig zu machen.

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Aktivität 04

• Concept-Mapping
• 35 Min. · Partnerarbeit

Spektren-Simulation: Smartphone-App

Nutzen Sie eine App zur Spektralanalyse von Lebensmittelfarben mit/ohne Auxochrome. Schüler scannen Lösungen, plotten Kurven und identifizieren Verschiebungen. Erstellen Sie eine Klassen-Tabelle mit Ergebnissen.

Wie verschieben Substituenten die Farbe eines Moleküls?

Worauf zu achten ist

Lassen Sie die Schüler auf einem Arbeitsblatt die Struktur eines gegebenen Farbstoffmoleküls zeichnen. Sie sollen die Chromophore und potenzielle Auxochrome identifizieren und begründen, ob eine bathochrome Verschiebung zu erwarten ist.

• Verstehen
• Analysieren
• Erschaffen
• Selbstwahrnehmung
• Selbststeuerung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Visualisierungen und Modelle sind hier zentral, da die Farbentstehung auf elektronischen Übergängen beruht. Vermeiden Sie Frontalunterricht zu den theoretischen Grundlagen, da die Schüler die Zusammenhänge besser durch eigenes Ausprobieren begreifen. Nutzen Sie gezielte Impulsfragen, um die Schüler zur Reflexion anzuregen, z.B. 'Warum ändert sich die Farbe, wenn ihr das Auxochrom austauscht?'

Am Ende der Einheit können die Schüler Chromophore und Auxochrome in Molekülstrukturen identifizieren und die bathochrome Verschiebung durch freie Elektronenpaare erklären. Sie argumentieren sachlich, ob ein Molekül farbig ist und wie Substituenten die Farbe beeinflussen.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Stationenrotation zur Bathochromie-Beobachtung könnte geäußert werden: 'Jedes Auxochrom verursacht immer Bathochromie.'

  Fordern Sie die Schüler auf, in der Station mit Auxochrom-Varianten gezielt nach Hypsochromie zu suchen. Nutzen Sie die bereitgestellten Farbstoffproben mit Nitrogruppen oder Carbonylresten, um Gegenbeispiele zu finden und die Aussage zu widerlegen.

• Während der TLC-Analyse von Farbstoff-Varianten könnte die Annahme entstehen: 'Farbe entsteht nur durch Chromophore, Auxochrome sind nebensächlich.'

  Lenken Sie die Schüler dazu, die Laufunterschiede zwischen den Proben zu vergleichen und gezielt zu fragen, warum die Rf-Werte trotz gleicher Chromophore variieren. Die Diskussion über Auxochrom-Effekte sollte direkt an die Chromatographie anknüpfen.

• Bei der Molekülmodellierung könnte die Aussage fallen: 'Freie Elektronenpaare spielen keine Rolle bei der Farbtiefe.'

  Fordern Sie die Schüler auf, die HOMO-LUMO-Diagramme für Moleküle mit und ohne Auxochrom zu vergleichen und die Differenz der Energieniveaus zu berechnen. Die Modelle sollten zeigen, wie freie Elektronenpaare die Delokalisation erweitern.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Concept-Mapping