Chemie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Polykondensation und Polyaddition

Aktives Lernen funktioniert besonders gut bei Polykondensation und Polyaddition, weil Schüler die Unterschiede zwischen beiden Mechanismen nur begreifen, wenn sie sie konkret erleben. Die Prozesse sind unsichtbar und abstrakt, doch durch experimentelle Stationen und Modellbau wird das abstrakte Reaktionsgeschehen greifbar und verständlich.

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

• 20–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Gruppenpuzzle
• 45 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Synthese-Stationen

Richten Sie Stationen für Polykondensation (Nylonsynthese mit Hexamethylendiamin und Adipinsäure), Polyaddition (Epoxidharz mit Härter), Modellbau (Molymods für Ketten) und Eigenschaftstest (Dehnung von Polymeren) ein. Gruppen rotieren alle 10 Minuten und protokollieren Beobachtungen. Abschließende Plenumdiskussion verbindet Ergebnisse.

Was unterscheidet die Polykondensation von der Polymerisation?

Moderationstipp

Legen Sie bei der Stationsrotation Wert auf klare Arbeitsaufträge, damit Schüler die Unterschiede zwischen Kondensation und Addition nicht nur sehen, sondern auch protokollieren können.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern zwei Reaktionsgleichungen vor: eine für Polykondensation (z.B. Polyesterbildung) und eine für Polyaddition (z.B. Polyurethanbildung). Bitten Sie sie, die Gleichungen zu vergleichen und die Unterschiede in Bezug auf Monomere und Nebenprodukte schriftlich zu benennen.

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 02

• Gruppenpuzzle
• 30 Min. · Partnerarbeit

Paararbeit: Polymer-Modellbau

Paare bauen mit Kugeln und Stäbchen bifunktionale Monomere und bilden Polykondensations- sowie Polyadditionsketten. Sie markieren Abspaltungsprodukte und Vernetzungspunkte. Fotodokumentation und Präsentation der Modelle klärt Mechanismen.

Warum sind bi-funktionelle Monomere für die Kettenbildung notwendig?

Moderationstipp

Fordern Sie die Paare beim Polymer-Modellbau auf, ihre Konstruktionen zu beschreiben und zu begründen, wie funktionelle Gruppen die Struktur beeinflussen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülern die Aufgabe, die Bedeutung von bifunktionellen Monomeren für die Polymerbildung zu diskutieren. Fragen Sie: 'Was würde passieren, wenn wir bei der Polyesterherstellung ein Monomer mit nur einer funktionellen Gruppe verwenden würden? Welche Konsequenzen hätte das für die Kettenlänge und die Materialeigenschaften?'

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 03

• Gruppenpuzzle
• 50 Min. · Kleingruppen

Gruppenexperiment: Polyurethanschaum

Gruppen mischen Isocyanat und Polyol, beobachten Schaumbildung und testen Härte. Sie variieren Anteile für verschiedene Vernetzungen und diskutieren Einfluss auf Eigenschaften. Sicherheitsprotokoll einhalten.

Wie entstehen vernetzte Strukturen bei der Polyaddition?

Moderationstipp

Beachten Sie beim Polyurethanschaum-Experiment, dass Schüler die Gasentwicklung und das Aufschäumen als Indikatoren für die Polyaddition erkennen und dokumentieren.

Worauf zu achten ist

Bitten Sie jeden Schüler, auf einem Zettel ein Beispiel für ein Produkt zu nennen, das durch Polykondensation hergestellt wird, und ein Beispiel für ein Produkt, das durch Polyaddition hergestellt wird. Sie sollen außerdem kurz begründen, warum das jeweilige Verfahren für das Produkt geeignet ist.

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 04

• Gruppenpuzzle
• 20 Min. · Ganze Klasse

Whole Class: Anwendungs-Diskussion

Zeigen Sie Alltagsprodukte vor und lassen Sie die Klasse Mechanismen zuordnen. Gemeinsam skizzieren Sie Reaktionswege an der Tafel. Jeder Schüler trägt ein Beispiel bei.

Was unterscheidet die Polykondensation von der Polymerisation?

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern zwei Reaktionsgleichungen vor: eine für Polykondensation (z.B. Polyesterbildung) und eine für Polyaddition (z.B. Polyurethanbildung). Bitten Sie sie, die Gleichungen zu vergleichen und die Unterschiede in Bezug auf Monomere und Nebenprodukte schriftlich zu benennen.

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Unterrichten Sie dieses Thema schrittweise: Beginnen Sie mit den Grundlagen der funktionellen Gruppen, bevor Sie zu den Mechanismen übergehen. Vermeiden Sie es, beide Reaktionstypen gleichzeitig zu erklären, da dies zu Verwirrung führen kann. Nutzen Sie Alltagsprodukte als Beispiele, um den Bezug zur Praxis herzustellen. Forschung zeigt, dass Schüler besser lernen, wenn sie zunächst die Notwendigkeit der Reaktion verstehen, bevor sie die Details der Mechanismen behandeln.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich, wenn Schüler die Mechanismen unterscheiden und erklären können, warum bifunktionale Monomere notwendig sind. Sie sollten die Rolle von Nebenprodukten erkennen und Materialeigenschaften mit Reaktionsbedingungen verknüpfen. Zudem sollen sie Produkte und Herstellungsverfahren zuordnen können.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Stationenrotation nehmen Schüler an, Polykondensation und Polyaddition seien identische Prozesse.

  Nutzen Sie die Stationenrotation, um Schüler gezielt auf die Unterschiede hinzuweisen: Lassen Sie sie die Nebenprodukte (z.B. Wasser bei Polykondensation) sammeln und messen, während bei der Polyaddition keine Abspaltung erfolgt. Ein Vergleich der Protokolle zeigt die Unterschiede direkt auf.

• Während der Paararbeit zum Polymer-Modellbau gehen Schüler davon aus, dass alle Polymere nur durch bifunktionale Monomere ohne Vernetzung entstehen.

  Fordern Sie die Paare auf, ihre Modelle zu vergleichen: Zeigen Sie, wie multifunktionale Monomere bei der Polyaddition zu Vernetzungen führen. Lassen Sie sie überlegen, wie sich Materialeigenschaften durch diese Vernetzungen ändern.

• Während des Gruppendiskussionen über Anwendungen wird die Bedeutung der Abspaltungsprodukte bei der Polykondensation unterschätzt.

  Nutzen Sie das Polyurethanschaum-Experiment, um die thermodynamische Rolle der Abspaltungsprodukte zu verdeutlichen: Fragen Sie nach, warum die Reaktion ohne Abführung des Gases zum Stillstand kommt und verknüpfen Sie dies mit dem Massenwirkungsgesetz.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Gruppenpuzzle