Chemie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Radikalische Polymerisation

Radikalische Polymerisation ist ein dynamischer Prozess, bei dem abstrakte Konzepte wie Radikalkettenmechanismen und Reaktionskinetik für Schüler greifbar werden. Durch aktive Modellierung und experimentelle Anschauung begreifen sie, wie mikroskopische Vorgänge makroskopische Eigenschaften bestimmen.

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

• 25–50 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Planspiel
• 30 Min. · Partnerarbeit

Modellbau: Radikalische Kette

Schüler bauen mit Molekülmodellen das Startradikal, Propagation und Abbruch nach. Jede Pair erstellt drei Sequenzen und erklärt den Mechanismus. Abschließend präsentieren sie Variationen für Kettenlänge.

Wie steuert man die Kettenlänge eines Polymers?

Moderationstipp

Lassen Sie die Schüler beim Modellbau zunächst einfache gerade Ketten konstruieren, bevor Sie verzweigte Strukturen durch Kettenübertragung einbauen, um den Unterschied sichtbar zu machen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein Arbeitsblatt mit drei leeren Feldern: 'Start', 'Propagation', 'Abbruch'. Bitten Sie die Schüler, für jeden Schritt ein Schlüsselradikal zu zeichnen und eine kurze Beschreibung der Reaktion danebenzuschreiben.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 02

• Planspiel
• 45 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Einflussfaktoren

Vier Stationen: Monomerkonzentration (verschiedene Styrolmengen), Initiator (AIBN-Variationen), Inhibitor (Hydrochinon-Zusatz), Temperatur (Wasserbad). Gruppen rotieren, messen Viskosität als Kettenlängenindikator und protokollieren.

Welche Bedeutung haben Inhibitoren für die Lagerung von Monomeren?

Moderationstipp

Steuern Sie die Stationenrotation so, dass jede Gruppe mindestens eine Messung zur Initiatorkonzentration durchführt, um den Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit direkt zu erfassen.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie die Frage: 'Wie können Sie die durchschnittliche Kettenlänge eines Polymers beeinflussen, wenn Sie die Menge des Initiators ändern?' Bitten Sie die Schüler, ihre Antwort auf einem Notizzettel zu notieren und abzugeben.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 03

• Planspiel
• 25 Min. · Einzelarbeit

Planspiel: PhET-ähnliche App

Individuell simulieren Schüler Polymerisation mit Online-Tools, variieren Parameter und grafisch Kettenlängen darstellen. Gemeinsame Diskussion der Ergebnisse schließt ab.

Wie entstehen verzweigte Polymerketten?

Moderationstipp

Nutzen Sie die Simulation, um den Einfluss der Monomerkonzentration auf die Kettenlänge quantitativ zu vergleichen, bevor die Schüler eigene Hypothesen formulieren.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Warum ist es wichtig, Monomere wie Styrol mit Inhibitoren zu stabilisieren, bevor sie gelagert oder transportiert werden?' Sammeln Sie die Antworten der Schüler und diskutieren Sie die Sicherheits- und Qualitätsaspekte.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Aktivität 04

• Planspiel
• 50 Min. · Ganze Klasse

Experiment: Mini-Polymerisation

Ganze Klasse polymerisiert Acrylat in Reagenzgläsern unter Luftabschluss, beobachtet Gelierung und zieht Schlüsse zu Inhibitoren. Sicherheitsprotokoll einhalten.

Wie steuert man die Kettenlänge eines Polymers?

Moderationstipp

Führen Sie das Mini-Experiment in Kleingruppen durch und lassen Sie die Schüler die Polymerisation selbst starten, um die Bedeutung des Initiators hautnah zu erleben.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler ein Arbeitsblatt mit drei leeren Feldern: 'Start', 'Propagation', 'Abbruch'. Bitten Sie die Schüler, für jeden Schritt ein Schlüsselradikal zu zeichnen und eine kurze Beschreibung der Reaktion danebenzuschreiben.

• Anwenden
• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Sozialbewusstsein
• Entscheidungsfähigkeit

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Radikalische Polymerisation eignet sich hervorragend für einen forschend-entwickelnden Unterricht, bei dem Schüler Hypothesen aufstellen und diese experimentell überprüfen. Vermeiden Sie reine Theoriephasen, da die mechanistischen Schritte nur durch Visualisierung und praktische Anwendung nachvollziehbar werden. Betonen Sie stets die Verbindung zwischen molekularen Vorgängen und makroskopischen Beobachtungen, etwa bei der Viskositätsänderung während der Polymerisation.

Am Ende verstehen Schüler den Mechanismus der radikalischen Polymerisation vollständig, können Einflussfaktoren auf die Kettenlänge erklären und erkennen die Bedeutung von Inhibitoren und Abbruchreaktionen. Sie wenden ihr Wissen praktisch an, indem sie Strukturen modellieren und experimentelle Ergebnisse interpretieren.

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Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Aktivität Modellbau in Pairs, beobachten Sie, wie Schüler gerade Ketten konstruieren und verzweigte Strukturen ignorieren.

  Fordern Sie die Schüler auf, gezielt Kettenübertragungen zu simulieren, indem sie Monomerreste an bereits gebildete Ketten anlagern, um Verzweigungen sichtbar zu machen.

• Während der Stationenrotation Einflussfaktoren, nehmen einige Schüler an, Inhibitoren stoppen die Polymerisation unwiderruflich.

  Lassen Sie die Schüler die verzögerte Startphase der Reaktion mit Inhibitoren messen und mit einer Kontrollprobe ohne Inhibitor vergleichen, um die reversible Wirkung zu erkennen.

• Während der Simulation mit der PhET-ähnlichen App, glauben einige Schüler, dass die Kettenlänge nur von der Monomerkonzentration abhängt.

  Weisen Sie die Schüler an, die Abbruchreaktionen durch Rekombination gezielt zu aktivieren und die Auswirkungen auf die Kettenlänge in der Simulation zu dokumentieren.

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In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Planspiel