Chemie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Radikalische Substitution (S_R)

Aktive Lernformen wie Modellbau und Simulationen machen die unsichtbaren Radikalmechanismen greifbar. Sie helfen Schülerinnen und Schülern, die abstrakten Phasen der radikalischen Substitution zu verknüpfen und die Rolle von Stabilität und Selektivität zu verstehen.

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

• 15–30 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Planspiel
• 30 Min. · Partnerarbeit

Modellbau der Reaktionsphasen

Schülerinnen und Schüler bauen mit Molekülmodellen die Initiation, Propagation und Termination nach. Sie markieren Radikale farbig und simulieren Elektronenpaare. Abschließend diskutieren sie die Selektivität.

Erklären Sie die drei Phasen der radikalischen Substitution (Start, Kettenfortpflanzung, Abbruch).

Moderationstipp

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler die Molekülmodelle während der Initiationsphase selbst bauen, um die Homolyse als Energiequelle durch Licht oder Wärme konkret zu erleben.

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern ein Arbeitsblatt mit der Reaktion von Propan mit Chlor unter UV-Licht. Bitten Sie sie, die drei Phasen des Mechanismus (Start, Kettenfortpflanzung, Abbruch) zu skizzieren und die entstehenden Produkte zu identifizieren. Fragen Sie zusätzlich: Welches Produkt wird voraussichtlich in größerer Menge gebildet und warum?

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

Aktivität 02

• Planspiel
• 20 Min. · Kleingruppen

Vergleichstabelle erstellen

In Gruppen vergleichen Lernende radikalische und elektrophile Substitution anhand von Tabellen zu Bedingungen, Produkten und Mechanismen. Sie ergänzen Beispiele aus der Polymerisation. Die Tabelle wird präsentiert.

Analysieren Sie, wie die Selektivität der Reaktion durch die Stabilität der Radikale beeinflusst wird.

Moderationstipp

Fordern Sie beim Erstellen der Vergleichstabelle gezielt Vergleiche zwischen den Halogenen Chlor, Brom und Iod an, um die Rolle der Bindungsstärke und Selektivität zu vertiefen.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Unter welchen Bedingungen wäre die radikalische Substitution von Alkanen eine bevorzugte Methode zur Funktionalisierung im Vergleich zur elektrophilen Substitution an Aromaten?' Fordern Sie die Schüler auf, spezifische Beispiele für Reaktionsbedingungen und Produktklassen zu nennen.

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

Aktivität 03

• Planspiel
• 25 Min. · Kleingruppen

Selektivitäts-Simulation

Mit Karten als Atomen simulieren Schülerinnen und Schüler die Abstraktion an primären, sekundären und tertiären Kohlenstoffen. Sie zählen Wahrscheinlichkeiten basierend auf Stabilität. Ergebnisse werden grafisch dargestellt.

Vergleichen Sie die radikalische Substitution mit der elektrophilen Substitution hinsichtlich der Reaktionsbedingungen und Produkte.

Moderationstipp

Nutzen Sie bei der Selektivitäts-Simulation konkrete Beispiele wie die Chlorierung von Propan, um die Produktverteilung experimentell nachzuvollziehen und zu diskutieren.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie eine Reihe von Radikalstrukturen dar (z.B. Methyl-, Ethyl-, Isopropyl-, tert-Butylradikal). Bitten Sie die Schüler, diese nach abnehmender Stabilität zu ordnen und kurz zu begründen, warum diese Reihenfolge gilt. Dies prüft das Verständnis der Selektivität.

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

Aktivität 04

• Planspiel
• 15 Min. · Einzelarbeit

Polymerisations-Chain-Reaktion

Individuell skizzieren Lernende eine Kettenreaktion für die Ethylen-Polymerisation. Sie identifizieren Start, Fortpflanzung und Abbruch. Im Plenum teilen sie Modelle.

Erklären Sie die drei Phasen der radikalischen Substitution (Start, Kettenfortpflanzung, Abbruch).

Worauf zu achten ist

Geben Sie den Schülerinnen und Schülern ein Arbeitsblatt mit der Reaktion von Propan mit Chlor unter UV-Licht. Bitten Sie sie, die drei Phasen des Mechanismus (Start, Kettenfortpflanzung, Abbruch) zu skizzieren und die entstehenden Produkte zu identifizieren. Fragen Sie zusätzlich: Welches Produkt wird voraussichtlich in größerer Menge gebildet und warum?

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

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Unterrichten Sie Radikalmechanismen nicht als isolierte Theorie, sondern verknüpfen Sie sie mit Alltagsphänomenen wie Polymerisation oder Lichtreaktionen. Vermeiden Sie abstrakte Erklärungen ohne Bezug zur Praxis. Zeigen Sie gezielt die Grenzen der Selektivität auf, um Fehlvorstellungen zu vermeiden. Nutzen Sie visuelle Modelle, um die Radikalstabilität und die Reaktionsphasen zu veranschaulichen.

Erfolgreiches Lernen zeigt sich darin, dass Schülerinnen und Schüler die drei Reaktionsphasen sicher skizzieren, die Produktverteilung bei verschiedenen Alkanen vorhersagen und die Bedingungen für den Reaktionsabbruch erklären können. Sie erkennen, warum tertiäre Radikale bevorzugt entstehen und welche Produkte in größeren Mengen gebildet werden.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Selektivitäts-Simulation beobachten Sie, dass Schülerinnen und Schüler annehmen, alle Wasserstoffatome reagieren gleich schnell.

  Nutzen Sie die Simulation, um gezielt nachzufragen, warum tertiäre C-H-Bindungen bevorzugt angegriffen werden. Lassen Sie die Lernenden die Radikalstabilität an ihren Modellen überprüfen und die Produktverteilung im Propan-Beispiel analysieren.

• Während der Vergleichstabelle wird oft behauptet, radikalische Substitution und elektrophile Substitution verlaufen unter denselben Bedingungen.

  Fordern Sie die Schülerinnen und Schüler auf, in der Tabelle die unterschiedlichen Reaktionsbedingungen (Licht/Hitze vs. milde Bedingungen) zu vergleichen und die Angriffsorte (aliphatisch vs. aromatisch) zu diskutieren.

• Während der Polymerisations-Chain-Reaktion wird angenommen, die Kettenfortpflanzung stoppe nach wenigen Schritten.

  Lassen Sie die Lernenden die exponentielle Zunahme der Radikale in ihrem Modell verfolgen und die Bedeutung von Abbruchreaktionen in der Praxis diskutieren, z.B. durch Rekombination oder Disproportionierung.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Planspiel