Chemie · Klasse 13

Ideen für aktives Lernen

Polykondensation und Polyaddition

Aktive Lernformen sind hier besonders wirksam, weil Schüler die unsichtbaren molekularen Vorgänge in Polykondensation und Polyaddition durch Modelle und Experimente konkret erfahrbar machen. Durch haptische und visuelle Methoden verstehen sie die Unterschiede zwischen diesen Reaktionsmechanismen nachhaltiger als durch reine Theorie.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: Sekundarstufe II - Fachwissen: Struktur-Eigenschaft
• KMK: Sekundarstufe II - Kommunikation: Modellierung

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

Aktivität 01

• Forschungskreis
• 45 Min. · Kleingruppen

Stationenrotation: Polymerisationsmodelle

Richten Sie Stationen ein: Polykondensation (Brettspiel mit Abspaltungskarten), Polyaddition (Kettenbau mit Magnetstücken), Eigenschaftstest (Ziehen an Modellfäden) und Monomerauswahl (Kartenmatch). Gruppen rotieren alle 10 Minuten und protokollieren Mechanismen und Eigenschaften.

Differentiieren Sie, worin sich die Polykondensation grundlegend von der Polymerisation unterscheidet.

Moderationstipp

Lassen Sie die Schüler während der Stationenrotation eigene Notizen zu jedem Modell anfertigen und diese in der Abschlussrunde mit der Klasse vergleichen, um Missverständnisse sofort zu klären.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern ein Reaktionsschema für die Bildung eines Polyesters oder Polyamids vor. Bitten Sie sie, die beteiligten Monomere zu identifizieren, die funktionellen Gruppen zu markieren und das abgespaltene Nebenprodukt zu benennen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 02

• Forschungskreis
• 30 Min. · Partnerarbeit

Paararbeit: Nylon-Synthese

Paare mischen Hexamethylendiamin und Adipinsäurechlorid in einer Schale, ziehen den entstehenden Faden heraus und testen Reißfestigkeit. Diskutieren Sie Wasserabspaltung und Wasserstoffbrücken. Dokumentieren Sie mit Fotos den Prozess.

Justifizieren Sie, warum Polyamide wie Nylon besonders reißfest sind.

Moderationstipp

Achten Sie bei der Nylon-Synthese darauf, dass beide Schüler die Glasstäbe gleichmäßig über die Grenzfläche ziehen, um die Faserbildung gleichmäßig zu gestalten und Diskussionen über Reaktionsbedingungen anzuregen.

Worauf zu achten ist

Teilen Sie die Klasse in Gruppen ein und geben Sie jeder Gruppe ein anderes Polymer (z.B. PET, Nylon 6,6, Polyurethan). Lassen Sie jede Gruppe die Monomere recherchieren, den Syntheseweg (Polyaddition oder Polykondensation) bestimmen und drei spezifische Anwendungen des Polymers mit Begründung nennen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 03

• Forschungskreis
• 50 Min. · Kleingruppen

Gruppenprojekt: Monomer-Design

Gruppen wählen Monomere für einen Kunststoff mit definierten Eigenschaften (z.B. biegsam, hitzebeständig), modellieren die Struktur mit Molekülbausätzen und präsentieren Begründung. Testen Sie Modelle durch Simulation.

Designen Sie, wie sich durch die Wahl der Monomere die Eigenschaften von Kunststoffen maßschneidern lassen.

Moderationstipp

Fordern Sie die Gruppen im Monomer-Design-Projekt auf, ihre Konzepte auf Postern zu visualisieren und anschließend in einer Gallery-Walk den Mitschülern zu präsentieren, um Peer-Feedback zu ermöglichen.

Worauf zu achten ist

Bitten Sie die Schüler, auf einer Karte die Hauptunterschiede zwischen Polykondensation und Polyaddition in Bezug auf Monomere und Nebenprodukte in eigenen Worten zu beschreiben. Fordern Sie sie auf, ein Beispiel für jedes Verfahren zu nennen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Aktivität 04

• Forschungskreis
• 35 Min. · Ganze Klasse

Klassenexperiment: Polyurethan-Schaum

Die Klasse mischt Polyol und Isocyanat, beobachtet Schaumbildung und diskutiert Vernetzung. Messen Sie Volumenzunahme und vergleichen Sie mit Polyestern.

Differentiieren Sie, worin sich die Polykondensation grundlegend von der Polymerisation unterscheidet.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern ein Reaktionsschema für die Bildung eines Polyesters oder Polyamids vor. Bitten Sie sie, die beteiligten Monomere zu identifizieren, die funktionellen Gruppen zu markieren und das abgespaltene Nebenprodukt zu benennen.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Erfahrene Lehrkräfte nutzen hier einen dreischrittigen Ansatz: Zuerst wird durch Modelle und Experimente ein intuitives Verständnis geschaffen, dann die Theorie durch schematische Darstellungen und Reaktionsgleichungen gefestigt. Vermeiden Sie es, die Mechanismen zu früh abstrakt zu erklären – die Schüler benötigen zunächst greifbare Erfahrungen, um die Unterschiede selbst zu erkennen.

Am Ende können die Schüler die Synthesewege von Polyestern, Polyamiden und Polyurethanen unterscheiden und erklären, wie funktionelle Gruppen und Bindungstypen die Materialeigenschaften beeinflussen. Sie wenden ihr Wissen an, um Monomere für gezielte Polymereigenschaften zu designen und Experimente sicher durchzuführen.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während der Stationenrotation zur Polymerisationsmodelle beobachten Sie, dass Schüler die Reaktionsmechanismen vermischen.

  Halten Sie die Schüler an, an jeder Station eine kurze Skizze des Mechanismus anzufertigen und in der Abschlussdiskussion die Unterschiede zwischen Kondensation und Addition mit den Modellen zu vergleichen.

• Während der Paararbeit zur Nylon-Synthese wird übersehen, dass die Reißfestigkeit von der Wasserstoffbrückenbildung abhängt.

  Lassen Sie die Schüler die entstandenen Nylon-Fäden dehnen und beobachten Sie gemeinsam, wie sich die Struktur unter Zug verändert. Nutzen Sie diese Beobachtung, um die Rolle der Amidbindungen zu thematisieren.

• Während des Gruppenprojekts zum Monomer-Design wird angenommen, dass alle Monomere für Polyamide und Polyester identisch sind.

  Fordern Sie die Gruppen auf, ihre Monomer-Vorschläge mit realen Beispielen wie PET oder Nylon 6,6 zu vergleichen und Unterschiede in den funktionellen Gruppen zu markieren.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Forschungskreis