Gesetz der Massenerhaltung

Aktives Lernen funktioniert hier besonders gut, weil Schülerinnen und Schüler das Gesetz der Massenerhaltung durch eigenes Experimentieren begreifen. Nur durch direktes Messen in geschlossenen Systemen erkennen sie, dass Masse erhalten bleibt, selbst wenn Stoffe unsichtbar werden. Die Wahrnehmung von Veränderungen durch Sehen, Riechen oder Hören kann so wissenschaftlich überprüft werden.

• Klasse 8
• Chemie: Die Welt der Stoffe und Reaktionen
• 4 Aktivitäten
• 30 Min.–50 Min.

Lernziele

1. Demonstrieren Sie experimentell, dass bei der Reaktion von Essig und Natron im geschlossenen System die Masse konstant bleibt.
2. Analysieren Sie die Beobachtungen bei der Verbrennung von Magnesium in einem offenen System und erklären Sie die scheinbare Massenzunahme.
3. Entwerfen Sie ein einfaches Experiment zur Veranschaulichung der Massenerhaltung bei der Reaktion von Kupfersulfat und Natronlauge.
4. Formulieren Sie das Gesetz der Massenerhaltung basierend auf den Ergebnissen von mindestens zwei durchgeführten Experimenten.

Forschungskreis

⏱ 30 Min.·Kleingruppen

Gruppenversuch: Natron-Essig-Reaktion

Schüler wiegen ein geschlossenes Gefäß mit Natron, fügen Essig hinzu und verschließen es sofort. Nach der Reaktion wiegen sie erneut und vergleichen die Massen. Sie notieren Beobachtungen zum Gasdruck.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie das Gesetz der Massenerhaltung anhand von experimentellen Beobachtungen.

Moderationstipp: Bei der Natron-Essig-Reaktion betonen Sie den Unterschied zwischen offener und geschlossener Durchführung, indem Sie die Schüler die Massen vor und nach der Reaktion in beiden Systemen vergleichen lassen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Forschungskreis

⏱ 40 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Magnesiumverbrennung geschlossen

Paare verbrennen Magnesium in einem verschlossenen Glas mit Sauerstoff und wiegen das System vor und nach. Sie öffnen vorsichtig und identifizieren Produkte. Diskussion zur Gasentwicklung folgt.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie, warum die scheinbare Massenabnahme bei Verbrennungen das Gesetz nicht widerlegt.

Moderationstipp: Bei der Magnesiumverbrennung im geschlossenen System achten Sie darauf, dass die Schüler den Sauerstoff als Teil der Masse verstehen und nicht nur das sichtbare Magnesiumoxid als Produkt wahrnehmen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Forschungskreis

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Stationenrotation: Verschiedene Reaktionen

Richten Sie Stationen ein: Auflösung von Salz, Eisen mit Schwefel, Natron-Essig. Gruppen rotieren, messen Massen und protokollieren. Abschließende Plenumdiskussion.

Vorbereitung & Details

Konstruieren Sie ein Experiment, um die Massenerhaltung in einem geschlossenen System zu demonstrieren.

Moderationstipp: Bei der Stationenrotation sorgen Sie für klare Arbeitsaufträge und Zeitvorgaben, damit die Schüler die Messungen und Beobachtungen systematisch durchführen.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Forschungskreis

⏱ 50 Min.·Einzelarbeit

Individualkonstruktion: Eigene Versuchsplanung

Schüler entwerfen ein Experiment zur Massenerhaltung, listen Materialien auf und führen es unter Aufsicht durch. Sie präsentieren Ergebnisse und Erklärungen.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie das Gesetz der Massenerhaltung anhand von experimentellen Beobachtungen.

Moderationstipp: Bei der individuellen Versuchsplanung geben Sie konkrete Kriterien vor, z.B. die Verwendung eines geschlossenen Systems und die Dokumentation aller erwarteten Produkte.

Setup: Gruppentische mit Zugang zu Quellenmaterialien

Materials: Quellensammlung, Arbeitsblatt zum Forschungszyklus, Leitfaden zur Fragestellung, Vorlage für die Ergebnispräsentation

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Selbststeuerung
• Selbstwahrnehmung

Dieses Thema unterrichten

Dieses Thema lebt von der Gegenüberstellung von Alltagsbeobachtungen und wissenschaftlichen Messungen. Vermeiden Sie es, das Gesetz nur zu erklären, sondern lassen Sie die Schüler selbst Daten sammeln und interpretieren. Nutzen Sie gezielte Fragen, um Fehlvorstellungen wie „Masse verschwindet“ direkt anzusprechen und durch Experimente zu widerlegen. Die Diskussion über systematische Grenzen (offen vs. geschlossen) fördert das kritische Denken.

Was Sie erwartet

Am Ende verstehen die Schülerinnen und Schüler, dass Masse weder entsteht noch verschwindet, sondern nur umgewandelt wird. Sie können erklären, warum geschlossene Systeme entscheidend sind und wie unsichtbare Gase Masse tragen. Ihre Erklärungen beziehen sich auf konkrete Messergebnisse und nicht auf Alltagsbeobachtungen.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während des Gruppenversuchs zur Natron-Essig-Reaktion beobachten Sie, dass einige Schüler vermuten, Masse gehe verloren, weil Blasen entstehen und entweichen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lenken Sie die Aufmerksamkeit der Schüler auf die geschlossene Durchführung, bei der die Masse des gesamten Systems (Reaktionsgefäß + Beutel) gleich bleibt. Zeigen Sie, dass die Gasentwicklung nur die Form der Masse verändert, nicht deren Menge.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Paararbeit zur Magnesiumverbrennung im geschlossenen System argumentieren Schüler, dass die Masse des Magnesiums allein gemessen wird und der Sauerstoff keine Rolle spielt.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Schüler auf, die Masse des gesamten geschlossenen Systems vor und nach der Reaktion zu messen. Betonen Sie, dass der Sauerstoff aus der Luft als Edukt reagiert und Teil der Produktmasse wird.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation wird diskutiert, dass offene Systeme das Gesetz der Massenerhaltung widerlegen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Führen Sie eine kurze Demonstration durch, bei der Sie die gleiche Reaktion einmal offen und einmal geschlossen durchführen. Die Schüler erkennen, dass in offenen Systemen Gase entweichen und Masse scheinbar verloren geht, während in geschlossenen Systemen die Masse erhalten bleibt.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach dem Gruppenversuch zur Natron-Essig-Reaktion erhält jeder Schüler eine Karte mit der Beschreibung des Experiments. Sie notieren: 1. Was wird gemessen? 2. Welches Gesetz wird hier demonstriert? 3. Warum ist es wichtig, dass der Beutel verschlossen ist? Die Antworten werden eingesammelt und auf Verständnis überprüft.

Kurze Überprüfung

Während der Stationenrotation stellen Sie an der Tafel die Frage: ‚Bei der Verbrennung von Magnesium scheint Masse zuzunehmen. Erklären Sie dies unter Berücksichtigung des Gesetzes der Massenerhaltung und nennen Sie das Produkt der Reaktion.‘ Die Antworten werden mündlich oder schriftlich abgefragt.

Diskussionsfrage

Nach der individuellen Versuchsplanung teilen Sie die Klasse in Kleingruppen ein und geben ihnen die Aufgabe: ‚Diskutieren Sie in Ihrer Gruppe, wie Sie die Massenerhaltung bei der Reaktion von Kupfersulfat und Wasser nachweisen können. Beschreiben Sie, welche Materialien Sie benötigen und wie Sie sicherstellen, dass kein Stoff entweicht.‘ Die Ergebnisse werden präsentiert und reflektiert.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie leistungsstärkere Schüler auf, ein eigenes Experiment zu entwerfen, das die Massenerhaltung bei einer Gasentwicklung nachweist.
• Unterstützen Sie leistungsschwächere Schüler durch vorgegebene Tabellen zur Datenerfassung und klare Anweisungen zur Durchführung der Versuche.
• Vertiefen Sie das Thema durch eine Recherche zu historischen Experimenten, die das Gesetz der Massenerhaltung belegen, z.B. Lavoisiers Arbeiten.

Schlüsselvokabular

Edukte	Die Ausgangsstoffe einer chemischen Reaktion, die sich während der Reaktion verändern.
Produkte	Die Stoffe, die am Ende einer chemischen Reaktion neu gebildet werden.
Geschlossenes System	Ein System, in dem kein Stoff mit der Umgebung ausgetauscht werden kann, weder Materie noch Energie.
Offenes System	Ein System, in dem Materie und Energie mit der Umgebung ausgetauscht werden können.
Chemische Reaktion	Ein Prozess, bei dem sich Ausgangsstoffe (Edukte) in neue Stoffe (Produkte) umwandeln, wobei sich die chemische Zusammensetzung ändert.