Kohlenwasserstoffe: Alkane

Aktive Lernformate sind für dieses Thema ideal, weil Schülerinnen und Schüler komplexe räumliche Strukturen wie die tetraedrische Anordnung der Bindungen am Kohlenstoffatom nur durch eigenes Handeln begreifen. Zudem verknüpfen sie theoretische Regeln der IUPAC-Nomenklatur direkt mit konkreten Modellen und können so abstrakte Konzepte wie Van-der-Waals-Kräfte nachvollziehen.

• Klasse 9
• Von Atomen zu Reaktionen: Die Welt der Stoffumwandlungen
• 4 Aktivitäten
• 15 Min.–45 Min.

Lernziele

1. Benennen Sie einfache Alkane (bis C10) nach der IUPAC-Nomenklatur.
2. Konstruieren Sie Strukturformeln (Lewis- und Keilstrichformeln) für gegebene Alkane.
3. Analysieren Sie die Korrelation zwischen der Kettenlänge von Alkanen und ihren Siedepunkten.
4. Erklären Sie die geringe Reaktivität von Alkanen aufgrund ihrer gesättigten Struktur.

Lernen an Stationen

⏱ 25 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Strukturformeln konstruieren

Paare erhalten IUPAC-Namen von Alkanen bis C6 und zeichnen Lewis- sowie Keilstrichformeln. Sie bauen Modelle mit Molsticks und vergleichen mit Partnerformeln. Abschließend erklären sie die tetraedrische Geometrie.

Vorbereitung & Details

Benennen Sie einfache Alkane nach IUPAC-Nomenklatur.

Moderationstipp: Achten Sie beim Stationenlauf darauf, dass die Schülerinnen und Schüler die Modelle nicht nur betrachten, sondern durch Antippen oder Drehen selbst die Van-der-Waals-Kräfte spüren können.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Lernen an Stationen

⏱ 45 Min.·Kleingruppen

Stationenrotation: Eigenschaften analysieren

Vier Stationen: 1. Gasmodelle (Methan-Ethan), 2. Flüssigkeiten (Pentan-Hexan), 3. Siedepunkttabellen plotten, 4. Van-der-Waals-Kräfte diskutieren. Gruppen rotieren alle 10 Minuten und notieren Beobachtungen.

Vorbereitung & Details

Konstruieren Sie Strukturformeln für verschiedene Alkane.

Moderationstipp: Geben Sie in der Paararbeit klare Zeitlimits vor, um Diskussionen gezielt zu lenken und sicherzustellen, dass beide Partner aktiv teilnehmen.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Lernen an Stationen

⏱ 35 Min.·Ganze Klasse

Klassenmodellbau: Kettenlängen vergleichen

Jede Reihe baut mit Kugeln und Stäbchen Alkane von C1 bis C8. Die Klasse diskutiert steigende Siedepunkte und Polarität. Fotos dokumentieren für Präsentation.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die physikalischen Eigenschaften von Alkanen in Bezug auf ihre Kettenlänge.

Moderationstipp: Beobachten Sie beim Modellbau genau, wie die Schüler die Kettenlängen vergleichen, und greifen Sie ein, wenn sie die tetraedrische Anordnung flach zeichnen.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Lernen an Stationen

⏱ 15 Min.·Einzelarbeit

Individual: Nomenklatur-Übung

Schüler benennen selbstgewählte Alkane und zeichnen Formeln in Heft. Peer-Review in Kleingruppen korrigiert Fehler.

Vorbereitung & Details

Benennen Sie einfache Alkane nach IUPAC-Nomenklatur.

Setup: Im Raum verteilte Tische/Stationen

Materials: Stationskarten mit Arbeitsanweisungen, Unterschiedliche Materialien je Station, Timer für die Rotation

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Dieses Thema unterrichten

Dieses Thema profitiert von einer Kombination aus haptischem Lernen und visuellen Vergleichen. Vermeiden Sie reine Frontalunterrichtsphasen, da die räumliche Vorstellungskraft der Schülerinnen und Schüler sonst nicht ausreichend gefördert wird. Nutzen Sie gezielte Impulsfragen, um Fehlvorstellungen wie die Annahme, dass längere Ketten immer gasförmig seien, direkt im Unterricht zu korrigieren. Die IUPAC-Nomenklatur sollte schrittweise eingeführt werden, beginnend mit den einfachsten Alkanen und dann auf längere Ketten übertragen werden.

Was Sie erwartet

Am Ende der Einheit können die Lernenden Alkane korrekt benennen, Strukturformeln in verschiedenen Darstellungen zeichnen und physikalische Eigenschaften mit der Kettenlänge erklären. Sie erkennen die Unterschiede zwischen gesättigten und ungesättigten Kohlenwasserstoffen und wenden ihr Wissen auf Alltagsbeispiele wie Benzin oder Erdgas an.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation beobachten Sie, dass einige Schülerinnen und Schüler Doppelbindungen in die Strukturformeln der Alkane einzeichnen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Zeigen Sie während der Stationenrotation die Modelle von Methan und Ethan und fragen Sie die Schüler, welche Bindungen sie erkennen können. Lassen Sie sie mit den bereitliegenden Stäbchen die Einfachbindungen nachbauen und die Unterschiede zu Alkenen in einer Tabelle festhalten.

Häufige Fehlvorstellung

Währen der Klassenmodellbau-Station vermuten einige, dass längere Alkanketten niedrigere Siedepunkte haben.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die Modelle aus der Stationenrotation, um die Kettenlängen zu vergleichen. Lassen Sie die Schüler in Gruppen die Siedepunkte in eine Tabelle eintragen und fragen Sie gezielt nach den Van-der-Waals-Kräften zwischen den Molekülen.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Stationenrotation gehen einige davon aus, dass alle Alkane fest bei Raumtemperatur sind.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Bieten Sie an der Station mit den Modellen verschiedene Alkane an und lassen Sie die Schüler die Aggregatzustände bei Raumtemperatur vorhersagen. Fordern Sie sie auf, ihre Vermutungen anhand der Modelle zu überprüfen und die Ergebnisse zu diskutieren.

Ideen zur Lernstandserhebung

Kurze Überprüfung

Nach der Individual-Nomenklatur-Übung geben Sie den Schülerinnen und Schülern eine Liste mit Summenformeln wie C5H12 und C7H16. Bitte sie, die entsprechenden IUPAC-Namen aufzuschreiben und die Strukturformel in Keilstrichdarstellung zu zeichnen.

Lernstandskontrolle

Nach der Stationenrotation erhalten alle Schüler einen Zettel mit der Strukturformel eines einfachen Alkans. Sie notieren den Namen und beschreiben eine Eigenschaft, die mit der Kettenlänge zusammenhängt. Sammeln Sie die Zettel ein, um den Kenntnisstand zu überprüfen.

Diskussionsfrage

Während der Klassenmodellbau-Phase stellen Sie die Frage: 'Warum sind Benzin und Diesel bei Raumtemperatur flüssig, während Methan ein Gas ist?' Leiten Sie die Diskussion zu den Zusammenhängen zwischen Molekülgröße, Van-der-Waals-Kräften und Siedepunkten und notieren Sie die Ergebnisse an der Tafel.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schülerinnen und Schüler auf, die Strukturformeln von verzweigten Alkanen (z.B. Isobutan) zu zeichnen und deren Namen nach IUPAC zu benennen.
• Unterstützen Sie Lernende mit Schwierigkeiten, indem Sie ihnen vorbereitete Vorlagen für die Lewis- und Keilstrichformeln geben, die sie nur noch ausfüllen müssen.
• Vertiefen Sie das Thema für die ganze Klasse durch eine Gruppenarbeit, in der sie die Siedepunkte verschiedener Alkane in ein Diagramm eintragen und mit den Kettenlängen korrelieren.

Schlüsselvokabular

Kohlenwasserstoff	Eine organische Verbindung, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen besteht.
Alkan	Eine gesättigte Kohlenwasserstoffverbindung mit der allgemeinen Formel CnH2n+2, die nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen aufweist.
IUPAC-Nomenklatur	Ein international standardisiertes System zur systematischen Benennung chemischer Verbindungen, das von der International Union of Pure and Applied Chemistry festgelegt wird.
Strukturformel	Eine chemische Formel, die die Anordnung der Atome und die Bindungen innerhalb eines Moleküls darstellt.
Siedepunkt	Die Temperatur, bei der der Dampfdruck einer Flüssigkeit dem äußeren Druck entspricht und die Flüssigkeit in den gasförmigen Zustand übergeht.