Ungesättigte Kohlenwasserstoffe: Alkene und Alkine

Aktives Lernen funktioniert hier besonders gut, weil die Unterschiede zwischen Alkanen, Alkenen und Alkinen durch eigenes Handeln begreifbar werden. Das Bauen von Molekülmodellen, das Zeichnen von Formeln und das Lösen von Reaktionsgleichungen machen abstrakte Bindungsverhältnisse greifbar und fördern ein tiefes Verständnis für Struktur-Eigenschafts-Beziehungen.

• Klasse 9
• Von Atomen zu Reaktionen: Die Welt der Stoffumwandlungen
• 4 Aktivitäten
• 15 Min.–40 Min.

Lernziele

1. Vergleichen Sie die Strukturformeln von Alkanen, Alkenen und Alkinen und identifizieren Sie die charakteristischen Bindungen.
2. Erklären Sie die erhöhte Reaktivität von Alkenen und Alkinen im Vergleich zu Alkanen anhand des Konzepts der Pi-Bindungen.
3. Analysieren Sie die Bedeutung von Alkenen und Alkinen für industrielle Prozesse wie die Polymerherstellung oder die Synthese von Feinchemikalien.
4. Demonstrieren Sie die Additionsreaktion an einer Doppelbindung durch eine Reaktionsgleichung.

Gruppenpuzzle

⏱ 25 Min.·Partnerarbeit

Paararbeit: Molekülmodelle bauen

Schüler bauen Modelle von Alkanen, Alkenen und Alkinen mit Kugeln und Stäbchen. Sie vergleichen die Bindungen und diskutieren Reaktivität. Abschließend notieren sie Unterschiede.

Vorbereitung & Details

Differenzieren Sie zwischen Alkanen, Alkenen und Alkinen anhand ihrer Bindungen.

Moderationstipp: Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler bei der Molekülmodell-Bauphase gezielt nach Fehlern in den Modellen der anderen suchen und korrigieren, um das Verständnis für Bindungswinkel und -längen zu schärfen.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Gruppenpuzzle

⏱ 30 Min.·Kleingruppen

Kleingruppen: Reaktionsgleichungen lösen

Gruppen lösen Additionen an Doppelbindungen, z. B. Brom zu Ethylen. Sie erklären den Mechanismus und prognostizieren Produkte. Präsentation der Ergebnisse.

Vorbereitung & Details

Erklären Sie die erhöhte Reaktivität von Alkenen und Alkinen.

Moderationstipp: Fordern Sie die Kleingruppen bei den Reaktionsgleichungen auf, die Mechanismen mit Pfeilen zu visualisieren, um die Elektronenverschiebung und die Entstehung neuer Bindungen zu verdeutlichen.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Gruppenpuzzle

⏱ 40 Min.·Ganze Klasse

Ganzer Unterricht: Industrieanwendungen recherchieren

Klasse recherchiert ungesättigte Verbindungen in der Petrochemie. Jede Gruppe erstellt eine Infografik. Gemeinsame Diskussion.

Vorbereitung & Details

Analysieren Sie die Bedeutung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen in der Industrie.

Moderationstipp: Nutzen Sie die Industrieanwendungen als Diskussionsanlass, um die Reaktivität von Alkenen und Alkinen direkt mit realen Produkten zu verknüpfen und so die Relevanz des Themas zu unterstreichen.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Gruppenpuzzle

⏱ 15 Min.·Einzelarbeit

Individuell: Strukturformeln zeichnen

Schüler zeichnen Formeln von Penten und Propin. Sie markieren ungesättigte Bindungen und nennen Reaktionspartner.

Vorbereitung & Details

Differenzieren Sie zwischen Alkanen, Alkenen und Alkinen anhand ihrer Bindungen.

Setup: Flexible Sitzordnung für Gruppenwechsel

Materials: Informationstexte für die Expertengruppen, Notizvorlagen, Strukturdiagramm für die Zusammenfassung

• Verstehen
• Analysieren
• Bewerten
• Beziehungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Dieses Thema unterrichten

Beginnen Sie mit einer klaren Abgrenzung der Bindungstypen, bevor Sie zu den Reaktionen übergehen. Vermeiden Sie es, die Reaktivität von Alkenen und Alkinen als gleich zu behandeln, da Alkine tatsächlich eine höhere Reaktivität aufweisen. Nutzen Sie die KMK-Standards als Leitfaden, um gezielt Kompetenzen in Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und chemischen Reaktionen zu fördern. Ein stufenweiser Aufbau von einfachen zu komplexeren Molekülen und Reaktionen unterstützt den Lernerfolg.

Was Sie erwartet

Am Ende sollen die Schülerinnen und Schüler selbstständig Strukturformeln erkennen, Bindungsarten benennen und Reaktionsmechanismen erklären können. Sie sollen zudem die Bedeutung von Doppel- und Dreifachbindungen für industrielle Anwendungen darlegen und bewerten können.

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

Häufige Fehlvorstellung

Während der Paararbeit: Molekülmodelle bauen, achten Sie darauf, dass Schülerinnen und Schüler nicht annehmen, Alkene und Alkine seien generell instabil.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Nutzen Sie die gebauten Modelle, um zu zeigen, dass Alkene und Alkine unter Normalbedingungen stabil sind, aber an der Doppel- oder Dreifachbindung gezielt reagieren können. Zeigen Sie beispielhaft, wie Halogene nur unter bestimmten Bedingungen (z. B. Licht oder Katalysatoren) addiert werden.

Häufige Fehlvorstellung

Während der Kleingruppenarbeit: Reaktionsgleichungen lösen, kann die Annahme entstehen, Alkine seien weniger reaktiv als Alkene.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Fordern Sie die Gruppen auf, die Addition von Wasserstoff an Ethen und Ethin zu vergleichen. Zeigen Sie ihnen, dass Alkine oft schneller reagieren, da die Dreifachbindung leichter angegriffen wird. Nutzen Sie die Reaktionsgleichungen, um dies zu belegen.

Häufige Fehlvorstellung

Während der individuellen Phase: Strukturformeln zeichnen, könnte der Fehler unterlaufen, dass Schüler die Bindungsart nur an der Kettenlänge festmachen.

Was Sie stattdessen lehren sollten

Lassen Sie die Schüler die Strukturformeln mit farbigen Markierungen für Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen anfertigen. Verdeutlichen Sie, dass der Unterschied in der Bindungsart liegt und nicht in der Länge der Kohlenstoffkette.

Ideen zur Lernstandserhebung

Lernstandskontrolle

Nach der individuellen Phase: Strukturformeln zeichnen, erhalten die Schüler einen Exit-Ticket mit drei Strukturformeln (Alkan, Alken, Alkin). Sie benennen diese korrekt, identifizieren die Bindungsarten und erklären kurz, warum das Alken oder Alkin reaktiver als das Alkan ist.

Kurze Überprüfung

Nach der Kleingruppenarbeit: Reaktionsgleichungen lösen, schreibt der Lehrer die Reaktionsgleichung für die Addition von Brom an Ethen an die Tafel. Die Schüler benennen die Produkte (1,2-Dibromethan) und begründen die Reaktion als Addition, indem sie auf die Doppelbindung verweisen.

Diskussionsfrage

Während der Industrieanwendungen recherchieren, leiten Sie eine Diskussion mit der Frage: 'Welche Vorteile bietet die höhere Reaktivität von Alkenen und Alkinen für chemische Synthesen, und welche Nachteile ergeben sich daraus möglicherweise?' Sammeln Sie Antworten auf dem Whiteboard und klassifizieren Sie sie nach Vor- und Nachteilen.

Erweiterungen & Unterstützung

• Fordern Sie schnelle Schüler auf, eine unbekannte Strukturformel (z. B. ein verzweigtes Alken oder Alkin) zu zeichnen und zu benennen, bevor sie die Reaktionsgleichung für eine Addition an dieser Struktur aufstellen.
• Unterstützen Sie Schüler mit Schwierigkeiten, indem Sie ihnen vorgefertigte Molekülmodelle zum Vergleich geben oder ihnen Schritt-für-Schritt-Anleitungen für das Zeichnen von Strukturformeln an die Hand geben.
• Vertiefen Sie mit leistungsstarken Schülern die Reaktionsmechanismen, indem sie die Addition von Halogenen an verschiedene Alkene und Alkine vergleichen und die Reaktivitätsunterschiede erklären.

Schlüsselvokabular

Alkene	Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindung enthalten. Sie haben die allgemeine Formel CnH2n.
Alkine	Ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die mindestens eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung enthalten. Sie haben die allgemeine Formel CnH2n-2.
Ungesättigte Kohlenwasserstoffe	Kohlenwasserstoffe, die eine oder mehrere Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen. Diese Mehrfachbindungen sind reaktiver als Einfachbindungen.
Additionsreaktion	Eine chemische Reaktion, bei der sich Atome oder Atomgruppen an eine Mehrfachbindung (Doppel- oder Dreifachbindung) anlagern, wodurch die Mehrfachbindung in eine Einfachbindung umgewandelt wird.
Pi-Bindung	Eine Art von kovalenter Bindung, die aus der Überlappung von p-Orbitalen entsteht und bei Doppel- und Dreifachbindungen vorkommt. Sie ist schwächer und reaktiver als eine Sigma-Bindung.