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Neue Experimente für den Chemieunterricht getestet

NCG-Schülerinnen und Schüler testen Chemie-Experimente. Rollenwechsel am NCG: Statt Frau Kunze stand Yasemin Yurdanur, Doktorandin der Fachdidaktik Chemie an der Universität Wuppertal, an einem Mittwochmorgen vor dem Grundkurs Chemie der Jahrgangsstufe Q1. Sie hat viel mitgebracht: unterschiedliche Lösungen, jede Menge Taschenlampen und Tablets für jede Schülergruppe. Yasemin Yurdanur forscht am sogenannten Photo-Blue-Bottel-Versuch, kurz PBB-Versuch. Und heute forschen die Schüler mit.

Die Doktorandin entwickelt neue Schülerexperimente für den Chemieunterricht. Derzeit spielt im Lehrplan Chemie die Lichtenergie nur eine kleine Rolle. Das bekannteste Beispiel für die Nutzung von Lichtenergie ist die Fotosynthese. Da aber die Nutzung von Lichtenergie und dessen Umwandlung wichtiger geworden ist und wohl weiter an Bedeutung gewinnt, sind auch neue Unterrichtsmaterialien für den Chemieunterricht notwendig. Denn nur so wird man dem Thema gerecht.

Um das richtige zu entwickeln, fragt man am besten die Betroffenen, also die Schülerinnen und Schüler. Schließlich sollen sie sich mit diesen Inhalten beschäftigen. Dafür muss man zunächst klären, welches Wissen zum Thema Lichtenergie bereits vorhanden ist - das machte Yasmin Yurdanur mit einem Evaluationsbogen. Anschließend führen die Schülerinnen und Schüler den PBB-Versuch mit entsprechender Arbeitsanleitung und Zusatzmaterialien auf den Tablets durch.

Herzstück des PBB-Versuchs ist das Zusammenspiel dreier Lösungen: EDTA (Ethylendiaminotetraessigäure-Dinatriumsalz) als Elektronendonator, MV+ (Methylviologen) als Elektronenakzeptor und PF (Proflavin) als Farbstoff, der die Lichtenergie einfängt. Die Reaktion ist etwas komplex, lässt sich aber auf eine einfache Beziehung runterbrechen. Die zu Beginn gelbe Lösung verfärbt sich durch sichtbares Licht oder UV-Licht blau. Für diesen Farbwechsel ist der Farbstoff Methylviologen (kurz MV+) verantwortlich. Durch die Lichtenergie wird das farblose MV2+ zum blauen MV+ reduziert, d.h. das Molekül nimmt ein weiteres Elektron auf. Somit ist MV+ energiereicher als MV2+.

Die Lichtenergie wird sozusagen durch die Reaktion in chemische Energie umgewandelt und gespeichert. Analog wird bei der Fotosynthese Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt und im Produkt Glucose gespeichert. Glucose ist energiereicher als sein Ausgangsstoff Kohlenstoffdioxid. Schüttelt man die blaue Lösung und vermischt sie so mit dem Sauerstoff aus der Luft, wird die Reaktion rückgängig gemacht. MV+ wird durch den Luftsauerstoff zu MV2+ oxidiert. Die Lösung ist wieder gelb. Dieser Teil des Versuchs bildet die sogenannte Zellatmung nach. Hierbei verstoffwechseln Lebewesen Glucose mit Hilfe von Sauerstoff zu Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) und Kohlenstoffdioxid.

So kann das Experiment als Modellversuch zur Veranschaulichung der Fotosynthese im Biologieunterricht dienen. Es bieten sich aber auch zahlreiche Möglichkeiten für den Chemieunterricht an. So sollen die Unterrichtsmaterialien künftig gleich mehrfach Verwendung finden. Das Experiment kann im Chemieunterricht der EF z.B. das Themengebiet "Stoffkreisläufe" gut veranschaulichen. Es ist aber auch einsetzbar - wie der Chemie GK Q1 zeigt - im Bereich der Elektrochemie. Mit Hilfe des PBB-Versuchs lässt sich eine sogenannte Konzentrationszelle bauen, mit der man tatsächlich elektrische Energie gewinnen kann. Somit lassen sich Redox-Prozesse sowie Energiekonversion und Energiespeicherung an diesem Modellexperiment erlernen.

Aber auch der Grundkurs Chemie der Q2 durfte ein Experiment in einem anderen Kontext testen. Eine zweite Versuchsreihe zum Thema Photolumineszenz testet Yasemin Yurdanur derzeit. So konnte der Grundkurs der Q2 kurz vor dem Abitur noch mal ein Anwendungsbeispiel zum Energiestufenmodell und dem Basis-Konzept "Struktur-Eigenschaftsbeziehung" ausprobieren und ein Feedback geben. Sie gingen dem Phänomen auf den Grund, welche Bedingungen in der Molekülstruktur gegeben sein müssen, damit ein Stoff fluoresziert oder sogar phosphoresziert.

Damit waren die Schülerinnen und Schüler gleich doppelt erfolgreich: Sie haben selbst was gelernt und konnten zur wissenschaftlichen Forschung beitragen. Auch wenn sie selbst als Schülerin oder Schüler davon nicht mehr profitieren.

Text und Fotos: S. Kunze

   

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