Fachdidaktik II SS 2014
Übung 1: Wasserstoffbrücken oder van-der-Waals-Kräfte
Ich möchte im folgenden eine Unterrichtssequenz von 2 Lektionen vorstellen, in der die Wasserstoffbrücken als wichtigste zwischenmolekulare Kraft vorgestellt werden.
a) Unterrichtseinstieg
Den Schülern und Schülerinnen wird mittels PowerPoint das folgende Comic präsentiert:
Der Vater von Calvin scheint von seiner Behauptung überzeugt zu sein. Calvin hingegen ist skeptisch. Auf welche Seite stellen Sie sich?
Gehen wir der Sache auf den Grund... (Hinführung zum Thema der Lektion: Die Wasserstoffbrücke)
b) Lehrervortrag
Die SuS kennen bereits die Dipol-Dipol-Wechselwirkung als zwischenmolekulare Kraft. Im folgenden wird nun eine weitere Art von ZMK vorgestellt: die Wasserstoffbrücke. Diese könnte z.B. durch den Vergleich der Siedetemperaturen von H2S und H2O (beide Dipol- Moleküle) eingeführt werden.
Die Wasserstoffbrücke kann in folgende zwei Halbbrücken aufgeteilt werden:
Positive Halbbrücke:
Ein Wasserstoff-Atom als positiver Pol in einer stark polaren Kovalenzbindung, d.h. ein Wasserstoff-Atom, das an ein F-, O- , Cl- oder N-Atom gebunden ist. Das Molekül als Ganzes muss aber nicht zwingend ein Dipol sein.
Negative Halbbrücke:
Ein freies Elektronenpaar eines stark elektronegativen Atoms. Vorallem bei F-, O-, N- Atomen, Cl-Atome sind seltener. Auch hier muss das Molekül als Ganzes nicht zwingend ein Dipol sein, z.B. CO2.
Die Wasserstoffbrücke wird nur dann ausgebildet, wenn beide Halbbrücken möglich sind.
Kann ein Molekül sowohl positive wie auch negative Halbbrücken ausbilden, so können Patrick Schmartz
1
Fachdidaktik II SS 2014
gleichartige Moleküle untereinander H-Brücken ausbilden. Ist hingegen nur eine der beiden Halbbrücken möglich, so kann das Molekül erst dann H-Brücken bilden, wenn es auf eine zweite Molekülsorte trifft, welche die andere Halbbrücke zur Verfügung stellt.
Im Unterschied zu der Dipol-Dipol Wechselwirkung können Wasserstoffbrücken in fast beliebiger Anzahl auftreten.
(Die Wasserstoffbrücken werden hier ausführlich anhand von Wassermolekülen erklärt.
Hierzu würde ich entweder die Wandtafel benutzen oder eine PowerPoint-Präsentation vorbereiten. Alle wichtigen Begriffe werden eingeführt. Hier könnten auch bereits die physikalischen Eigenschaften (z.B. unterschiedliche Siedepunkte von Stoffen) thematisiert werden.
c) Lernübung
Als Input gilt das vorherige, ausführlich erklärte Beispiel der Wasserstoffbrücken zwischen den Wassermolekülen.
a) Zeichnen Sie in der ersten Spalte jeweils zwei Moleküle in der Lewisschreibweise und, falls vorhanden, eine Wasserstoffbrücke.
b) Markieren Sie bei jedem Molekül die positive Halbbrücke rot und die negative Halbbrücke blau. Die gesamte Anzahl möglicher H-Brücken pro Molekül soll in der zweiten und dritten Spalte angegeben werden (nur für die ersten vier Beispiele).
Summenformel Anzahl positive
Halbbrücken Anzahl negative Halbbrücken CH
3OH
CH
3NH
2CH
2O
CO
2Patrick Schmartz
2
Fachdidaktik II SS 2014
H
2O / CH
2O
NH
3/ CO
2(Die Übung wird anschliessend mit den SuS diskutiert und auf mögliche Schwierigkeiten eingegangen.)
d) Die Bedeutung von
Wasserstoffbrücken in der Natur - Anomalie des Wassers
Patrick Schmartz
3
Fachdidaktik II SS 2014
An dieser Stelle wird nun die ursprüngliche Fragestellung von Calvin wieder aufgegriffen und die richtige Antwort wird mit den Schülern zusammen diskutiert.
Hier würde ich auch eine Animation zu dem gezeigten Bild zeigen (www.chemie- interaktiv.net). Auch kann man zu diesem Zeitpunkt auf die Folgen für biologische Systeme eingehen.
- Weitere Beispiele:
Abschliessend würde ich auch noch erwähnen, dass H-Brücken eine fundamental wichtige Rolle spielen bei der Basenpaarung von DNA-Molekülen sowie bei der Faltung von Proteinen. Dazu würde ich eine PowerPoint-Präsentation mit schönen Bildern vorbereiten.
Auch würde ich an dieser Stelle etwas über die Oberflächenspannung erzählen und dies mit einem eindrücklichen Video veranschaulichen.
Patrick Schmartz
