Was Sie zum Thema wissen müssen
Die Elementfamilie der Halogene
Die chemischen Elemente Fluor, Chlor, Brom, Iod, Astat und das 2010 erstmals künstlich er
zeugte, sehr instabile Tennessin gehören zur siebten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente und werden als Halogene bezeichnet. Astat und Tennessin sind aufgrund ihrer Ra
dioaktivität für den ChemieAnfangsunterricht jedoch ungeeignet und werden in dieser Einheit nicht weiter beleuchtet.
Welche Stoffeigenschaften charakterisieren die Elementfamilie der Halogene?
Bei den Halogenen handelt es sich um sehr reaktionsfähige Stoffe. Aufgrund dieser Eigenschaft kommen sie in der Natur nur in Verbindungen vor, oft als Salze (Halogenide) in Verbindung mit Alkali oder Erdalkalimetallen. Insbesondere NatriumHalogenSalze (Natriumhalogenide) sind häuig anzutreffen. Ein nicht unbeträchtlicher Teil der Halogenide ist im Meerwasser gelöst.
Halogene gehören zu den Nichtmetallen, sind giftig, farbig (Fluor = schwach gelblich, Chlor
= gelbgrün, Brom = rotbraun, Iod = grau, bildet violette Dämpfe) und haben einen stechenden Geruch. Unter „Normalbedingungen“ liegen Fluor und Chlor gasförmig, Brom lüssig und Iod als Feststoff vor. Mit zunehmender Ordnungszahl nehmen Schmelz- und Siedepunkt zu, während die Reaktivität abnimmt.
Elementare Halogene liegen in Form von zweiatomigen Molekülen vor, die HalogenHalogen
Verbindung ist jedoch nicht besonders stabil.
Aus der Stellung der Halogene im Periodensystem lässt sich ablesen, dass sie sieben Valenz- elektronen haben und somit durch Aufnahme eines einzigen Elektrons Edelgaskoniguration erreichen. Dies erklärt ihre hohe Reaktivität. Nehmen sie ein Elektron auf, bilden sie Halogenid- Ionen (X–). Fluor ist das Element mit der höchsten Elektronegativität und Reaktivität von allen Elementen.
Obwohl die elementaren Halogene für uns gesundheitsschädlich bis stark giftig sind, haben viele ihrer Verbindungen eine teilweise essentielle Bedeutung für unser Leben. Fluor ist in Knochen und Zahnschmelz enthalten. Das ChlorSalz Natriumchlorid (Kochsalz) ist der für uns wichtigste Mineralstoff. Es hat wichtige biologische Funktionen, insbesondere bei der Steuerung des Wasserhaushalts im Körper. Brom ist für Tiere nur in Spuren essentiell. Iod ist ein unverzichtbarer Bestandteil bei der Produktion der Schilddrüsenhormone. Bei Iodmangel vergrößert sich die Schilddrüse und ein Kropf entsteht.
Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung
Voraussetzungen der Lerngruppe
Die Elementgruppen der Alkali- und Erdalkalimetalle sollten den Schülerinnen und Schülern*
bekannt sein (Namen und Symbole der einzelnen Elemente, ähnliche Eigenschaften innerhalb einer Gruppe). Auch die Elementsymbole der wichtigsten Elemente sollten die Lernenden ken
nen. Zudem sollten Ihre Schüler über den Zusammenhang zwischen Aufbau der Atomhülle und der Ordnung des Periodensystems (Hauptgruppen – Außenelektronen/Periodennummer – Anzahl Schalen) Bescheid wissen.
Neben den fachlichen Kenntnissen sollte der Lerngruppe das selbstständige Arbeiten in ko- operativen Lernformen bekannt sein. Auch sollte sie im Umgang mit Texten geübt sein.
* Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur „Schüler“ verwendet.
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Aufbau der Unterrichtseinheit
Der Einstieg in die Unterrichtseinheit erfolgt mit Farbfolie M 1, die Abbildungen verschiede
ner Verwendungszwecke von Halogenen im Alltag zeigt. Alternativ oder zusätzlich können Sie verschiedene Alltagsgegenstände mitbringen, die Halogene enthalten. Die Suche nach Gemeinsamkeiten der (abgebildeten) Gegenstände lenkt die Aufmerksamkeit der Schüler auf die Halogene. Visualisieren Sie dann den ElementGruppennamen sowie die enthaltenen Ele
mente (Name und Elementsymbol). Im Gruppenpuzzle zu den Halogenen (Anleitung M 2) erhalten die Schüler, die in 2 x vier Gruppen aufgeteilt sind, das Aufgabenblatt M 3 und die Basisinformationen zu „ihrem“ Halogen (M 4–M 7), um einen Steckbrief zu erstellen. Falls die Möglichkeit besteht, kann das Gruppenpuzzle um eine Internetrecherche erweitert werden, in der die Expertengruppen weiterführende Informationen über „ihr“ Halogen im Internet recherchieren. Anschließend bearbeiten die Schüler das Arbeitsblatt M 9 gemeinsam in der Stammgruppe. Das Gruppenpuzzle ohne Internetrecherche nimmt, je nach Fähigkeit der Klasse, etwa drei Stunden in Anspruch.
Das Bingospiel M 10–M 12 dient der spielerischen Lernerfolgskontrolle am Ende der Einheit.
Üben
Angebote zur Differenzierung
Eine Differenzierung kann schon über die Einteilung der Gruppen erfolgen. Ordnen Sie gezielt starke und schwache Schüler zusammen in eine Gruppe, so können die Schüler sich gegen
seitig unterstützen.
Sie haben die Gruppeneinteilung den Schülern überlassen und es hat sich eine Gruppe mit mehreren eher schwachen/unsicheren Schülern gebildet? Dann sorgen Sie dafür, dass die
se Gruppe das Thema Chlor (M 5) erhält. Erfahrungsgemäß führt der hohe Alltagsbezug (Schwimmbadgeruch, Speisesalz ...) und die große Zahl an Anwendungsmöglichkeiten des Chlors bei den Schülern zu mehr Sicherheit und besseren Ergebnissen.
Schüler, die Schwierigkeiten haben, geeignete Internetadressen zu inden, erhalten bei der Internetrecherche Unterstützung durch die Tippkarten M 8. Sollte eine Gruppe wesentlich schneller fertig sein als erwartet, bitten Sie die Gruppe, sich Übungsaufgaben/Fragen zu „ih
rem“ Halogen auszudenken.
Ideen für die weitere Arbeit
Schließen Sie die Untersuchungen der Elementfamilien mit den Edelgasen ab. Das Wissen um die Besonderheiten der Edelgase vermittelt den Schülern ein besseres Verständnis für Atombindungen.
Trainieren Sie anhand der Salzbildung das Aufstellen von Reaktionsgleichungen. Stetige Wie
derholung festigt die bereits erworbenen Kenntnisse der Schüler.
Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler
Die Schüler …
• nennen die Elemente der Halogene und beschreiben ihre typischen Stoffeigenschaften.
• ordnen die Halogene gemäß ihrer chemischen Reaktivität.
• beschreiben, veranschaulichen und erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache.
• lesen neue Informationen aus einem Text heraus und vermitteln diese ihren Mitschülern.
• arbeiten mit anderen Schülern ziel und aufgabenorientiert zusammen.
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Eine extreme Familie –
die Halogene im Gruppenpuzzle erforschen
Ein Beitrag von Anke Schmitz, Friesenhagen Mit Illustrationen von Julia Lenzmann, Stuttgart
D
ie hohe Reaktivität und Giftigkeit der Halogene machen eine experimentelle Untersuchung der Elementgruppe im Unterricht nahezu unmöglich. Ihre Verbin
dungen allerdings sind für uns teilweise le
bens notwendig und begegnen uns überall im Alltag. Schon allein aus diesem Grund sind die Elemente der siebten Hauptgruppe einen näheren Blick wert.
Im Gruppenpuzzle erfahren Ihre Schüler an
hand spannender InfoTexte Eigenschaften und Verwendungszwecke der Halogene Fluor, Chlor, Brom und Iod. Im Selbsttest und Ha
logeneBingo werden die Erkenntnisse dann gefestigt.
Das Wichtigste auf einen Blick
Klasse: 8/9
Dauer: 4 Stunden (Minimalplan: 2) Kompetenzen: Die Schüler …
• nennen die Elemente der Halogene und beschreiben ihre typischen Stoffeigen
schaften.
• ordnen die Halogene gemäß ihrer chemi
schen Reaktivität.
• beschreiben, veranschaulichen und er
klären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache.
Übungsmaterialien:
• Gruppenpuzzle zu den Halogenen mit InfoTexten zu:
Fluor
Brom
Chlor
Iod
• Jetzt weiß ich’s! – Die Elementfamilie der Halogene
• HalogeneBingo – wer gewinnt die Run
de?
Kochsalz (Natriumchlorid) ist die wohl bekannteste Halogenverbindung aus dem Alltag.
Mit einem Halogene-Bingo
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Foto: Thinkstock/iStock
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Die Einheit im Überblick
FO = Folie AB = Arbeitsblatt LEK = Lernerfolgskontrolle TK = Tippkarte
Stunden 1–3: Die Elementfamilie der Halogene – ein Gruppenpuzzle M 1 (FO) Was haben diese Bilder gemeinsam?
M 2 (AB) Die Halogene im Gruppenpuzzle erforschen – so geht’s
M 3 (AB) Eine extreme Familie – die Halogene im Gruppenpuzzle erforschen M 4 (AB) Leicht und reaktionsfreudig – das Element Fluor
M 5 (AB) Gelbgrün und bleichend – das Element Chlor M 6 (AB) Schwer und flüssig – das Element Brom
M 7 (AB) Weniger reaktionsfreudig und fest – das Element Iod M 8 (TK) Tippkarten für die Internetrecherche
M 9 (AB) Jetzt weiß ich’s! – Die Elementfamilie der Halogene
Stunde 4: Fluor, Chlor, Brom und Iod – eine extreme Familie M 10 (LEK) Halogene-Bingo – wer gewinnt die Runde?
M 11 (LEK) Halogene-Bingo – leeres Bingo-Raster M 12 (LEK) Halogene-Bingo – gesuchte Begriffe
Minimalplan
Die Zeit ist knapp? Dann kommen Sie mit nur zwei Stunden aus, indem Sie auf die Internet- recherche verzichten und die Expertengruppen ihre Ergebnisse anhand von Stichwörtern auf einer Folie festhalten und präsentieren. Das Arbeitsblatt M 9 kann dann als Hausaufgabe erledigt werden. Das Halogene-Bingo M 10–M 12 entfällt.
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M 1 Was haben diese Bilder gemeinsam?
Fotos: 1, 2, 4: Colourbox, 3, 5, 6: Thinkstock/iStock; 4: Thinkstock/Photodisc, 8: wikimediacommons CC by SA 2.5
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M 5 Gelbgrün und bleichend – das Element Chlor
Chlor ist das zweite und bekannteste Element der Gruppe der Halogene. Man kennt seinen typischen Geruch aus dem Schwimmbad oder aus aggressiven Putzmitteln.
Aufgabe 1
Lest euch den Info-Text durch und unterstreicht die wichtigsten Aussagen.
Wusstest du schon, …
… dass unser Magensaft eine besonders hohe Chloridkonzentration enthält?
Aufgenommen wird das Chlorid überwiegend als Natriumchlorid (Kochsalz).
Chlor (griechisch chloros = gelbgrün) ist ein gelbgrünes Gas. Bei Zimmertemperatur liegt das Gas als Molekül aus zwei Atomen vor, das heißt, immer zwei Atome sind zu einer Einheit verbunden. Die Molekülformel lautet daher Cl2.
Wie alle Halogene ist Chlor sehr reaktions- freudig, daher kommt es in der Natur nur in Verbindungen vor. Die wohl bekannteste Verbindung ist Natriumchlorid – Kochsalz.
Kochsalz ist für uns Menschen lebensnot- wendig. Wir benötigen es bei der Verdauung und im Nervensystem. 2 bis 3 g davon sollte man am Tag zu sich nehmen – mehr ist aller- dings wieder schädlich.
Den typischen Geruch von Chlor kennt man von gechlortem Wasser aus dem Schwimm- bad. Es wirkt desinfizierend und tötet Bak- terien und Krankheitserreger ab. Beim Um- gang mit Chlor sind wegen seiner Giftigkeit besondere Schutz- und Vorsichtsmaßnah- men notwendig. Schon weniger als ein Pro- zent Chlor in der Luft kann beim Menschen
rasch zum Tode führen, da es Luftwege und L u n g e n b l ä s - chen verätzt.
Eines der dunk- len Kapitel der Chemie ist die Ve r w e n d u n g von Chlorgas
als chemischer Waffe. Dies geschah erst- mals im April 1915 in der Nähe der Stadt Ypern in Flandern.
Obwohl Chlor so giftig ist, wird es häufig zum Bleichen von Papier und Textilien ver- wendet. Inzwischen ist der Einsatz von Chlor aufgrund seiner umweltschädlichen Eigen- schaften sehr umstritten. In der Industrie ist es jedoch eines der wichtigsten Grund- chemikalien und wird für die Herstellung vieler wichtiger Stoffe benötigt, z. B. PVC (ein Kunststoff), Salzsäure, Bleichmittel und Desinfektionsmittel.
Chlor ist das zweite Element in der Gruppe der Halogene.
Glasampulle mit Chlorgas Schwimmbadwasser wird mithil- fe von Chlorzusatz von Bakterien befreit.
Bankkarten sind meist aus PVC.
Fotos: links: http://images-of-elements.com, Mitte: Colourbox, rechts: Thinkstock/iStock
Bild: Thinkstock/iStock
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M 10 Halogene-Bingo – wer gewinnt die Runde?
Hast du dir die wichtigsten Dinge zu den Halogenen gut eingeprägt? In diesem Bingospiel testest du dein Wissen.
Aufgabe
Wähle 9 der unten stehenden Begriffsdefinitionen aus, von denen du sicher bist, die richtige Antwort zu kennen, und übernimm die gesuchten Begriffe willkürlich in dein Bingo-Raster.
