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Die Atombindung (Elektronenpaarbindung)

Carsten Jagusch, Christian Findeis, Christina Nadler, Juliane Maderegger
Unterrichtsentwurf im Rahmen des "Seminar zur Didaktik der Chemie I"

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1. Lehrplanbezug und Lernziele

Die Behandlung des Themas "Elektronenpaarbindung" erfolgt im Chemieunterricht der 9. Jahrgangsstufe (Bayerische Realschulen) im Rahmen des Lehrplan-Themenbereichs 9.2 Atombau, Periodensystem und chemische Bindung.

Hier sollen die Schüler verstehen (Lernziele):

1. daß Atome im Molekül durch Bindungen zusammengehalten werden.
2. Die Ursache dafür sollen sie darin erkennen, daß eine voll besetzte Außenschale einen besonders stabilen Zustand für das Atom darstellt.
3. Im weiteren Verlauf sollen die Schüler die Valenzstrichschreibweise als Vereinfachung gegenüber der Elektronenschreibweise kennenlernen.

Vorwissen: Aus vorhergehenden Stunden ist den Schülern bereits das Teilchenmodell bekannt und damit auch der Aufbau der Materie aus Atomen und Molekülen. Weiterhin kennen sie den Atomaufbau in Form des Kern-Hülle-Modells und das Periodensystem und die daraus ablesbaren Eigenschaften der Elemente.

Ausblick: In den folgenden Stunden werden noch die polare Atombindung und die Ionenbindung behandelt.

Das Ziel der Stunde wird am Beispiel des Fluor-Moleküls erarbeitet.

2. Unterrichtsverlauf

2.1.  Lernziel 1

Modell 1: Zur Herstellung des Problembezugs sollen die Schüler aus Kugeln und Stäbchen ein Fluor-Molekül F2 aufbauen (Strukturmodell aus Kugeln und Stäbchen). Dazu muß der Lehrer für je zwei Schüler einen Molekülbaukasten zur Verfügung stellen und sie anleiten aus Stäbchen und Kugeln das Modell eines Fluormoleküls aufzubauen. Durch das Modell sollen sie eine Vorstellung von den Verhältnissen im Molekül gewinnen: Sie sollen die Kugeln als Atome und die Stäbchen als Bindungen erkennen. Es wird erarbeitet, daß dem konkreten Modell eine Entsprechung in der Wirklichkeit gegenüberstehen muß. Problemfrage: Wie sieht diese Wirklichkeit aus?
Modell 2: Zur Verdeutlichung sollen zwei Schüler in einem antropomorphen Modell die Verhältnisse im Molekül nachspielen. Dabei stellt der Körper des Schülers das Atom dar. Indem sich beide eine Hand reichen kommt die Bindung zustande. (Es wird später zu diskutieren sein, welche Entsprechungen der andern, noch freien Hand und den Beinen zukommt.)

Lernzielkontrolle 1: Reproduktion

2.2. Lernziel 2

Durch das Darlegen von reaktionsträgen und reaktionsfreudigen Atomen im PSE und die Overlay-Folie 1 soll klar werden, daß das Reaktionsverhalten nur von den Außenelektronen (Begriff Valenzelektronen) abhängt und immer eine voll besetzte Außenschale als besonders stabiler Zustand angestrebt wird.

Overlay-Folie 1

Die beiden oberen Elektronenschalen-Modelle von zwei  Fluoratomen werden als Einzelfolien vorgelegt.

Die Schüler sollen durch Übereinanderschieben der Einzelfolien auf dem OHP erarbeiten, wie jedes Atom im Molekül seine abgeschlossene Außenschale erreicht.

Dies ist genau dann erreicht, wenn jedes Atom ein Elektron zur Bindung zur Verfügung stellt.

Im Anschluß wird die Valenzelektronenschreibweise eingeführt. Die Atombindung wird definiert als Bindung zwischen zwei Nichtmetallen mit dem Ziel der Bildung einer voll besetzten Außenschale.

Lernzielkontrolle 2: Das Prinzip der Atombindung und der Valenzelektronenschreibweise wird an den Beispielen I2, CH4 und HCl vertieft.

 
2.3. Lernziel 3

Bei der Einübung der Atombindung (Lernzielkontrolle 2) erkennen die Schüler, daß man eine einfachere Schreibweise braucht. Der Begriff 'Valenzstrich' (= 2 Elektronen) wird analog zum 'Valenzelektron' eingeführt. Außerdem werden der Begriff ‚Elektronenpaarbindung‘ und der Unterschied zwischen bindenden und freien Elektronenpaaren erklärt.

Lernzielkontrolle 3: Die Valenzstrichschreibweise wird an den Beispielen I2, NH3 und Xe eingeübt. 

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Hausaufgabe: Die Schüler sollen die Moleküle Cl2, H2O, O2 in Elektronen- und Valenzstrichschreibweise im Heft formulieren.

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Die Beispiele der Hausaufgabe dienen der Hinführung zur nächsten Unterrichtseinheit, in der Mehrfachbindungen und die polare Atombindung behandelt werden sollen.

 

3. Hefteintrag

Die Atombindung

Die meisten Elemente des PSE liegen in der Natur gebunden vor, d. h. in Form von Verbindungen. Ursache ist das Streben nach einer vollbesetzten Außenschale (Valenzelektronenschale) und einem stabilen (energiearmen) Zustand (Oktettregel). Bei der Atombindung wird das Oktett durch ein gemeinsames Elektronenpaar zwischen zwei Atomen erreicht.

Nichtmetallatome verbinden sich über Atombindungen.

(Valenz-)Elektronenformel:

fluor_e.gif (3129 bytes)

Beispiele:

hcl.gif (2458 bytes)methan.gif (4492 bytes)

Valenzstrichschreibweise (1 Strich = 2 Valenzelektronen)

fluor_v.gif (4103 bytes)

Beispiele:

 

iod_v.gif (2645 bytes)

 

nh3.gif (2872 bytes)

xenon.gif (2232 bytes)

 

4. Literatur

Bayrisches Staatsministerium für Unterricht, Kultus, Wissenschaft und Kunst "Lehrplan für die bayrische Realschule", München 1993.

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