Polymerisationsmodelle
Ein 3D-Druck-Funktionsmodell zur Veranschaulichung von Polymerisationsreaktionen (Polykondensation, Polyaddition, radikalische Kettenpolymerisation).
3D Vorschau
Beschreibung
Dieses 3D-Druck-Modell ist während der Konzeption einer Unterrichtsreihe zum Thema „Kunststoffsynthese“ entstanden. Nachdem sich die Schülerinnen und Schüler innerhalb der Unterrichtsreihe einen Reaktionsmechanismus (Polykondensation, Polyaddition oder radikalische Polymerisation) mit Hilfe eines Informationstextes und eines Legemodells mit Molekülstrukturen „spielerisch“ erarbeitet haben, sind sie mit diesem 3D-Druck-Modell gefordert, ihre neu erworbenen Erkenntnisse zur Kunststoffsynthese auf einer weiteren Ebene, hier über das 3D-Druck-Modell, zu abstrahieren.
Als Inspiration für dieses 3D-Druck-Modell dienten Abbildungen, die ich auf der Internetpräsenz der Mannheimer Schulen entdeckt habe:
Polymerisationsmodelle der Mannheimer Schulen.1
Während das Schema der Polykondensation das Prinzip dahinter bereits ausreichend gut veranschaulicht, fehlen im Schema zur radikalischen Polymerisation und Polyaddition grundlegende Prinzipien, die es zu lösen galt:
Radikalische Polymerisation
- Der Einbezug eines Radikals
- Die Verknüpfung von Monomeren durch das Aufbrechen von C-C-Doppelbindungen
Polyaddition
- Verknüpfung verschiedenartiger Monomere mit zwei funktionellen Gruppen zum Polyaddukt unter Übertragung von Protonen von einer Gruppe zur anderen.
Nach langer Tüftelei konnte ich die genannten Anforderungen lösen und als 3D-Druck-Modell umsetzen. Das Modell zur radikalischen Polymerisation legt den Fokus auf der Verknüpfung von Monomeren durch den Angriff eines Radikals und Aufbrechen von Doppelbindungen, weshalb es für den Nutzer bewegliche Bindungselektronen enthält. Das Modell zur Polyaddition berücksichtigt im Vergleich zum Modell der Mannheimer Schulen die Verknüpfung zweier Monomere unter Übertragung eines Protons.
Wie so üblich haben Modelle auch Nachteile, die über eine umfassende Modellkritik dem Schüler bewusst gemacht werden können. Beispielsweise lässt sich Kritik an dem ausüben, was die Modelle nicht im Stande sind zu veranschaulichen (z.B. detaillierte Molekülstruktur).
Warum Modelle in der Chemie wichtig sind
Eines der Hauptprobleme für das Verständnis von Chemie bei Lernenden ist die Tatsache, dass Atome, Moleküle und Ionen unsichtbare Gebilde sind. Entsprechend basieren Deutungen für Prozesse auf der Teilchenebene eher auf der Vorstellungskraft als auf direkte Beobachtungen. Nicht-interaktive, zwei-dimensionale Visualisierungen (z.B. Abbildungen) scheinen bei den Lernenden jedoch nur wenig zum Lernverständnis beizutragen. Visualisierungen, die jedoch interaktiv sind, bei denen die Lernenden das vorgegebene Model selbst sondieren, beeinflussen und sogar damit „spielen“ können, sind hier weitaus hilfreicher für ein tieferes Lernverständnis. In der Chemiedidaktik hat sich das sogenannte „JOHNSTONE-Dreieck“ als erstes Prinzip bewährt, den Lehrenden und Lernenden eine Verbindung zwischen den in der Chemie üblichen Deutungs- und Abstraktionsebenen zu verdeutlichen: Die Makroskopische (greifbare) Domäne, die submikroskopische (unsichtbare) Domäne auf der Teilchenebene und die symbolische (mathematische) Domäne (vgl. Abb. 1). Gemäß diesem Dreieck beruht das Lernen von Chemie auf einem ständigen Wechsel zwischen den genannten Abstraktionsebenen. Ein mangelnder Wechsel kann zu einem mangelhaften Lernverständnis führen.
JOHNSTONE-Dreieck.
Lernziele
...abstrahieren Reaktionsmechanismen (Polykondensation, Polyaddition, radikalische Polymerisation) zur Verknüpfung von Monomeren zu Polymeren auf ein 3D-Druck-Modell und erläutern seine Funktion.
...diskutieren die Vor- und Nachteile des 3D-Druck-Modells.
...beurteilen Monomer-Bausteine hinsichtlich ihrer Fähigkeit zur Verknüpfung zu Polymeren und benennen begründet den Reaktionstyp.
3D Druck
Drucken Sie das Modell gemäß der Teileliste aus. Die nachfolgenden Druckparameter beziehen sich auf die druckbaren Teile je Set gemäß der Teileliste unter Verwendung eines Prusa MK3S+ Druckers. Die angegebene Fülldichte ist nicht notwendig und kann auch herunterreguliert werden. Druckzeit und Gewicht ändern sich dadurch jedoch nicht merklich. Die modellhaften Kohlenstoffatome und Radikale werden zusammen mit ihren „Elektronen“ print in place gedruckt. Die „Elektronen“ lassen sich im Anschluss mit einem Permanentmarker schwarz einfärben.
Lizenz
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Siehe auch
http://www.mannheimer-schulen.de/lilo/2005-2006/chemie/ zuletzt abgerufen am 05.05.2023, 20:20 Uhr.