Beschreibung und Anweisung für die Directorprogramme

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Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Mai 2014
Visualisierungen mit Hilfe von Computerprogrammen
Beschreibung und Anweisung für die Directorprogramme
Fassung Mai 14 (Fachdidaktik Chemie)
Visualisierungen mit Hilfe von Computerprogrammen ersetzen nicht die Experimente oder
die Arbeiten in der Klasse. Sie sind höchstens ergänzende Mosaiksteinchen, welche die
Vorstellungen über den Aufbau der Materie, die Abläufe in der Biosphäre usw. ergänzen und
festigen. Solche Programme sollen nie lektionenfüllend, sondern immer nur punktuell,
ergänzend und im passenden Zusammenhang eingesetzt werden.
Wichtige Hinweise:
- Aus allen Programmen kommen Sie jederzeit mit der Tastenkombination ctrl + .
(Punkt) oder mit „esc“ wieder auf das Desktop
- Die Programme wurden alle für das „windows“- Betriebssystem entwickelt. Die MacVersionen können deshalb kleinere oder grössere Fehler enthalten. Insbesondere
laufen gewisse Sequenzen deutlich langsamer ab als auf einem PC (Beispiele:
„Titration“, „Beugung am Spalt“). Für das Abspielen muss auf dem Mac-Computer
„Shockwave“ installiert sein (vgl. Installationsprogramm im Ordner „Programme fuer
Mac“).
- Falls Sie ein Programm nicht starten können, kann es daran liegen, dass es zu tief
verschachtelt ist. Ziehen Sie dann einfach das Programm in einen Ordner weiter oben,
z.B. direkt auf dem Desktop.
- Die neueren Programme wurden so gestaltet, dass grün-unterlegte Buttons oder
Texte durch den Programmablauf führen. Rosa-unterlegte Buttons leiten auf
Verzweigungen mit Zusatzinformationen, von welchen aber jederzeit ins
Hauptprogramm zurückgekehrt werden kann. Über das „Menü“ oder die grauunterlegten Buttons kann aber auch individuell navigiert werden.
Die meisten Programme findet man vorläufig und bis auf weiteres auf der Website des Autors
(www.klangheimlich.ch/chemie/). Klicken Sie auf „Download“ und wählen Sie. Die
Programmsammlung ist im Aufbau und wird ständig erweitert.
Rückmeldungen (Kritik, Verbesserungsvorschläge und Ermunterung, Problemmeldungen)
freuen den Autor
H.U. Ehrensperger
Am Stadtbach 7
8500 Frauenfeld
e-mail: [email protected]
Informationen zum Atomarium
Atomarium bezeichnet ein Computerprogramm, das chemische und physikalische Phänomene
auf atomarer Ebene simuliert und eindrücklich visualisiert. Es ist für den Einsatz im
Unterricht an Mittelschulen vorgesehen und vielfach erprobt.
Nähere Informationen zum Umfang, den Möglichkeiten des Programms und den
Kaufbedingungen erhalten Sie unter
http://www.atomarium.ch/home/index.html
oder bei H.U. Ehrensperger.
1
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Mai 2014
Inhaltsverzeichnis (Überblick)
Themenbereich
Programmtitel
Grundlagen
- kovalente Bindung 13
- Energieumsatz bei
Salzbildung 13
- Gitterkräfte Überblick
- Gitterbausteine mit Formel
11
- Gleichgewicht 13
Rating *
des Autors
10
8
5
7
10
Säure/BaseReaktionen
-
Säure_Base-Einstieg 11
pH-Spiel 06
alpha-pH-Diagramm 13
Titration 11
Titration mit Puffer 2011
Titration mit Teilchen 2011
Titrationskurve 2013
6
10
10
10
10
8
10
Redox-Reaktionen
- Bleiakku 06
- Potenzialschema Bleiakku 13
- Brennstoffzelle 11
8
10
10
Organische
Chemie
-
6
7
5
8
6
Bio-Chemie
- Proteinbiosynthese Jan.13
- Enzymanimation
Chymotrypsin 13
- Acetylcholinrezeptor
- Farbenlehre 13
- Filter Photosynthese 13
- Photosynthese
- Nervleitung
10
10
Quantenchemie
-
Beugung am Spalt 06
Elektronenbeugung 13
stehende Welle 06
Orbitalueberlappung 13
10
10
10
8
Analytik
- AAS red 06
- Spektrometrie
- UVvis- Spektralphotometer
5
4
5
Radikalsubstitution 13
Nomenklatur 06
E-Z-Isomerie 13
Retinal 11
Kohlenwasserstoff Übersicht
Ihre eigene Beurteilung
6
10
7
10
8
*) Rating des Autors: die Zahl ist eine Kombination aus Qualitätsbeurteilung und „Brauchbarkeit“ im Unterricht;
dabei bedeutet die Zahl „10“, dass der Autor dieses Programm in jeder Klasse beim entsprechenden Thema
eingesetzt hat.
2
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Titel
Kurzbeschrieb Einsatz
Gebrauchsanweisung
Mai 2014
Bemerkungen
Grundlagen
kovalente
Bindung 13
Kräfte
zwischen 2
H-Atomen
und Energiezustände als
Funktion des
Abstandes
führen zum
Erlebnis des
Energieminimums
Einführung
des Bindungsbegriffs :
Elektronenpaar- oder
kovalente
Bindung.
Der Stabilitätsgedanke wird
mit Hilfe von
mechanischen
Beispielen
(Luftballon
klebt an der
Wand;
anschliessend
2 Wägelchen
--------->
Es ist wohl sinnvoll, zuerst die Anziehungs- und Abstossungskräfte
zu zeigen, welche unterschiedlich stark vom Kern-Kern-Abstand
abhängig sind. Die violette Summe zeigt die Resultierende. Ist diese
gleich null, so entspricht dies einem Energieminimum (lässt sich
zeigen durch Zuschalten der Gesamtenergie). Man kann dann auch
die Kräfte entfernen (Klick auf Button „Kräfte zeigen“) und das
Ganze mit den Energieanteilen darstellen. Mit Klick mit der rechten
Maustaste auf das bewegliche H geht dieses von selbst in den
energieärmsten Zustand (und schwingt dort um die Minimumlage;
dies kann durch Cursor über den H-Atom abgestellt werden). Bei
kleiner Dämpfung wird gezeigt, dass es für die beiden Atome gar
nicht so leicht ist, ihre hohe Energie nach aussen abzugeben.
-------------------------------------------------------------------------------auf V-förmiger Schiene erfahren Anziehungs- und Abstossungskräfte
und bleiben dann stabil) gefestigt. Kräfte kann man spüren;
Energiezustände sind nur indirekt erfassbar. Hier hilft die grafische
Darstellung des Energieminimums im Programm.
Energieumsatz bei
Salzbildung
13
Einzelne
Energiebeträge
werden als
Pfeile zu
einem BornHaberKreisprozess
zusammengesetzt
Ionenbindung;
Stabilität von
Salzen
Ablauf: RealExperiment
(Mg verbrennen im Sauerstoffstrom).
Ersetzen des
realen
Vorgangs
durch
hypothetische
Teilschritte:
Entwicklung
an der Tafel.
Kontrollfrage:
wo am
Tafelbild ist
die helle
Flamme
sichtbar?
Jetzt mit Hilfe
des
Programms
begründen,
weshalb die
Ionen gerade
diese
Ladungen
tragen.
Die Startseite stellt die Frage, welche Ionen gebildet werden, wenn
ein Metall mit einem Nichtmetall (Beispiel: Mg und O2) reagiert und
ein Salz bildet. Die zweite Seite zeigt die möglichen Ionen in einer
Kugelwolkenmodell-Darstellung. Die Radien sind teils berechnet,
teils abgeschätzt. Man beachte, dass die Radien sprunghaft ändern,
falls eine Schale ganz geleert oder neu angebrochen wird. Die
übernächste Seite zeigt die Reaktionsgleichung (ohne Stöchiometriefaktoren, um den Blick auf das Wesentliche zu konzentrieren).
Auf der Hauptseite erscheint eine Reihe von Buttons:
Sub. M = Sublimationsenergie Metall
I.E. = Ionisierungsenergie
B. E. = Bindungsenergie
G.E. axb : Gitterenergie für die Ionen Mga+ und Ob-.
netto = Nettoenergieumsatz.
Durch Anklicken des Buttons erscheint in der Mitte des Bildes ein
entsprechend grosser roter (Aufwand) oder blauer (Ertrag) Pfeil. Der
Pfeil kann am Schaft (nicht an der Spitze) gepackt und an den
gewünschten Ort verschoben werden. Durch nochmaliges Anklicken
des Buttons verschwindet der Pfeil samt den Beschriftungen wieder.
Die Pfeillängen sind gemessen bzw. berechnet, bei hypothetischen
Ionen sind sie abgeschätzt. Klicken auf den Namen des entstandenen
Teilchens lässt eine Kugelwolkendarstellung erscheinen bzw.
verschwinden.
Durch Anklicken des Buttons „netto“ erscheint ein Pfeil, der den
Energieunterschied zwischen G.E. und Sub. M darstellt.
Wählt man nicht die je zweifach geladenen Ionen, sondern z.B. nur
das Mg+, so ist zwar der Aufwand viel kleiner, aber auch die
Gitterenergie (kleinere Ladung und grösserer Ionenradius (vgl. auch
Bilder auf der zweiten Seite). Die Möglichkeit des Gruppierens
erleichtert das Verschieben. Die Möglichkeit des „zooms“ erlaubt
auch besonders grosse Energiebeträge darzustellen.
Gitterkräfte
Überblick
Powerpointartige
Darstellung
aller
Gitterkräfte
Zum
Abschluss der
Bindungslehre
oder als
Repetition
Das Programm ist zu
behandeln wie eine
PP-Präsentation:
Klick in das Bild
bringt das nächste
Bild.
3
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Gitterbausteine mit
Formel 11
Gleichgewicht
13
Das
Programm
fragt nach
Gitterbausteinen und
Gitterkräften
Das
Programm
zeichnet
Reaktionsgeschwindigkeit/ ZeitDiagramme
auf.
Übungsprogramm für die
Klasse
Einführung des
Gleichgewichtes
Es werden die
notwenigen (rev.
Reaktion, isol.
System) und die
notwendigen und
hinreichenden
Bedingungen für
das chemische
Gleichgewicht
erarbeitet. Die
letzte Bedingung,
nämlich dass der
Konzentrationsquotient gleich
einer Konstanten
sein muss, lässt
man an Hand des
Programms
erforschen.
In anschliessenden Lektionen
werden Folgen
der Störung des
Gleichgewichtes
im Experiment
selbst erlebt und
mit Hilfe des Programms erklärt.
Die Erfahrung zeigt, dass sich die
Schülerinnen und Schüler häufig nicht im
Klaren darüber sind, welche Teilchen bei
den unterschiedlichen Verbindungsklassen
an den Gitterplätzen sitzen bzw. bei
Flüssigkeiten oder Gasen sich +/- frei
bewegen.
Das Programm ist dreigeteilt. Zuerst erkennen die Lernenden, dass die Konzentrationen im Gleichgewicht gewissen Regeln
genügen (Konzentrationen im Gleichgewichtszustand lassen sich mit „Resultate
zeigen“ darstellen und entfernen); sobald
der Quotient als Kriterium erkannt ist, kann
er mit der Taste „mit Q“ eingeblendet werden: jetzt ist Gleichgewicht dann erreicht,
wenn z.B.
Q = 0.0625.
Störung durch Konzentrationsänderung:
man lässt ein beliebiges Beispiel zum
Gleichgewicht kommen (Kurven zeichnen);
jetzt ändert man beliebige Konzentrationen
(man entfernt z.B. alle A) ; mit „Kurven
zeichnen“ werden die neuen RG gezeichnet,
bis sich wieder Gleichgewicht eingestellt
hat. Man beachte: K bleibt immer gleich.
Temperaturänderung: Man lässt wieder
ein Beispiel zum Gleichgewicht kommen.
Durch Temperaturänderung werden beide
RG grösser oder kleiner, aber in
unterschiedlichem Masse. Das K wird
grösser oder kleiner bei der Temperaturänderung.
4
Mai 2014
Die Beispiele und die
zusätzlichen Infos
kann die Lehrperson
auf einer angehängten
Datei selbst
zusammenstellen.
Achtung: diese Datei
muss unbedingt im
gleichen Ordner als
„doc“ gespeichert und
geschlossen sein.
Auf „Mac“
funktioniert evt. das
„Auswählen“ nicht;
man muss halt die
vorgeschlagenen
Beispiele
durcharbeiten.
Bilder eines
Kurvenverlaufs
können auch in
Klausurfragen
eingebaut werden.
Die Beispiele kann die
Lehrperson auf einer
angehängten Datei
selbst
zusammenstellen.
Achtung: diese Datei
muss unbedingt im
gleichen Ordner als
„doc“ gespeichert und
geschlossen sein..
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Mai 2014
Säure/Base-Reaktionen
Säure_Base
-Einstieg
11
Symbolische
und ikonische
Darstellung
einer
einfachen
S/B-Reaktion
Grafische
Darstellung
der pH-Skala
Zur Festigung
des Säure- und
Basebegriffes
alpha/pHDiagramm
13
Liefert das
Verhältnis der
deprotonierten
zur protonierten Form und
den Protolysegrad alpha
Hilfsmittel zur
Bestimmung,
welche Form
bei welchem
pH-Wert
vorkommt
Titration 11
Zeigt
schematisch,
dass eine pHÄnderung in
den Randgebieten
wesentlich
aufwändiger
ist als in der
Mitte der pHSkala
pH-Skala
allgemein; pHÄnderung;
Titration
Fortsetzung
des
Programms
„Titration
11“; neu mit
Puffer
Analog wie
„Titration“
pH-Spiel
06
Titration
mit Puffer
2011
Bei der
Einführung der
pH-Skala
Als Startseite erscheint eine pH-Skala, bei
welcher die Konzentrationen an H3O+ und
OH- durch Balken dargestellt sind. Beachte,
dass die Konz. nur von pH 0-2 und 12-14
massstäblich aufgezeichnet sind.
Man beachte, dass die Konzentrationen der
H3O+ und der OH- in den Randgebieten der
pH-Skala riesig, in der Mitte verschwindend
klein sind. Von einem pH zum nächsten
ändern sich die Konzentrationen immer um
einen Faktor 10.
Beim Anklicken der pH-Tasten 2 , 4, 10
und 12 werden die Säulen um einen Faktor
100 bzw. 10000 vergrössert; man sieht, dass
wieder die gleichen Verhältnisse
erscheinen.
Durch Eingabe des pKs-Wertes oder durch
einfaches Verschieben der Sigmoide mit
linker Maustaste lässt sich jede Säure
darstellen. Jetzt kann man die schwarze pHMarke verschieben (linke Maustaste) oder
den pH-Wert direkt eingeben: sofort
erscheinen die Grössen c(A-)/c(HA) und der
alpha-Wert = c(A-)/[(c(HA) + c(A-)]), das
heisst der Anteil der deprotonierten Form an
der Summe der beiden Formen.
Als Startseite erscheint eine pH-Skala, bei
welcher die Konzentrationen an H3O+ und
OH- durch Balken dargestellt sind. Beachte,
dass die Konz. nur von pH 0-2 und 12-14
massstäblich aufgezeichnet sind.
Start der Titration mit Klick auf Taste; von
da an läuft das Programm selbständig ab. Es
kann an beliebigen Stellen gestoppt werden
durch Cursor im „Pause“-Feld. Es wird
sofort unterbrochen durch Cursor im
„Abbruch“-Feld. Beachte, wie lang es bei
pH 01 und bei pH 1314 geht. Diese
Geduldsprobe ist gewollt programmiert und
soll ausgekostet werden.
Analog wie „Titration“; beachte insbesondere, dass der Verlauf ausserhalb des Puffergebiets genau gleich ist wie bei der normalen Titration; d.h. die HAc-Konz. ändert
sich erst in der Nähe des pKs der HAc. Man
beachte, dass durch die Reaktion von HAc
mit OH- direkt das Ac- entsteht (konj. Sr/Base-Paar), während bei der „Zerstörung“
der H3O+ „keine“ OH- entstehen; die OH-Konzentrationen müssen oberhalb pH 7
zuerst spielend, dann immer mühsamer erst
aufgebaut werden.„Pause“ und „Abbruch“
durch Cursor in entsprechendem Feld.
5
Der alpha-Wert ist
eine äusserst bequeme
Grösse, welche das
Verständnis der
Pufferwirkung, der
pH-Berechnung und
der Titration enorm
erleichtert.
Als Vorbereitung
wäre das Programm
pH-Spiel 06 geeignet
Als Ergänzung eignet
sich Titration mit
Puffer 2011.
Als Vorbereitung sind
die Programme pHSpiel 06 und Titration
11 geeignet.
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Titration
mit
Teilchen
2011
Zeigt das
Prinzip der
Titration für
Säuren unterschiedlicher
Säurestärke.
Als Einstieg
zur Erklärung
der Titration
Titrationskurve 2013
Simulation
versch.
Titrationen
Bei der
Behandlung
der Sr/BaseTitration
Man beachte, ob sich der Gleichgewichtszustand schon eingestellt hat oder nicht!
Für „Puristen“ sei der Hinweis gestattet,
dass H3O+ bei pH 5 zwar immer noch die
stärkste Säure ist, aber in 50'000 mal
kleinerer Konzentration vorkommt als z.B.
die Essigsäure.
Eignet sich ausgezeichnet für die
Diskussion des Kurvenverlaufs einer
Titration: Wahl des Titrationsendpunktes,
Genauigkeit und Fehlerdiskussion, für
Übungsaufgaben und für Aufgaben in
Klausuren.
Mai 2014
Die Seite „Hinweise“
im Programm gibt
Tipps für den
praktischen Einsatz.
Redox-Reaktionen
Bleiakku
06
Beschreibt
Aufbau und
Funktion
eines BleiAkkus;
Darstellung
möglicher
Defekte eines
Akkus.
Behandlung
des Bleiakkus
in der
Redoxchemie
Potenzialschema
Bleiakku
13
Zeigt
Änderung der
Potenziale
bei der Serieschaltung
Bleiakku,
Serieschaltung
, Spannungsquellen
Brennstoffzelle 11
Zeigt den Bau
und die Funktionsweise
einer Brennstoffzelle
Brennstoffzelle
Die Startseite zeigt die Kernstücke des Akkus; mit „next“ bringt man
immer mehr Teile hinzu. Sobald die Felder „Entladen“ bzw. „Laden“
erscheinen, kann man durch Klicken diese Vorgänge darstellen.
Durch Betätigen der entsprechenden Felder, kann man die Formeldarstellung (Reaktionsgleichung mit Anzeige des Elektronenflusses)
oder die Grafik (Anzeige des Ladezustandes und der Spannung)
aktivieren. Während des Lade- oder Entlade-Vorganges kann man
den momentanen Zustand einfrieren, indem man mit dem Mauszeiger
über das Feld „Pause“ fährt.
Darstellung der Defekte: Mit dem Tastendruck „Defekt 1“ wird die
mechanische Zerstörung der Bleisulfatschicht simuliert  Kapazität
des Akkus wird stark eingeschränkt: Eine Wiederholung macht die
Sache noch eindrücklicher.
Mit dem Tastendruck „Defekt 2“ erzeugt eine mechanische
Schädigung der Bleidioxidschicht einen Kurzschluss: der Akku
entlädt sich und kann nicht mehr geladen werden.
Als Ausschnitt aus einem Bleiakku lassen
Es werden Potenzialsich 3 Zellen serie-schalten. Man beachte,
differenzen angezeigt
dass sich dabei auch die Potenziale der
und nicht messbare
Lösungen verändern. Die Potenziale der
Spannungen!
Lösungen gegenüber den Elektroden sind
nicht bekannt; sie lassen sich also beliebig
wählen (mit linker Maustaste verschieben).
Im dritten Bild können die Potenzialdifferenzen gemessen werden. Klicken Sie dazu
kurz auf den grünen Button. Klicken Sie
dann im kleinen Schema oben links auf jene
Elektrode (oder Lösung) gegenüber welcher
Sie messen wollen. Jetzt sind die Potenziale
beliebiger Elektroden abgreifbar.
Man kann vom ersten Bild aus direkt zur
Funktionsweise der Brennstoffzelle
gelangen oder den gedanklichen
„Werdegang“ verfolgen.
Organische Chemie
Radikalsubstitution 13
Zeigt
möglichen
Mechanismus
Nomenklatur 06
Kurze Einführung in die
Nomenklatur
der KW
Als Abschluss
zur
Behandlung
der Radikalsubstitution
Einführung der
Nomenklatur
KW
Selbständig ablaufender Film, der auch in
Schritten vorwärts und rückwärts gesteuert
werden kann.
Das Programm ist wie eine PP-Präsentation
zu bedienen; allerdings liefert ein Klick auf
ein Fragezeichen einen Hinweis und die
Lösung. Fährt man mit dem Cursor über die
Formelbilder, werden längste C-Ketten und
Substituenten hervorgehoben.
6
Das Thema lässt sich
so locker in 15 Min. +
Hausaufgaben
bearbeiten.
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
E-Z-Isomerie Einführung
13
Behandlung
der Alkene
Retinal 11
Beispiel für
die
Bedeutung
der E/ZIsomerie
Als Abschluss
zur Lektion
über die E/ZIsomerie
Kohlenwas
serstoff
Übersicht
neu
Gruppenwettbewerb über
KW
Abschluss der
gesättigten und
ungesättigten
KW und
Einführung der
Aromaten
Das Programm soll höchstens eine Zusammenfassung sein, nachdem die Klasse mit
geeigneten Modellen selbst die Vielfalt der
Möglichkeiten entdeckt hat (enaktiv).
Erstes Bild stellt die beiden Formen vor;
Cursor in den entsprechenden Formeln
lassen die betreffenden Bindungen und die
Nummerierungen aufleuchten.
Zweites Bild zeigt die Wirkung des Lichtes
(Klick auf das Feld „Licht“). Klick auf das
Feld „Dunkelerholung“ liefert wieder das
cis-Isomere.
Nächste Bilder: das 11 cis-Retinal ist eingepackt in das Opsin (Wechselwirkungen
zwischen Retinal und Eiweisskörper sind
markiert) . Klick auf das Feld „Licht“ löst
einen Lichtblitz aus, welcher das cis-Retinal
in das gestreckte all-trans-Retinal
umwandelt. Dieses hat nicht mehr Platz im
Opsin ; die entsprechende Information wird
als Erregung ans Gehirn weiter geleitet.
Klick auf Feld „Dunkelerholung“ stellt
wieder das ursprüngliche Rhodopsin her.
Kleiner Wettbewerb in der Klasse (drei
Gruppen); Preis 10 Min längere Pause. Alle
drei Gruppen (rot, gelb, grün) erhalten die
Fragen auf kleinen Kärtchen. Ist eine Frage
richtig beantwortet, so wird die Antwort
auch auf dem Bild aufgedeckt und ist für
die anderen verloren. Die Gruppe mit den
meisten akzeptierten Antworten hat
gewonnen.
Mai 2014
Lässt sich gut
ergänzen durch das
Realexperiment mit
verdünntem
Triphenylformazan in
Toluol, welches bei
Belichtung ebenfalls
eine Farbänderung
von rot nach gelb und
anschliessende
Dunkelerholung zeigt.
Bio-Chemie Themen für das Schwerpunktfach Bio-Chemie
Proteinbiosynthese 13
Sehr
ausführliches
Programm
zum Thema
Proteinbiosyn
these
Einzelne
Sequenzen zur
Visualisierung
von
Teilvorgängen
Enzymanimation
Chymotrypsin 13
Beschreibt
den ausführlichen Mechanismus einer
Serinprotease
Enzyme,
Verdauung
Acetylcholinrezeptor
Zeigt einige
Details über
die Funktion
eines
Rezeptors
Zeigt Zusammenhänge bei
der additiven
und subtraktiven Farbmischung und
beim Farbensehen
Rezeptoren
Farbenlehre
13
Auge, Farbensehen
Das Programm geht weit über den Mittelschulstoff hinaus. Er ist aber so gestaltet,
dass man nach Belieben navigieren und
Seitenpfade überspringen kann.
Ein wichtiges Ziel war es, zu zeigen, dass
der Gesamtvorgang zwar ausgesprochen
kompliziert ist, einzelne Schritte aber auch
für das Mittelschulniveau durchaus
nachvollziehbar sind.
Auch hier wird das an sich komplexe
Geschehen in einzelne auch für die
Mittelschülerin und den Mittelschüler
verständliche Teilschritte zerlegt. Achten
Sie auf grün-unterlegte Buttons und
Hinweistexte.
Zur Navigation
unbedingt den
Farbcode im
Abschnitt „Hinweise“,
letztes Alinea,
beachten. Das Menu
ist speziell detailliert
gestaltet.
Viele Möglichkeiten für die Schülerin und
den Schüler das Thema „Farben“ zu
erforschen.
Sehr interaktiv, wenig
theoretische
Erklärungen
7
Achten Sie genau auf
den Farbcode der
Buttons und Texte
(vgl. Hinweise).
Beachten Sie die
Quellenangaben!
Wenig interaktiv
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Filter
Photosynthese 13
Zeigt, weshalb
nicht alle
farbigen
Abdeckfolien
den gleichen
Effekt auf die
Photosynthese
haben
Als Ergänzung
zum bekannten
PhotosyntheseExperiment
Photosynthese
Primär- und
Sekundärreaktion der
Photosynthese
Einzelne
Sequenzen zur
Visualisierung
von
Teilvorgängen
Nervleitung
Erregung
im Axon
26. März 10
Erregungsleit
ung im Axon
Einzelne
Sequenzen zur
Visualisierung
von
Teilvorgängen
Mai 2014
Die Spektren der
Filter sind gemessen.
Die Absorption ist
aber natürlich viel zu
gross.
Leider ist hier der
Farbcode für die
Buttons nicht
eingehalten.
Das Programm geht über den Mittelschulstoff hinaus. Er ist aber so gestaltet,
dass man nach Belieben navigieren und
Seitenpfade überspringen kann.
Ein wichtiges Ziel war es, zu zeigen, dass
der Gesamtvorgang zwar ausgesprochen
kompliziert ist, einzelne Schritte aber auch
für das Mittelschulniveau durchaus
nachvollziehbar sind. V.a. der zweite Teil
enthält recht viel Chemie, wiederum aber
leicht verständlich.
Das Programm geht über den Mittelschulstoff hinaus. Er ist aber so gestaltet,
dass man nach Belieben navigieren und
Seitenpfade überspringen kann.
Ein wichtiges Ziel war es, zu zeigen, dass
der Gesamtvorgang zwar ausgesprochen
kompliziert ist, einzelne Schritte aber auch
für das Mittelschulniveau durchaus
nachvollziehbar sind.
Die Programme „Ruhepotenzial.exe“ und
„Na-Kanal.exe“ können auch unabhängig
abgespielt werden.
Das Programm „Nerven wie Stahl“ bezeiht
sich auf das interessante Experiment von
Ducci und Oetken.
Beachte die Textdatei
„Lies mich; Hinweise
…“. Es ist darauf zu
achten, dass die
Dateien
„Na_Kanal.dir“ und
„Ruhepotenzial.dir“
im gleichen Ordner
wie das Hauptprogramm vorliegen.
Quantenchemie
Beugung
am Spalt 06
Zeigt das
Prinzip der
Beugung am
Spalt
Besprechung
der typischen
Welleneigenschaften
Mit Hilfe der Radiobuttons lassen sich
Wellenlänge und Breite des Spaltes wählen.
Durch wiederholte Betätigung der „Start“Taste wird eine Welle erzeugt, welche sich
im Raum ausbreitet.
Man beachte, dass nur das Wellenmaximum
gezeichnet wird und zwar für einen bestimmten Moment t = n*f.
Von jedem Punkt gehen ja wieder Wellen
aus: z.B. auch von den beiden Spalten. Dort
wo sich zwei Maxima schneiden, erhält man
eine konstruktive Interferenz; im imaginären Schnittpunkt eines Maximums mit
einem Minimum erhält man Auslöschung.
Mit der rechten Maustaste lassen sich an
beliebigen Orten gelbe Punkte setzen, um
die Interferenzmaxima aufzuzeigen (z.B.
auch oben auf dem Schirm).
Leider ist hier die
Mac-Version etwas
langsam!
Elektronenbeugung 13
Zeigt
schematisch
die Elektronenbeugung
am Spalt
WelleTeilchenDualismus;
Wahrscheinlichkeit
Mit dem Button „feuern“ werden einige
Elektronen aus der Kanone Richtung Spalt
geschossen. Da sich die Elektronen in
diesem Experiment wie Wellen verhalten,
erscheint auf dem Bildschirm typisches
Interferenzmuster. Wie sich ein einzelnes
Es ist sinnvoll, das
Programm „Beugung
am Spalt 06“ zur
Festigung des Begriffes Interferenz vorgängig zu zeigen.
8
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
stehende
Welle 06
Zeigt, wie
und unter
welchen
Bedingungen
eine stehende
Welle
erscheint.
Wellenoptik,
Quantenchemie,
Orbitalüberlappung 13
Zeigt eine
Vorstellung
der versch.
bindenden
und
antibindenden
Orbitale
Quantenchemie
AAS red 06
Übersicht und
Funktion
eines AAS
Behandlung
der Analysemethoden;
allgemein:
Absorption
und Emission
Spektrometrie
Simple Darst.
des Zusammenhangs
zwischen
Energie,
Wellenlänge
und Frequenz
Übersicht und
Funktion
eines UV/vis
Spektrometer
s
Einführung in
die
Spektroskopie
Elektron verhält, kann man nicht voraussagen (vgl. „langsam feuern“). Das
Verhalten des Elektrons kann also nur durch
Wahrscheinlichkeiten ausgedrückt werden.
Es ist sinnvoll, zuerst den Modus „stehende
Welle“ zu wählen. Man kann verschiedene
Dinge darstellen lassen. Immer wird nach
der Wahl mit dem Button „zeichnen“ die
Darstellung ausgelöst. Im zweiten Modus
erfährt man , dass weder ungleiche
Amplitude noch ungleiche Wellenlänge zur
stehenden Welle führen können.
s und p Orbitale lassen sich so verschieben,
dass bindende und antibindende Molekülorbitale angedeutet werden. Konstruktive
und destruktive Interferenz führen zu den
verschiedenen  und  bzw. * und * Bindungen.
Mai 2014
Die Mac-Version ist
auch hier relativ
langsam
Analytik
UV/visSpektralphotometer
Behandlung
der Analysemethoden;
Absorption im
sichtbaren
Spektrum
Titelbild: AAS Varian A300; Übersicht
zeigt schematisch alle wichtigen Teile des
AAS (beim Überstreichen mit dem
Mauszeiger erscheint der Name). Funktion:
Die möglichen Massnahmen werden
angezeigt (Zünden der Lampe, Zünden des
Brenners; Probengläser mit unterschiedlicher Ionenkonzentration können zur
Zerstäuberdüse gebracht werden.
Details: I: durch Anklicken der 4
unterschiedlichen Felder „Energie
investieren“ wird das angeregte Teilchen
auf das 1. oder 2. Energieniveau angeregt
oder es passiert nichts, weil die investierte
Energie≠ ∆E.
Details II: durch Anklicken der roten Felder
„anregen“ und „zurückspringen“ absorbiert
das Teilchen oder emittiert es Energie,
Details III Zeigt nochmals, dass nur
bestimmte Wellenlängen ein Teilchen
anzuregen vermögen: klicken Sie auf die
drei Felder mit den versch. Wellenlängen.
Achtung: es handelt sich um ein modernes
Diodenarray-Gerät (Monochromator nach
der Probe!).
Die drei Anteile R G B können einzeln oder
zusammen mit Klick auf die entsprechenden
Lampen gezündet werden. Die Küvetten
können nun einzeln in den Küvettenhalter
gebracht werden. Das absorbierte Licht
fehlt, die entsprechende Diode meldet dem
Computer, dass dieser Teil des Spektrums
fehlt.
9
Für Betrachtungen zur
Farbenlehre ist das
Programm
„Farbenlehre Dez. 11“
deutlich
aussagekräftiger.
Visualisierung in der Chemie mit Hilfe von Computerprogrammen
Mai 2014
Probleme mit App für OSX
Leider laufen gewisse Programme bzw. gewisse Programmteile auf OSX (Mac) nur sehr
langsam. Die folgende Tabelle enthält eine Mängelliste und meine Ratschläge.
Titel
alpha-pH-Diagramm 13.app
AAS fuer Mac . app
Beugung am Spalt 14
Mac.app
Bleiakku 06.app
Brennstoffzelle 13.app
E/Z-Isomerie 13.app
Elektronenbeugung 14
Mac.app
was geht nicht
ok
ok
Wellenmaxima werden im unteren
(ersten) Teil zu langsam
gezeichnet.
ok
Animation läuft etwas langsam.
ok
leider etwas langsam
mein Ratschlag
Zeit mit Infos überbrücken
kein Problem
Klasse auffordern, den
nächsten Spot
vorauszusagen.
kein Problem
Energieumsatz bei
Salzbildung 13.app
Enzymanimation
Chymotrypsin 13.app
Farbenlehre 13.app
Filterphotosynthese 13.app
Gitterbausteine mit Formel
11.app
nur die automat. Platzierung ist
etwas langsam
Gitterkräfte Überblick app
Gleichgewicht 13.app
Kohlenwasserstoffe
Überblick .app
kovalente Bindung 14
def.app
Nerven wie Stahl
Orbitalüberlappung 13.app
pH-Spiel 06.app
Potenzialschema Bleiakku
13.app
Proteinbiosynthese
Jan.13.app
ok
ok
ok
leider wird der Zeitbedarf für die
Transkription nicht richtig dargestellt.
für diesen Teil PC-Version einsetzen
Radikalsubstitution 13.app
Retinal 11.app
Säure_Base-Einstieg 11.app
stehende Welle 14 Mac.app
Titration 14 fuer Mac.app
Titration mit Puffer 2014.app
Titration mit Teilchen
2011.app
Titrationskurve
ok
ok
ok
etwas langsam
besser PC-Version einsetzen
ok
ok
ok
ok
Formeldarstellung von
grossen org. Molekülen
ungenügend
ok
????
ok
ok
ok
ok;
ok
ok
10
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