Chemie in der Schule - Wie beseitigt man Wissenslücken?

Am Anfang macht Chemie den meisten Schülern Spaß. Aber nach ca. zwei bis drei Jahren erleben viele Schüler, dass sie kaum noch etwas verstehen. Sie finden Chemie schwierig und unverständlich, treiben im Chemieunterricht Anderes und verlieren den Anschluss völlig. Frustration, mangelhafte Noten und Sitzenbleiben sind die tragischen Ergebnisse dieser Entwicklung.

Diese Probleme sind besonders bedauerlich, weil Chemie in der Schule eigentlich kein sehr schwieriges Fach ist. Selbst wenn mal etwas ausgerechnet werden muss, wird häufig nur mit ganzen Zahlen gearbeitet. Die nötige Mathematik beschränkt sich in Mittelstufe und Chemie-Grundkurs in der Regel auf Grundrechenarten und Dreisatz. Lediglich im Zusammenhang mit dem pH-Wert kann mal ein Logarithmus auftreten.

Ursache der Chemieprobleme ist fast immer, dass nicht begriffen oder nicht vom Lehrer vermittelt wurde, dass in diesem Fach auch gelernt werden muss. Ein oder mehrere der unten aufgezählten Punkte wurden nicht gelernt, nicht verstanden oder nicht geübt. Die darauf aufbauenden Themen werden dann nicht mehr verstanden.

Wie kommt man aus einem Chemie-Loch wieder heraus? Die nötigen Schritte sind im Folgenden möglichst verständlich beschrieben. Sie sind in etwa nach Wichtigkeit geordnet.
Die Liste ist für Eltern, Chemienachhilfe(-Lehrer) oder motivierte Schüler gedacht. Chemiker mögen die gelegentlich nichtwissenschaftliche Sprache verzeihen. Hier geht es nicht um die reine Wissenschaft, sondern um die rasche Rettung aus dem "Note-5-Loch".

1. Der Schüler sollte sich in seinem Zimmer gut sichtbar ein Periodensystem als A4-Blatt oder Poster aufhängen. Wenn es zu den einzelnen Elementen kleine Bilder gibt, wäre es besonders für jüngere Schüler optimal.
   Beispiele: Periodensystem mit Bildern der Elemente, DIN-A4, Periodensystem mit vielen zusätzlichen Informationen, DIN-A4, Periodensystem, 80 x 110 cm
   Ab und Zu sollten die Spalten (= Gruppen) des Periodensystems von oben nach unten durchgesehen werden. Die Namen der wichtigsten Gruppen müssen gelernt werden: Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Halogene, Edelgase usw..
   Durch ein solches Übersichtsblatt oder Poster wird fast "im Vorbeigehen" klar, welche Elemente zusammen gehören und deshalb ähnliche Eigenschaften haben und welches Element welche grundlegendsten Eigenschaften hat.
   
   
2. Es muss gelernt werden, wie Atome prinzipiell aufgebaut sind:
   Protonen und Neutronen im Kern, Elektronen als Hülle. Schon die Kenntnis des (recht einfachen) Bohr'schen Atommodells reicht zunächst.
   Die Anzahl der Protonen bestimmt, um welches Element es sich handelt. Elemente mit gleicher Protonenzahl und unterschiedlier Anzahl Neutronen nennt man Isotope. Bei vielen Elementen gibt es nur ein oder wenige stabile Isotope. Die anderen sind radioaktiv.
   
   Zur Vertiefung: www.rutherford.de: Einführung in die Allgemeine Chemie und ausführliche Beschreibungen der chemischen Elemente
   
   
3. Chemische Elemente fügen sich immer nur als ganze Teilchen (Atome) und daher in ganzzahligen Verhältnissen zueinander. Um zu verstehen, wieviele Teilchen jeweils zueinander passen, muss man die Wertigkeiten bzw. Oxidationszahlen der wichtigsten Elemente und Verbindungen (z. B. Säurereste) gut kennen.
   
   Die folgende Tabelle mit den am häufigsten im Unterricht vorkommenden Elementen und Verbindungen muss deshalb auswendig(!!) gelernt werden. Daran führt kein Weg vorbei.
   Hinweis: Wenn man den Cursor auf die Elemente und Verbindungen schiebt, erscheint der Name, bei Klick eine Seite von Wikipedia.
   
   

   Wertigkeit	+	-
   keine	Edelgase: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn,
   1	H+, Li+, Na+, K+ Ag+, ...	F-, Cl-, Br-, I-, ... (OH)- (N03)-, (H-COO3)-, (CH3-COO3)-
   2	Fe(II)++, Cu++, Be++, Mg++, Ca++, ...	O--, S--, ... (C03)--, (S03)--, (S04)--
   3	Al+++, Fe(III)+++, ...	(P04)---
   4	C, S, Si, Se, ...

   
   Zusätzlich sollte geklärt werden, welche Elemente Metalle, Nichtmetalle oder Halbmetalle sind.
   
   
4. Danach muss gelernt werden, woraus die wichtigsten Verbindungen grundsätzlich bestehen. Einfachste und häufigste Fälle:

   Oxide:	Metall + Sauerstoff oder Nichtmetall + Sauerstoff H2O, SO2, SiO2, Fe2O3, ...
   Salze:	Metall + Halogen oder Metall + Säurerest NaCl, KaCl, AgBr, FeS, ...
   Säuren:	Wasserstoff + Säurerest HCl, HFl, HN03, H2C03,     H2S, H2S03, H2S04,     H3P04
   Basen:	Metall + OH-Gruppe(n) NaOH, KOH, Al(OH)3, ...
   Organische Chemie:	Aliphate: Ketten aus C-Atomen mit H, O und anderen Elementen Aromate: Ringe aus C-Atomen mit H, O und anderen Elementen

   
   Bei www.chemieplanet.de wird das Ganze auch nochmal sehr ausführlich erklärt.
   
   
5. Weitere wichtige Information: Edelgase bestehen immer einzelnen Atomen,
   alle anderen Gase fliegen als in 2-atomige Molekülen umher.
   
   
6. Danach muss das Aufstellen von Reaktionsgleichungen guuut geübt werden.
   Beispiele:
   • Silber und Brom:
     Beide sind 1-wertig (simple Modellvorstellung: Beide haben je 1 "Arm").
     Sie "passen" zueinander:
     Ag + Br → AgBr
     
     
   • Schwefel und Sauerstoff:
     Schwefel ist gegenüber Sauerstoff 4-wertig (Modellvorstellung: hat 4 "Arme").
     Sauerstoff ist 2-wertig. Zwei Sauerstoffatome "passen" an ein Schwefelatom. Da Sauerstoff ein Gas ist, kommt es immer zweiatomig als O₂ dazu.
     S + O₂ → SO₂
     
     
   • Natrium und Chlor:
     Beide sind 1-wertig (Beide haben je 1 Arme):
     Na + Cl → NaCl
     Da Gase 2-atomig unterwegs sind kommt das Chlor als Cl₂ dazu. Die anderen Mengen müssen passend gemacht werden. Auf beiden Seiten vom Reaktionspfeil müssen die gleichen Mengen stehen:
     2 Na + Cl₂ → 2 NaCl
     
     
   • Eisen(II) und Schwefel: Beide sind 2-wertig Das passt:
     Fe + S → FeS
     
     
   • Sauerstoff und Wasserstoff:
     Der Sauerstoff ist 2-wertig. Es "passen" 2 Wasserstoffatome an ein Sauerstoffatom.
     Das Ergebnis muss also H₂O heißen.
     Da Gase 2-atomig unterwegs sind, muss nun aus H₂ und O₂ H₂O werden.
     An einfachsten klappt es so: 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
     
     
   • Aluminium und Sauerstoff:
     Aluminium ist 3-wertig und Sauerstoff 2-wertig. Passen an ein Aluminiumatom 1,5 Sauerstoffatome? - Nicht wirklich.
     Wir arbeiten nur mit ganzen Zahlen! Also: 3 Sauerstoffatome an 2 Aluminiumatome. Ergebnis: Al₂O₃.
     2 Al + 3O für Al₂O₃?   Nicht ganz.
     Da der Sauerstoff 2-atomig unterwegs ist, sieht es so aus:
     4Al + 3O₂ → 2 Al₂O₃
     
     
7. Ionen: Salze, Säuren und Basen zerfallen im Wasser in Ionen. Ihre Ladungen und ggf. Formeln der Ionen sind sofort klar, wenn die Tabelle mit den Wertigkeiten gelernt wurde.
   
   
8. Welche Eigenschaften (Aussehen, Gewicht, Verwendung, ...) die einzelnen Elemente und deren Verbindungen haben, muss gelernt werden.
   
   
9. Die wichtigsten industriellen Herstellungsverfahren z. B. für Eisen (Hochofen), Stahl, Aluminium, Ammoniak und Schwefelsäure müssen bekannt sein.
   
   
10. Wenn dann noch klar ist, was ein Mol ist (Atommasse bzw. Molekülmasse in Gramm), kann leicht (mit einfacher Formel M=m/n oder mit Dreisatz) berechnet werden, welche Mengen an Stoff für eine Reaktion benötigt werden und welche Mengen an Resultaten entstehen.
    
    
11. Mit dem Wissen, dass ein Mol immer N_A = 6,022 · 10²³ Teilchen (Avogadro-Zahl/Loschmidt-Zahl) enthält, kann die Anzahl der Teilchen in einer bestimmtem Stoffmenge berechnet werden. Zusätzlich sollte gelernt werden, dass bei idealen Gasen ein Mol bei Normalbedingungen (0 °C = 273,15 K, 1013,25 hPa) ein Volumen von 22,4 Litern einnimmt.
    
    
12. Nachdem das Vorige gelernt ist, wird leicht verstanden, wie Elektrolyse und Galvanik funktionieren. Nach etwas Übung können auch die beteiligen Stoffmengen und elektrischen Ströme berechnet werden. (Elementarladung: e = 1,6022 · 10^-19 C )
    
    
13. Die wichtigsten Substanzen und Nachweisreaktionen für die qualitative Analyse müssen gelernt werden:
    • Indikatoren wie Lackmus oder Phenolphthalein zum Nachweis von Säuren oder Laugen,
    • Flammenfärbung für Alkalimetalle,
    • Kalkwasser für CO₂,
    • Glimmspanprobe für Sauerstoff,
    • Iod für Stärke (Iodprobe),
    • usw.
    
    
14. Grundlagen der Organischen Chemie:
    Der Aufbau und (soweit für die Schule wichtig) die Herstellung folgender Verbindungen sollte bekannt sein:
    • Aliphate: Alkane (C-Ketten mit Einfachbindung), Alkene (C-Ketten mit Doppelbindung) und Alkine (C-Ketten mit Dreifachbindung)
    • sowie deren wichtigste weitere Verbindungen: Alkohole, Ketone, Aldehyde, Organische Säuren (Carbonsäuren), Ester,
    • Kohlenhydrate, Fette, Proteine (Eiweiße)
    • Aromate: Benzol und dessen Verbindungen
    
    

Wer sich dieses KnowHow wirklich aneignet und mündlich rege mitmacht, dürfte bis einschließlich Klasse 11 und in den Grundkursen bis zum Abitur noch Note 3 und besser bekommen.
Die genannten Punkte zu lernen und gut zu üben, kann in ein bis drei Monaten erledigt werden.
Damit man nicht weiter vom 'Club der Frustrierten' abgelenkt wird, sollte man sich im Chemiesaal unbedingt in die erste oder zweite Reihe versetzen lassen!

Soweit meine Empfehlungen. Wenn Sie Ihnen Erfolg bringen, wäre ich für eine kleine E-Mail-Rückmeldung dankbar. Zusätzliche Ideen werden auch gerne angenommen.

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