Chemie, Unterricht, ZMK

Unterrricht ... ZMK

Eine wirklich gute Zusammenfassung hier ACHTUNG: Zweite Seite, Mitten drin, hydrogen bonding. Schlecht bis falsch eingezeichnen H-Brücken, sind linear.

Update: Protein-Folding, Alpha-Fold

allg. Experimente:
-- Oszillierender Tintenstrahl, Einwegspritze, Salzwasser gefärbt in Spitze, rundherum normales Wasser, zu Beginn das Wasser farblos lassen, später z.B. blau färben. Wenn die Spritze schräg (!) in das Wasser gestellt wird, sieht man relativ rasch, dass das rote Spritzenwasser rausläuft, der Stand in der Spritze bleibt aber gleich. Mit der Zeit sieht man, dass das blaue gefärbte Wasser in die Spritze fliesst. Eine Oszillation kann nicht immer beobachtet werden, meistens kontinuiertlicher flow. Grund für das Fliessen: Dichteunterschied des Kochsalzwassers im Vergleich zu normalem Wasser.
-- Olivenöl, Viskosität bei verschiedenen Temperaturen
-- Lotuseffekt, zwei Objektträger vewenden
-- noch zu beantworten ... Pastis und Wasser wird trüb. Warum ??

Unterricht

Was wann im Unterricht machen, ganz grobes Schema

ZMK's allgemein:
- Experiement, Wasser erhitzen, wofür wird die Energie benötigt, 100 Grad Celsius plus Kochsalz, wieso höherer Sdp ?
- Danach Wasser 100 Grad plus Eiswürfel 0 Grad zusammengeben (je ca. 300 g), Mischtemp. nicht 50 Grad
- Phasendiagramm, Übergänge und Punkte bezeichnen
- Wie können Übergänge zwischen den einzelnen Phasen realsiert werden
- Wie überhaupt klar, dass Festkörper / Flüssigkeit / Gas vorhanden ist
- Energetische Betrachtungen, Bindungsbruch vs. Kräfte zwischen den Molekülen
- Raumtemperatur (ca. 300 K, pro Mol) entspricht ca. E = 3/2*k*T = ca. 4 kJ : ZMK's
Diverse ZMK's
- Repetition Moleküe zeichnen, korrekter Winkel, Unterschied Partialladung vs. Formalladung, polar/nicht polar VIP: C-H vernachlässigen, nicht polar
- Dipol-Dipol-Ww, Experiment Wasserstrahl / Heptan ablenken
- VdW, Sdp der Edelgase nachgucken lassen, Graphik machen, Sdp nicht 0 K, why ? Asymmetrische Verteilung der Elektronen, f(Anzahl Elektronen, Oberfläche). Oberfläche-Argumentation evtl. weglassen
- H-Brücken, DNA zeigen, FöHN, einige H-Brücken einzeichnen, Anomalie des Wassers, Eis-Gitter, Calvin, Proteinfaltung
- Ion-Ion: Salzwasser, Stelle aus Jules Vernes
Anwendungen
- Mischbarkeiten von Flüssigkeiten
- Viskositäten
- Chilischoten
- Wie funktioniert eine Seife
- Proteinfaltung
- Ewigkeitschemikalie Perfluoroctansäure (PFOA)
- Wasserläufer
- Förderband weltmeere

Experiemente

Dichte
-- Einen grossen (farbigen) Eiswürfel machen, dann in grosse Wanne. Fallendes schweres Wasser mit z.B. KMnO₄ sichtbar machen.
-- Variante zu kaltem - heissem Wasser resp. Dichteunterschied: auf kaltes Wasser ein Sichtmäppchen legen, dann vorsichtig mit heissem Wasser überschichten. Sichtmäppchen vorsichtig entfernen. Untere Wasserschicht jeweils einfärben

Polarität
-- Wasserstrahl ablenken mit Ladung, dito mit Heptan machen
-- Kelvin-Water-Dropper, Walter Levin, [link hier] , Erklärung [_1_] oder Erklärung [_2_]
-- Kelvin-Water-Dropper, cooler Aufbau, ebenfalls gute Erklärung, [youtube] sowie [offline]
Viskosität
-- Einfluss der Temperatur auf die Viskosität. Paraffinöl nehmen. Oder Olivenöl
-- Teertropfen-Versuch, [wikipedia] oder wikiinhalt als [pdf]
Löslichkeit:
Abkühlung und analoges (nach Newton) Kaffee und Milch. Wann zugeben, dass gewünschte Trinktemperatur erreicht wird? Direkt am Anfang oder erst direkt vor dem Trinken? Dazu einen Versuch machen: Wasser erhitzen, aufteilen auf zwei Behätnisse, in eines der beiden BG kaltes Wasser zugeben, beim anderen erst später. Temperatur vergleichen. ... was ist schneller? [pdf] . Andere Quelle (guut, auch Mpemba) als [pdf]
Abkühlen von Wasser, logger-pro [jpg]
Slime herstellen: Borax und PVA
Kurioses: Mpemba-Effekt, [link hier]
Logger Vernier Nicht vergessen: die Datenerfassung geht nur wenige Sekunden. Daher: unter 'Versuch' → 'Datenerfassung' die Zeit von 180 s auf z.B. 3600 s ändern. Auch praktisch um das Abkühlen darzustellen.

Theorie

Einführen einer ZMK-Tabelle: in den Spalten die Substanzen A, B, C etc, in den Zeilen VdW (Anzahl e^-), Dipol-Dipol-Ww, H-Brücken sowie Ion-Dipol eintragen.

zum Teil Skript zum Unterricht: keines, eigene Notizen machen, was sollte gemacht werden, Pseudoskript [hier]
ZMK-Leitprogramm, ETH. Download hier
Aufgabenblätter ZMK mit Musterlösungen
Klar machen, dass es Kräfte zwischen den Molekülen sind
Startexperiment
- Eiswürfel erhitzen bis zum Sieden, Temp.-Verlauf mit Vernier / Logger Pro mitbeobachten. Rührfisch. Temp-Verlauf erklären
- In siedendes Wasser NaCl zugeben, Temp-Verlauf diskutieren
- in siedendes Wasser Sand geben, Temp-Verlauf diskutieren
- in siedendes Wasser Kieselsteine geben, Temp-Verlauf diskutieren
- .... wofür wird die Energie aufgewendet? : ZMK
- Abkühlen lassen, Kurvenverlauf angucken
- analog: Kaffee abkülen lassen und dann Milch zugeben oder umgekehrt ... was ist schneller? [pdf]
Energieverhältnisse
- Bindungskräfte (ca. 300 kJ/mol) im Vergleich zu E_kin=3/2kT, welche ca. um den Faktor 100 schwächer ist. Hinweis machen, dass Wasser sich somit beim Spaghetti-Kochen nicht zersetzt!
- Odyssey-Video: Energies and the states of matter. Zeigen, wie gross die Energien der Potentiale ('alles an ZMK geht in diesen Term') resp. wie die Geschwindigkeit ('kinetische Energie') mitspielt. Das Wechselspiel dieser beiden Grössen ('Achtung: einmal Kraft, einmal Energie, nicht mischen !) entscheidet schlussendlich, ob fest, flüssig oder gasförmig [hier] ,
  [ⓘ] Sprungmarke: zmk_v2
Aggregatszustände
- Phasendiagramm des Wassers, Bereiche definieren, dito mit Übergängen
- Kriterien fest − flüssig − gasförmig
- Odyssey: Suchen nach: 'Comparing Motion' und dort dann Wasser betrachten. Fest - Flüssig - gasförmig. Plot machen der Geschwindigkeitsverteilung
- Odyssey:
  -- diverse Zustände angucken: Schwerpunkt sichtbar machen, Rest auf Hide stellen. Auch beim Eis bewegen sich die Atome ! Ody-Video [hier] ,
  [ⓘ] Sprungmarke: zmk_v4
  
  -- Eisstruktur zum Schmelzen bringen [hier] ,
  [ⓘ] Sprungmarke: zmk_v5
Moleküle zeichnen
- Kurze Repetition, Oktettregel, Anzahl Nachbar, Stichwort Winkelfrage
- Aufgrund der Winkel entscheidet sich oftmals, ob Molekül polar ist oder nicht
- Schöne Animationen um die Polarität eines Moleküls zu zeigen [link hier]
- Geogebra-Ansicht auf CH₄ Link [hier]
Diverse ZMK's vorstellen ...
- Keine ZMK's Wie sähe die Situation ohne ZMK aus. Unbeding tun: Odyssey: Nach 'van der Waals' suchen, dann zu 'Intermolecular Forces' gehen. Stichwort H11, nach unten scrollen. An-ausschalten lassen sich nur ganz wenige Molekuele, aber immerhin.
- VdW
  - Schmelzpunkt vs. Anzahl C-Atome. Z.T. auch selber Graphik erstellen lassen mit Excel, Beispiel [Edelgase Molmasse] , [Edelgase, Anz. e] sowie [Alkanreihe]
  - Fixe Geometrie (Anordnung der Atome): Dipol ja / nein
  - Zufällige Verteilung der Elektronen: temporäre Dipole
- Dipol-Dipol-Ww
  - Dipol resp. polare - apolare Moleküle, auch schwierige wie z.B. CH₂F₂
  - Dipol-Dipol-Wechselwirkungskräfte ... Siedepunkt CH₄ vs CI₄. Antworten (z.T. solalala) [hier]
  - Odyssey: Labs, Liquids and Solids, Intermolecular Forces. Kräfte lassen sich an und abstellen
  - Wasserstoffbrückenbindugen als Spezialfall der Dipol-Dipol-Ww
    - Wasser mittels Ladung ablenken, direkt aus Wasserhahn. Oder Bürette. Nice: Erklärung mit 'magnetischem' Wasser an der Wandtafel machen (danke Pablo ! )
    - Wieso schwimmt Eis auf Wasser? Calvin fragen [docx] oder [pdf]
    - Wasserstoff-Brücken-Akzeptor (Pfeil_e auf nicht bindende e-Paare) vs. Donor (Pfeil weg vom H-Atom)
    - H-Brücke stark gerichtet (im Gegensatz zu VdW resp. Dipol-Dipol-Ww)
    - Video zu 'Wassersprengung', link hier
  - Ion-Dipol-Wechselwirkung
    - Salzwasser-Versuch (überschichten von gefärbtem Salzwasser mit Wasser, kleinere Dichte)
    - Was passiert mit dem Klima, wenn Meerwasser mehr Wasser erhielte ?
    - HCOONa (Matata), Video ab ca. 30 Sekunden starten [youtube]
  - Siehe auch Intro, Dichte, Salzwasser, Strasse von Gibraltar
- Dichte Wasser als Funktion der Temperatur [xlxs]
- Stärke der ZMK's
- Diagramm Siedepunkte vs. (z.B. totale Anzahl e's) H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te,
- Odyssey: Energy and the States of Matter
Anwendungen
- Schmelz- sowie Siedepunkt
- Mischbarkeit, 'Similia similibus solvuntur'
- Mischungen, Pastis mit Wasser verdünnen: [youtube]
- Zähflüssigkeit von Honig: v.a. Glucose rsp. Fructose, H-Brückenbildungen, google nach Teertropfen Experiment suchen
- Capsaicin, Struktur [molview]
- Wie funktioniert eine Seife
- Artikel aus dem Spektrum, verbunden werden auch die Schwachen mächtig [pdf]
- Geckofüsse, video lokal oder online
- Wann fällt der Tropfen? doc file nur offline hier
- Wann riechen wir was ... Rezeptormuster
- Gruppenarbeit, klebrige Chemie, doc file nur offline hier
- Biologie und ZMK: Chaperone [pdf]
- Suberabsorber Windeln in Gross, 1m³, Video [nur offline]
- Odyssey: nach Protein folding suchen und dann zeigen. Ebenso nice: eine Aminsäuresequenz machen. Mit und ohne Proline. Seqeunz eine gewisse Zeit laufen lassen. Via Style einblenden der Ribbons. Ebenso einblenden der Wasserstoffbrücken.
- Crystal Structure of COVID-19 main protease in complex with Z31792168 (Quelle: [link] ), pdb file [hier] . File dann mit odyssey öffnen, einige Optionen anklicken für Anschaulichkeit, dann auch 'optimieren' lassen
- Alpha-Fold, Kurzfilm (2.34) [youtube] sowie [offline] bisschen ausführlicher (ca. 7 min) [youtube] sowie [offline] ,
  [youtube] (54 Min)
- Zellmembran [jpg] , kurzes (englisches) Video (3 min) über die Dynamik und Flexibilität der Membran, nice [youtube] ( [offline]
Mögliche Prüfungsfragen, ungeordnet
- Liste alle Dir bekannten ZMK's auf, geordnet nach zunehmender Stärke
- Zeichne zwei Molkeüle, welche sich mischen
- Zeichne je drei polare / apolare Moleküle
- Zeichne zwei NH₃-Moleküle durch Wasserstoffbindungen verknüpft
- Begründe, welche der beiden Flüssigkeiten eine grössere Viskosität hat: C₆H₁₄ oder C₁₀H₂₂
- Begründe, welche der beiden Gase O₂ oder N₂ den höheren Siedepunkt hat.
Mögliche Prüfungsfragen

Einige alte Prüfungen, zum Teil mit Musterlösungen. Achtung: eventuell kann es sein, dass im damaligen Unterricht andere Themenschwerpunkte gelegt wurden als im aktuellen Unterricht.
01 , 02 , 03 , 04

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