9. – 10. Schuljahr

Klaus Ruppersberg

Wie viele Elemente gibt es?

Experimentelle Zugänge zum Periodensystem der Elemente

Das Periodensystem der Elemente (PSE) befindet sich in jedem Chemiebuch und in jeder schulischen Formelsammlung, insofern ist es allen Schülerinnen und Schülern spätestens ab der 9. Klasse aus dem Unterricht bekannt.
Wie aber können Sie ihren Schülerinnen und Schülern einen Zugang zu diesem Ordnungssystem der chemischen Elemente verschaffen? Abgesehen vom allgemein üblichen Unterrichtsgang im Zusammenhang mit dem Atombau, gibt es vorhersehbare und zufällige Berührungen mit dem PSE, die einen hohen schulischen Nutzen aufweisen. Neben historischen, spielerischen und schauspielerischen Methoden gibt es verblüffend viele experimentelle Möglichkeiten, sich dem PSE zu nähern.
Aber wie sieht es mit dem Zugang über die eigene Neugier aus? Diese ist bei Schülerinnen und Schüler in Bezug auf die Erarbeitung neuer Lerninhalte natürlich sehr unterschiedlich; wissbegierige Kinder können dabei durchaus Frustrationen erfahren. Wenn ein Kind fragt: „Wie viele Länder gibt es auf der Welt?, dann wird es sich sehr freuen, eine kindgemäße Antwort zu erhalten, und wenn man diese mit einem bunten Globus oder einer politischen Weltkarte untermauert, wird man schon sehen, ob das Kind weitere Fragen stellt oder ob es erst einmal genug hat. Ähnlich ist es womöglich mit der Frage: „Wie viele Elemente gibt es eigentlich? Eine mögliche Antwort wäre: „118! Und hier (Abb.1 ) findest du alle ihre Namen!
Historisierender Zugang und spielerische Elemente
Im Jahr 2019 feiern wir 150 Jahre Periodensystem der Elemente. Dies wirft Fragen auf, z.B.: „Wie kam es eigentlich dazu? Und: „Was haben Lothar Meyer und Dmitri Mendelejew eigentlich gemacht? [1]
An dieser Stelle ist das Eintauchen in die Geschichte möglich. Welche Elemente sind seit dem Altertum bekannt? Es waren nämlich nicht nur die „aristotelischen Elemente Erde, Feuer, Wasser, Luft, sondern auch Eisen, Kupfer, Blei, Bismut, Arsen, Zink, Zinn, Antimon, Platin, Silber, Quecksilber, Gold, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor [2]. Wie kam es dazu, dass ca. ab 1800 immer mehr Elemente entdeckt wurden? Nachdem Jöns Jakob Berzelius [3] begonnen hatte, die Massen der bis 1818 bekannten Elemente zu bestimmen, war es naheliegend, die Elemente nach ihrem Gewicht zu ordnen. Darüber hinaus war bekannt, dass sich einige Elemente in Aussehen und Reaktionsverhalten ähneln z.B. durch die Döbereiner Triadenregel [4]. Ist es nicht logisch, dass sich jemand Gedanken darüber macht, wie man das Ganze in ein System bringen kann? Schnell ist die Idee geboren, daraus ein Theaterstück zu machen: Schülerinnen und Schüler spielen Dmitri Mendelejew (Abb.2 ), wie er am Pult steht und grübelt, oder legen eine schwungvolle musikalische Reise durch das PSE hin, z.B. durch eine Parodie auf „YMCA von Village People [5]. Erst einmal auf die Idee gebracht, dass Chemie auch etwas mit Tanzen, Spielen und allgemeiner Freude zu tun haben kann, sind den Ideen keine Grenzen gesetzt.
Zugang über Experimente
Wesentlicher Bestandteil des Chemieunterrichts sind aber nicht Theaterspiele oder alte Bücher, sondern Experimente. Wie sieht es mit den experimentellen Zugängen zum Periodensystem der Elemente aus? Können Schülerinnen und Schüler durch Experimente herausfinden, welches Element in welche Gruppe gehört? Der folgende Abschnitt stellt eine kleine Auswahl von erstaunlich naheliegenden Experimenten vor, mit denen es gelingen kann, die Stellung eines Elements im Periodensystem zu ermitteln oder zumindest experimentell zu untermauern. Zur Vereinfachung sollen hier Elemente berücksichtigt werden, bei denen die Untersuchung zur Stellung des Elements im Periodensystem mit schulüblichen Methoden besonders gut zugänglich ist.
Darstellung und Untersuchung von Wasserstoff und Sauerstoff
Bei einem ganz klassischen Experiment, nämlich der Wasserspaltung im Hoffmannschen Zersetzungsapparat (Abb.3 ), lassen sich...

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