Chemie, ???, Tage der NW

Frage an die Besucher: Was machen eigentlich Wassermoleküle wenn es so kalt wird, dass es bald gefriert?
Oder anders formuliert:
Wie schmilzt Eis?

Tag der Naturwissenschaften

Kanti Schaffhausen / 4.-5. Mai, Freitag - Samstag, 2018 / Computer-Zimmer 232
Grundidee: Wasserstrukturen aufzeigen, H₂O. Wie früher (auf WT), später (Modelle) bis gestern (ergänzte Modelle von Hans-Ruedi) und bis zu heute: Computer.

Material

· DNA-Modell, Salz-Modell, Kochsalz
· Metermassstab, Nanometer anschaulicher zeigen
· Atommodelle, ... molymod, Hans-Ruedi etc.
· Gitter - Eisstruktur
zum Seitenanfang

Einige Probleme innerhalb der Chemie

· kleinste Dimensionen, einzelne Atome / Moleküle nicht sichtbar, makroskopische Welt vs. mikroskopische Welt.
· Oft unklar, wie gross Atome überhaupt sind, wie gross die Leerräume zwischen den Molekülen und Atomen sind.
· Übliche Grössenverhältnisse: Nanometer, kurz 'nm'. Relation wie 1000 km zu ...
[???] einem Millimeter !
· Die Atome, Moleküle bewegen sich, reagieren zum Teil miteinander
· Zur besseren Veranschalichung können Computerprogramme weiterhelfen, z.B. Odyssey, ACD-Labs etc
zum Seitenanfang

Computer - Animationen, wieso nicht schon früher im Klassenzimemr?

· Anzahl der Wechselwirkungen zwischen den Atomen gross
Bsp: Familienfest mit 10 Personen, wieviel mal erkingen die Wein-Gläser beim Anstossen?
[???] 45 mal
· Beachte ... Anzahl Wassermoleküle pro Wassertropfen
[???] 1 Tropfen ca. 0.1 g. D.h. ca. 3.3 · 10²¹ !
· Mathematik, 3 Körperproblem unlösbar, Spezialfälle
· Computer unterdessen vernünftig schnell, Memory billig(er)
zum Seitenanfang

Computer - Vorteile - Nachteile

+ Unabhängig wie gross die Anzahl der Atome eines Molekül ist, es kann dargestellt werden
+ Dynamische Chemie, nicht statisch ('Atome bewegen sich' )
+ Anschaulichkeiten, welche auch Modelle aus Holz (oder Plastik) nicht liefern können
+ Forschung
- das Programm Odysses / Spartan ist nicht gratis
zum Seitenanfang

ABER: das Experiment (sofern möglich) hat noch immer das letzte Wort.

Ausgewählte Ody's

Teil I Start: Ody 6.0: guided labs: examining water and its many occurrences, no 2. Dort sind einige vorgefertige Moleküle vorhanden.
Oder Ody 5.4: Number 2, medium of life (new users)

Zuerst zeigen was man sieht: different representations
Diverse Styles Rumspielen mit den Styles, Ball and Wire
Aggregatszustände Physical States: solid, liquid sowie gas zeigen (Animationen)
Für Spezialisten Wasserstoff-Brücken einzeichnen, oder ... Elektronen-Cloud, weiter unten
Spuren lesen Beim Eis alle Moleküle auswählen, hide machen, trail anzeigen. Dito mit Flüssigkeit sowie Gas (jeweils aber nur fü ein Wassermolekül): bei Feststoffen bleibt die Position der Moleküle identisch, Flüssigkeiten sowie Gase nicht, innerhalb einigen wenigen 10^-12 Sekunden Position geändert
Schmelzen . Gleiche Sache, Eis aber schmelzen. Evtl. reload machen, dann bei solid (ice ) unter den Properties die Temperatur holen und von eindeutig (!) unter Null auf ca. 20 ° Celsius erhöhen. Temperatur wieder runter liefert leider nicht eine Eisstruktur - jedenfalls nicht in den bisher beobachteten Zeiträmen
Wasserschicht Layer of liquid water, animation
Mischungen / Lösungen Water plus CO₂, NaCl, Alkohol, 'Öl'
zum Seitenanfang

Teil II: Aktueller Unterricht (2nab): chemisches Gleichgewicht, Thermodynamik: Wann reagieren zwei Moleküle miteinander. Unter anderem wichtig: räliche Orientierung der Edukte. Moleküle korrekt anordnen, auswählen, ctrl, drehen.

Richtige Orientierung der Edukte (ody_5, Kinetics 109 oder Ody 6, Lab 86, guided lab, complete list.
Reactive Collisions between Molecules: NO₂ + F₂ → NO₂F + F
Chemisches Gleichgewicht live: Observing a chemical reaction,(ody 5 108 oder ody 6, demo + visuals, no. 44). Es wird eine Folgereaktion betrachtet: NO₂ + F₂ ⇌ NO₂ + F sowie Zersetzung von NO₂ + F → NO₂F.
Lässt man die Simulation laufen, so sieht man von Zeit zu Zeit 'Kugelblitz' aufleuchten. Dies waren Orte, wo eine Reaktion stattfand.
zum Seitenanfang

Teil III: DNA. Ody_6, Guided-Labs, No 115. DNA zeigen, Computermodell als auch im Modell.

Teil IV: Aktueller Unterricht (2nab): Salze (Ody_6, Guided-Labs, No 22. )

Wieso halten die 'Atome' vom Kochsalz, NaCl, aneinander ?: Ionen, Kation - Anion
Ladung: Ladungen der einzelnen Kugeln verändern, z.B. +1/0 oder +1/+1 oder +1/-1 und dann eine Simulation laufen lassen. ('Build/Chharge') Für alle drei Modelle machen ('A, B und C'). Unterschiedliche Startsituationen ergeben unterschiedliche Endstrukturen
Nice: die Radien der Atome - Ionen ändern sich mit der Ladung

Teil V: Eventuelles ..

Aspirin
Medikamente Concepts and Applications, Pharmaceutical, 113: Blockbusters
Autobatterie, Schwefelsäure
Säuren, Schwefelsäure. Teilchen und Materie, komplette Liste, No. 51. Bei Schwefelsäure ( Beispiel (weiter unten) können die unwichtigen Dinge (Wasser welches nicht reagiert) verborgen werden. Hauptinteresse auf Mainaspects.
zum Seitenanfang