Didaktische Überlegungen zum PSE³
Der Begriff „Element“ wird in drei verschiedenen Bedeutungen verwendet, die jeweils zu einer anderen Ebene der Betrachtung gehören. Nennen Lernende einen Elementnamen, sollte immer klar sein, was sie damit genau meinen: Fällt etwa die Äußerung „Bei Redox-Reaktionen wird Sauerstoff übertragen“, ist das PSE³ mit seinen drei Ebenen hilfreich. Der allen drei Ebenen gemeinsame Elementname Sauerstoff kann im PSE³ leicht korrekt zugeordnet werden. In diesem Beispiel ist die Atomart (O) gemeint, nicht der Stoff (Gas) oder dessen kleine Teilchen (Moleküle O2).
Ursprünglich kommt der Begriff Element aus der Stoffebene: „Wasser ist eine Verbindung, da man es auf chemische Weise zersetzen kann. Wasserstoff ist ein Element. Man kann ihn chemisch nicht in verschiedene andere Stoffe zerlegen.“
Spricht man über die Zusammensetzung der Teilchen eines Stoffes, befindet man sich auf der Ebene der Atomarten: „Früher gab es bleihaltiges Benzin.“ Oder „Die Zahnpasta enthält Fluor.“ Dies sind Aussagen über die elementare Zusammensetzung von Stoffen, also über Atomsorten, die in einer Verbindung vertreten sind. Diese Verwendung des Begriffs Element entspricht dabei der modernen Definition nach IUPAC: „Chemisches Element: Eine Art von Atomen; alle Atome mit der gleichen Anzahl von Protonen im Atomkern.“ Elemente sind auf dieser Ebene Atomsorten, unabhängig von ihrem Bindungszustand.
Ein Stoff wird aber nicht nur durch die Art der vorkommenden Atome charakterisiert, sondern auch durch die Art, wie sie miteinander verknüpft sind, bei den Elementen etwa zu einem Gitter wie im Diamant, zu Molekülen wie z. B. im Sauerstoff oder auch gar nicht, was im PSE allerdings nur sehr selten auftritt, nämlich bei den Edelgasen. Um der zentralen Bedeutung der Verknüpfungsart gerecht zu werden, sind auch einige (stabile) Modifikationen von Elementen in das PSE³ aufgenommen worden. Betrachtet man die Verbände von Atomen, befindet man sich auf der Teilchenebene. Hier ist auch die Formelsprache angesiedelt, wie wir sie in den üblichen Reaktionsgleichungen verwenden: 2 H2 + O2 → 2 H2O. Deshalb sind im PSE³ auf der Teilchenebene die chemischen Formeln der Stoffe notiert.
Dem häufigen Missverständnis, Elemente bestünden aus Atomen (und Verbindungen aus Molekülen) wird durch die Aufnahme der Teilchenebene zwischen Atom- und Stoffebene in das Periodensystem entgegengewirkt.
Informationen und Erläuterungen zu den besonderen Datenangaben im PSE³: Download Hier
Artikel in Fachzeitschriften, Vorträge und Workshops zum PSE³: Hier
Unterricht mit dem PSE³
- Schulbücher und Materialien mit dem PSE³ zum Download Hier
- Einsatzmöglichkeiten im Chemieunterricht: zum Download hier
- Erfahrungsbericht von B. Sieve: Das Periodensystem PSE³ in der Praxis: hier
Aufgaben mit dem PSE³
- Für Aufgaben zu den Größen im PSE, z. B. Fragen nach Trends in den Gruppen oder Perioden, nach Zusammenhängen etwa zwischen Atomisierungsenergie und Siedetemperatur usw. liegen alle Daten in folgender Excel-Tabelle zum Download bereit:
Excel-Tabelle mit den aktuellen Werten (Stand 2022): zum Download hier . Die Tabelle enthält auch die Quellenangaben zu den Daten.
Für frühere Ausgaben: Excel-Tabelle mit den Größenwerten (Stand 2017): zum Download hier .
- Aufgabensammlung zum PSE³:
Hier werden Aufgaben vorgestellt, die durch die besonderen Größenangaben im PSE³ zusätzlich möglich werden. Zu jeder Aufgabe gibt es Tipps und Ideen zum Lösungsweg sowie einen vollständigen Lösungsvorschlag.
1_Goldfolie Rechnen mit Anzahlen und Atomabständen
2_Atomabstände Welche Atome liegen dichter: leichte Lithium- oder schwere Uran-Atome?
3_Avogadro Von den durchschnittlichen Abständen der Edelgasatome bis zur Berechnung des molaren Volumens
4a_Dichte_Alu Die Dichte eines Elements ist genau genommen die Dichte eines makellosen Einzelkristalls. Diese experimentell zu bestimmen ist in der Praxis selten möglich. Man ermittelt daher im Allgemeinen die Dichten aus der Atommasse und der durch Kristallstrukturanalyse ermittelten Entfernung zwischen den Atomen. Mit den Daten aus dem PSE³ kann diese Dichte-Berechnung nachvollzogen werden.
4b_Dichte_Sauerstoff Auch wenn im PSE³ bei den Molekülen nicht die zwischenmolekularen Teilchenabstände sondern die Bindungslängen innerhalb des Moleküls angegeben sind, kann man mithilfe des Satzes von Avogadro die Dichte der molekularen Elemente berechnen.
5_Bindungslängen Erkenntnisse über die Rolle der zunehmenden Kernladung bei den Bindungslängen innerhalb einer Periode sowie über das Vorkommen von Mehrfachbindungen.
6_Atomisierungsenergie Suchen nach Periodizität bzw. Trends im PSE: Wie leicht lassen sich Elemente in Atome spalten? Wo liegt das Maximum bei einer Periode?
7_Periodizität_Abstände Suchen nach Periodizität bzw. Trends im PSE: Wie verändern sich die durchschnittlichen Abstände der Atome? Wo liegt das Minimum bei einer Periode?
8_Sieden_Atomisieren Erkunden eines Zusammenhangs: Steigen die Siedetemperaturen mit den Atomisierungsenergien? Verdeutlichung des Unterschieds zwischen Nichtmetallen und Metallen.
9_Ozonstabilität Berechnung der molaren Standardbildungsenthalpie von Ozon mithilfe des Satzes von Hess
10_Bildungsenthalpien Erkenntnis, dass die Aussage „Elemente haben die molare Standardbildungsenthalpie 0 kJ/mol; gibt es mehrere Modifikationen, gilt dies für die stabilste“ kein allgemeingültiges Naturgesetz sondern eine praktische Festlegung ist, bei der auch Ausnahmen gemacht werden (Zinn und Phosphor).
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