Chemische Reaktionen sind die Grundlage aller Lebensvorgänge. Auch ohne das menschliche Erkennen laufen auf der Erde eine nicht zu schätzende Zahl von chemischen Reaktionen ab. Während jedoch praktisch die gesamte lebensnotwendige Chemie ohne menschliches Eingreifen abläuft, ist für das Leben der Menschen in der Industriegesellschaft naturwissenschaftliche Erkenntnis und ihre Anwendung in Form von Technik notwendig. Es gibt eine Reihe von Gründen, weshalb Chemie an allgemeinbildenden Schulen unterrichtet werden mss. Einige davon sollen genannt werden.

1 . Ohne technische Hilfsmittel ist der Mensch in den gemäßigten Breiten der Erde nicht überlebensfähig.
Beispiele: Heizen mit fossilen Brennstoffen, Herstellung von Kleidung (Gerben von Fellen, Präparieren von Pflanzenfasern)

2. Ohne chemische Kenntnisse können selbst einfache Geräte nicht in geeigneter Weise hergestellt werden.
Töpfern und Brennen von Tongefäßen, Glasuren zum Abdichten von Tongefäßen, Metallgewinnung und Verhüttung zur Herstellung von (Metall-)Werkzeugen.

3. Ohne physikalische und chemische Kenntnisse ist das Aufbewahren von Nahrungsmitteln kaum in ausreichender Weise möglich.
Konservierung durch Einsalzen, Trocknen, Einzuckern, Räuchern und Pökeln, Einlegen in Essig und Alkohol.

Da die Zahl der Menschen über das natürliche Vorkommen hinaus unverhältnismäßig stark angewachsen ist und alle Menschen mit gleichem Recht ihr Überleben sichern wollen, führt das zu vermehrter Anwendung von Naturwissenschaften und Technik. Am deutlichsten und ziemlich früh war es die technische Chemie, die die Grenzen von uneingeschränkter Nutzung naturwissenschaftlicher Erkenntnisse erkennen ließ. Chemische Reaktionen greifen in natürliche Gleichgewichte ein und verändern sie. Was sich in Form der Pharmazie (Medikamente gegen Infektionen) und Agrarchemie (Düngemittel) zunächst segensreich zeigte, stellt inzwischen durch die Allgegenwärtigkeit von Pestiziden und schwer entsorgbaren Stoffen zunehmend ein Problem dar.

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2. Was sollte im Schulfach Chemie unterrichtet werden?

Am Anfang war die pure menschliche Neugier verbunden mit der Suche nach neuen Stoffen als Werkstoffe (Ton, Leder, Metalle), die den Menschen das Leben erleichtern sollten. Auch für die angenehmere Gestaltung des Lebensraumes und der eigenen Person wurden Chemiekenntnisse entwickelt, die mit der Herstellung von Farben und Schmuck verbunden waren. Die Konservierung von Lebensmitteln und das Garen benötigte ebenfalls grundlegende physikalische und chemische Kenntnisse. Dazu kommt noch die Gewinnung von Arzenein, die chemische Methoden erforderten. Auch die Mumifizierung zur Erlangung von "Unsterblichkeit" erforderte eine Kenntnis von stofflichen Reaktionen.

Bis hin zum Beginn des 20. Jahrhunderts war das chemische Denken auf die Erzeugung neuer Stoffe ausgerichtet. Die Erforschung chemischer Gesetzmäßigkeiten war der Produktion neuer Stoffe untergeordnet. Beispiele sind die Porzellan-Herstellung, die Farbstoffindustrie, die Pharmazie, die Ammoniak-, Soda- und Schwefelsäure-Fabrikation und die Sprengstoff-Herstellung.

Dabei wurde die Nebenwirkungen der chemischen Produktion auf die Umwelt erst dann beachtet, wenn sie unmittelbar lebensbedrohlich wurde. Nun beginnt sich die Erkenntnis zu bilden, dass man die Gesetze der Naturwissenschaften mehr ins Auge fassen muss, will man eine grobe Schädigung der Umwelt vermeiden.

Es sind die Erhaltungssätze der Physik, die auf das thermodynamischen chemische Gleichgewicht und das biologischen Fließgleichgewicht, angewandt werden müssen. Sie bestimmen, wie der Umgang mit Chemie, Chemikalien und Naturstoffen sein muss, um die natürlichen Gleichgewichte nicht nachteilig für den Menschen zu stören.

Wesen einer chemischen Reaktion ist es, dass Stoffe zu neuen Stoffen umgesetzt werden. Die Produktion von neuen Stoffen ist damit immer auch verbunden mit dem Verbrauch eines anderen Stoffes.

Chemie als Unterrichtsfach ist damit das einzige Unterrichtsfach an einer allgemeinbildenden Schule, das den Verbrauch zum Unterrichtsthema hat. Es wäre daher sinnvoll, wenn im Chemieunterricht Herstellung und Verbrauch von Stoffen auf die notwendigen Mengen beschränkt werden, will man im Bewußtsein der breiten Bevölkerung den Umgang mit ("Wert-", Abfall"-) Stoffen in den Griff bekommen.

Damit man beurteilen kann, mit welchen Methoden man Chemie in der Schule unterrichten kann, sollten einige Voraussetzungen des Chemieunterrichts betrachtet werden.

• Wer soll unterrichtet werden?
• Welche Zielvorstellung hat der Unterrichtende?
• Welche Altersgruppe gehört der Lernende an?
• Welche technischen Möglichkeiten gibt es, Erfahrungen zu vermitteln?

Diese Fragen sind nicht isoliert zu betrachten, sie sind nur im Zusammenhang zu diskutieren.

Die gesamte Bevölkerung wird an allgemeinbildenden Schulen unterrichtet . Für die Heranwachsenden geht es im Herausbildung von Fähigkeiten und Fertigkeiten. Fähigkeiten sind individuell geprägt und müssen erst erkannt und dann entsprechend gefördert werden. Um Fertigkeiten auszuschärfen werden zunächst Methoden bereitgestellt und dann eingeübt.

Für die Entwicklung der Fähigkeiten und Fertigkeiten bei Schülerinnen und Schülern werden Lehrerinnen und Lehrer in der Didaktik ausgebildet. Dabei lernen sie, dass der Chemieunterricht an allgemeinbildenden Schulen der Erkenntnisbildung dient und nicht der Produktion von Chemikalien oder neuen Produkten.

Je nach Alter der Schülerinnen und Schüler wird zunächst nur mit ungefährlichen Stoffen, dann aber auch mit gesundheitsgefährlichen bis hin zu giftigen Stoffen gearbeitet.

zu wählen, die noch genügend Anschaulichkeit besitzt, aber dennoch mit kleinen Portionen auskommt. Hier eignet sich die Halbmikrotechnik, die mit Stoffportionen von etwa 2 mmol auskommt. Sollen nur Stoffe identifiziert werden, ohne dass weitere Umsetzungen geplant sind, so sind die Methoden der Mikrotechnik angezeigt. Hier bietet die chemische Industrie eine Vielzahl von vorgefertigten Teststreifen und Reagenziensätzen, die mit Vorteil angewandt werden können, wenn das Prinzip der chemischen Reaktion bekannt ist. Mindestens gleichwertig sind Nachweise mit physikalischen Methoden, da diese den Stoff unverändert belassen. Jedoch sind physikalische Meßmethoden nur dann einzusetzen, wenn vorab der zugrundeliegende Zusammenhang mit den stofflichen Eigenschaften bekannt ist.

In der Fachausbildung werden fachspezifische Arbeitstechniken nötig sein. So wird ein Chemiewerker sich mit dem Umgang großer Stoffportitionen auskennen müssen. Im Labor werden häufig präparative Techniken erforderlich sein, da man von der industriellen Chemie käufliche Produkte erwartet.

In der Pharmazie (Apotheke) werden in der Regel Standardmethoden zu erlernen sein. Das gilt besonders für die gesetzlich vorgeschrieben Identifikationen und präparativen Arbeiten, die zu reproduzierbaren Ergebnissen führen sollen.

Parallel zu der Frage wer unterrichtet werden soll, wird die Methode des Chemieunterrichts bestimmt von dem Alter derjenigen, die unterrichtet werden sollen. Kinder sollten grundsätzlich nur mit Stoffen experimentieren, die auch in natürlichen Gleichgewichten vorkommen. Da hierbei die Auswahl sehr eingegrenzt ist, kommt es sehr auf die apparativen Techniken an, in welchen Umfang auch mit gefährlichen Stoffen experimentiert werden kann. Hier bewähren sich besonders die Methoden der Halbmikrotechnik. Mit dem Methoden der Halbmikrotechnik lassen sich geschlossene Apparaturen konstruieren, so dass ein Kontakt mit den Stoffen unterbunden werden kann.

Das Alter der Lernenden beeinflusst die Didaktik.

Da der Umgang mit Stoffen über die Kenntnis der Grundgesetze der chemischen Umwandlung und Stoffeigenschaften erlernt werden sollen, muss sich der Chemieunterricht an Experimenten orientieren. Hier sind eigene Schülerexperimente unbedingt Lehrer- Demonstrationsexperimenten vorzuziehen.

Mit steigendem Alter der Schülerinnen und Schüler nimmt das Abstraktionsvermögen zu. Ebenso steigt die experimentelle Erfahrung. Dadurch können auch kompliziertere Experimenten als Schülerexperimente durchgeführt werden. Wenn jedoch Einschränkungen durch Zeitmangel, mögliche Gefährdung oder Mangel an Geräten besteht, kann jetzt von Gruppenversuchen auf Schülerdemonstrationsversuche bis hin zu Lehrerdemonstrationsversuche ausgewichen werden. In besonderen Fällen ist es sinnvoll, Filme von technischen Prozessen ergänzend zu Laborexperimenten erzusetzen (z.B. bei technischen Prozessen, industriellen Anlagen).

Es bleibt abzuwarten, wie schnell die multimediale Entwicklung fortschreitet. Denkbar sind dann auch Simulationsversuche. Sie könnte Anwendung finden bei Untersuchungsmethoden, die zu kompliziert sind oder die z.B. wegen der Benutzung radioaktiver Stoffe oder Röntgentechniken das Mindestalter für Schülerinnen und Schüler nicht erreicht ist. Ein Beispiel ist hier die Simulation des Nachweises der Identität von a-Strahlung als Heliumatomkern .

4. Gefahrstoffminimierung im Chemieunterricht

Bei der Wahl der Stoffmenge sind die Ziele des Einsatzes von Chemie ausschlaggeben.

1. Will man ausschließlich analytische Untersuchungen durchführen, ist die Mikrotechnik (weniger als 10^-6 mol) angezeigt.

2. Will man Erkenntnisse über chemische Abläufe und Zusammenhänge gewinnen, ist die Halbmikrotechnik (ca. 10^-3 mol) sinnvoll einzusetzen.

3. Will man wissenschaftlich-technische Fragen einer späteren technischen Anwendung bearbeiten, ist die Makrotechnik ( ca. 1 mol) zur Vorbereitung sinnvoll.

4. Will man chemische Produkte erzeugen, wird der technische Maßstab (>1 mol) nötig.

5. Will man die Gefahren durch fehlerhaften Gebrauch von Chemie vermeiden, muss man sich mit Allem den natürlichen Bedingungen anpassen, das heißt, natürliche vorhandene Gleichgewichte berücksichtigen.

Unabhängig von den Zielen des Einsatzes von Chemie muss gelten:

Stoffe, die erst durch chemische Reaktionen hergestellt werden, müssen wie gefährliche Stoffe eingestuft werden, bis ihre Unbedenklichkeit für die Umwelt nachgewiesen ist. Die Unbedenklichkeit kann dann angenommen werden, wenn das Auftreten der Stoffe dem natürlichen Gleichgewicht entspricht und sie dem normalen Stoffwechsel unterliegen.

5. Geschlossene und teilgeschlossenen Apparaturen

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7. Literatur

7.1. Printmedien

Simulation des Nachweises der Identität von a-Strahlung und Heliumatomkernen ; Didaktik zur Simulation

W. Kinttof - A. Wagner,Handbuch der Schulchemie, Technik - Methodik -Didaktik, 2. unveränderte Aufl., Aulis-Verlag; Köln 1973

R. Arendt, L. Dörmer, Technik der Experimenalchemie, Anleitung zur Ausführung chemischer Experimente, 9. Aufl.; Verlag Quelle & Meyer, Heidelberg 1972

W. Flörke, F. Flohr, Methoden und Praxis des chemischen Unterrichts, 3. Aufl. Verlag Quelle & Meyer; Heidelberg 1969

H. Boeck: Chemische Schulexperimente; Bd. 3, Anorganische Chemie, zweiter Teil; Verlag Harri Deutsch; Thun, Frankfurt/M. 1986, S. 119 ff.