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Elektrochemische Zellen
Die Pro- Version der Elektrochemischen Zellen
für Windows 98-2000, ME+ XP ermöglicht Potentialberechnungen mit Nernst' scher Gleichung sowie die Grafikübernahme
der Ergebnisse in die Windows- Zwischenablage.
Ein
Wechsel der Unterrichtsmedien ermöglicht es nicht nur chemische Sachverhalte aus unterschiedlichen Blickwinkeln
zu betrachten, er bringt auch Leben in den Schulalltag. Im Unterricht der Elektrochemie lassen sich viele eindrucksvolle
Versuche als Schüler- oder als Lehrerexperiment durchführen. Ein Softwareeinsatz im Unterricht der Elektrochemie
soll diese nicht ersetzen, sondern erweitern oder Grundlagen z.B. für ein Praktikum schaffen. Bei den Elektrochemischen Zellen Pro helfen hierbei neben einer Datenbank zu den Teilreaktionen
mit ihren Normalpotentialen ein integrierter Rechner sowie die automatische Kalkulation von Potentialen und Potentialdifferenzen
mit oder ohne Einsatz der der Nernst' schen Gleichung.
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Abbildung 1:
Das Zentrum der Benutzeroberfläche der Elektrochemischen Zellen Pro bildet die Experimental- Anordnung mit
einer Salzbrücke. In die Bechergläser werden die Elektroden mit der Maus hineingezogen. Auf einen Mausklick
hin werden die Normalpotentiale und die Potentialdifferenzen berechnet. Durch Drücken der Tasten L-R-O-R-G
werden Zusatzinformationen wie Elektronenstromrichtung, Anode Kathode usw. eingeblendet.
Die Grafiken stehen über die Windows- Zwischenablage zum Einbinden in Text- oder Grafikprogramme zur Verfügung.
Mit wenigen Mausklicks können so beispielsweise Grafiken für eine Klausur und deren Lösungsblätter
mit, oder ohne Rechenergebnisse erstellt werden. |
Die Bedienung der Software ist denkbar einfach. Ähnlich
wie im Realexperiment werden Elektroden mit ihren Elektrolyten mit der Maus in eine bereitstehende Versuchsanordnung
gezogen. Auf weitere Mausklicks hin werden Anode, Kathode, Elektronenstromrichtung oder die Teilgleichungen für
den Oxidations- bzw. Reduktionsvorgang und für die Gesamtgleichung angegeben. In dieser Grundausführung
lassen sich Schüleraufgaben stellen. Beispiele hierfür sind:
Versucht die Elemente Cu - Zn - Ag - Fe usw. nach ihren Normalpotentialen zu ordnen! Baut verschiedene galvanische
Elemente und messt deren Spannungen. Haben die Alltagsbegriffe "edel" bzw. "unedel" etwas mit
der Spannungsreihe zu tun? Wie muss man vorgehen um möglichst hohe Spannungen zu erreichen! Stellt Reaktionsgleichungen
für Oxidations- bzw. Reduktionsvorgänge auf!
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Abbildung 2:
In der Pro- Version der Elektrochemischen Zellen ist die Nernst'sche Gleichung integriert um Potentiale bei unterschiedlichen
Konzentrationen, Temperaturen oder in Abhängigkeit von der Hydronium- Ionenkonzentration zu berechnen.
Wird der Schiebebalken für die pH- Einstellung bewegt, so werden gleichzeitig die Spannungsänderungen
neu berechnet. Dasselbe gilt für Temperaturänderungen. |
Für die Sekundarstufe II lassen sich diese Fragen durch
die Konzentrationsabhängigkeiten der Potentiale, berechnet über die Nernst' sche Gleichung, erweitern.
Den Berechnungen liegt die Nernst' sche Gleichung in ihrer allgemeinen Form zugrunde, so dass auch die Temperaturabhängigkeit
der Potentiale verfolgt werden kann. Mit der Wasserstoffelektrode lässt sich die pH- Abhängigkeit der
Normalelektrode untersuchen oder eine Brennstoffzelle aufbauen. Noch stärker abhängig vom pH ist das
Oxidationspotential der Permanganat- Systeme. Baut man hierzu galvanische Elemente mit Halogen/Halogenid- Elektroden
auf ,so lässt sich leicht erforschen, ab welchem pH Chlorid- Ionen z.B. nicht mehr von Permanganat zu Chlor,
weiterhin jedoch Jodid- oder Bromid- Ionen, oxidiert werden können.
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Abbildung 3:
Der Kern der Software ist eine Datenbank zu den galvanischen Elementen. In diese Datenbank lassen sich Daten zu
zusätzlichen Elementen manuell eintragen.
Um dem Lehrer die Eingabe zu erleichtern ist ein mausbedienter Halbzelleneditor in die Software integriert. Elektroden
und Farben der Elektrolytlösungen lassen sich beliebig einstellen. |
Da die Datenbank der
Elektrochemischen
Zellen Pro vom Anwender beliebig
erweiterbar ist, können viele weitere Ideen zum Unterrichts- Einsatz realisiert werden. Wichtig für den
Lehrer als Anwender ist die Möglichkeit, alle Grafiken mit oder ohne Rechenergebnisse bzw. Reaktionsgleichungen
entweder als Bitmap- Grafik zu speichern, mit Grafikprogrammen nachbearbeiten oder direkt über die Windows-
Zwischenablage in Windows- Textverarbeitungen einbinden zu können. Auf diese Weise lassen sich schnell Experimentiervorlagen,
Klausuren oder Arbeits- und Lösungsblätter mit eingebundenen Grafiken erstellen.
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