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Moleküle bauen – Atome, Wertigkeit, Formeln und 3D-Formen

NaturwissenschaftenAtome, Elemente und BindungenAlter 12–13

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Drei Bildschirme, um Atome zu Molekülen zu verbinden. Moleküle bauen: H-, C-, N-, O-, Cl-, F-Atome … aus den Fächern mehrerer Bausätze (Wechsel mit den Pfeilen) auf den Tisch ziehen und neben einem anderen Atom ablegen – sie verbinden sich gemäß ihrer Wertigkeit; ein Antippen trennt eine Bindung. Ein vollständiges Molekül zeigt Formel und Namen – in die passende Box ziehen, um die Sammlung zu vervollständigen. Mehrfach: Jede Box braucht mehrere Moleküle desselben Stoffs (2 H₂O, 3 O₂ …) mit Zähler. Labor: unbegrenzt viele Atome für große Moleküle wie Ethanol, Ethansäure (Essigsäure) oder 2-Methylpropan (Isobutan). Ein Katalog von 58 bekannten Stoffen (mit Isomeren gleicher Formel), jeweils als drehbares 3D-Modell mit VSEPR-Geometrie. Nach der Simulation "Build a Molecule" von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); neu geschrieben.

Lektion: Moleküle, Elemente und Verbindungen

Was sie zeigt

Die Lerneinheit zu Molekülen, Elementen und Verbindungen im Thema "Moleküle und chemische Bindung" führt das Molekül als Teilchen aus miteinander verbundenen Atomen ein: Ein Element (Elementsubstanz) besteht aus einer einzigen Atomsorte, eine Verbindung aus zwei oder mehr. In dieser Simulation setzen die Lernenden Atome selbst zu Molekülen zusammen und prüfen das Ergebnis sofort.

So funktioniert es

Auf dem Bildschirm Moleküle bauen ziehen die Lernenden Atome aus den Fächern eines Bausatzes auf den Tisch; ein Atom, das neben einem anderen abgelegt wird, verbindet sich automatisch, wenn beide noch freie Wertigkeit haben (H einwertig, O zweiwertig, N dreiwertig, C vierwertig). Ein Molekül, in dem alle Atome ihre Wertigkeit ausschöpfen, wird erkannt und zeigt Summenformel und Namen, etwa H₂O (Wasser), CO₂ (Kohlenstoffdioxid), NH₃ (Ammoniak) und CH₄ (Methan). Moleküle in die richtigen Sammelboxen zu ziehen vervollständigt die Sammlung; der Bildschirm Mehrfach verlangt mehrere gleiche Moleküle, das Labor bietet unbegrenzt viele Atome für große Moleküle und Isomere wie Ethanol und Methoxymethan (Dimethylether) mit derselben Formel C₂H₆O. Die Schaltfläche 3D öffnet ein räumliches Modell, das sich mit Maus oder Finger drehen lässt: CO₂ linear, H₂O gewinkelt, NH₃ pyramidal, CH₄ tetraedrisch.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Moleküle bauen, Mehrfach, Labor
  • Sammelziele Bekannte Stoffe (Grundstufe), Erweitert (mit organischen)
  • Stoffnamen anzeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Welche der Moleküle H₂, O₂, H₂O, CO₂ und NH₃ sind Elemente, welche sind Verbindungen?
  2. Warum lässt sich kein Molekül bauen, in dem ein C-Atom nur an zwei H-Atome gebunden ist?
  3. Ethanol und Dimethylether haben dieselbe Formel C₂H₆O. Worin unterscheiden sich die beiden Moleküle?

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