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In diesem Artikel wird die Oberflächenmodifikation von 3D-gedruckten Objekten in drei Schritten beschrieben. Zuerst werden Objekte aus Polymilchsäure (PLA) mittels Aceton und Graphit leitfähig gemacht. Anschließend wird auf dieser leitfähigen Schicht Kupfer galvanisch abgeschieden. Im dritten Schritt wird die Kupferschicht einem gezielten Alterungsprozess unterzogen, wobei abhängig der verwendeten Chemikalien eine farbige Kupferpatina entsteht. Dieses Projekt verbindet auf spannende Weise die Themengebiete Kunststoffe, Elektrochemie und kunstvolle Korrosionsprozesse.

Kohlenstoffhaltige Nanopartikel werden seit einigen Jahren intensiv als neuartige Funktionsmaterialien erforscht. Sie können aus kleineren Molekülen als Ausgangsstoffe, auch Präkursoren genannt, durch Pyrolyseprozesse hergestellt werden (Bottom Up). In folgendem Beitrag wird ein einfaches, direkt im Chemieunterricht einsetzbares Experiment zur Herstellung kohlenstoffhaltiger Nanopartikel vorgestellt, das als Präkursor den Naturstoff Saccharose nutzt. Es wird ein in der Fachliteratur formuliertes Reaktionsschema gezeigt und das Vorhandensein von Nanopartikeln durch Fluoreszenz bei Anregung mit UV-Licht nachgewiesen. Das faszinierende Phänomen kann das Interesse von Schülerinnen und Schülern für die Thematik wecken und bietet curriculare Anschlussmöglichkeiten an die Chemie des Kohlenstoffs und die Nanochemie.

Das Titelbild zeigt ein Beispiel der Oberflächenmodifikation von 3D-gedruckten Objekten. Zell, Utz und Friedrich beschreiben in ihrem Beitrag ab S. 95, wie die Oberfläche des Standardfilaments Polymilchsäure (PLA) unkompliziert leitfähig gemacht, verkupfert und patiniert werden kann. Das Ergebnis sind ästhetisch ansprechende Modelle - wie der auf der Titelseite abgebildete Taler. Diese Arbeit veranschaulicht die vielfältigen M-glichkeiten, die sich aus der Kombination von 3D-Druck und chemischen Verfahren ergeben.

Im Beitrag von Zell und Friedrich 1 wird neben weiteren sehr hilfreichen Materialien und Medien aus dem 3D-Drucker ein haptisches Funktionsmodell zum Streuversuch von Ernest Rutherford vorgestellt. Das Modell ist eine Weiterentwicklung der Idee von Woithe 2, die das Funktionsmodell zur Veranschaulichung und dem Nachstellen von physikalischen Streuexperimenten konzipiert hatte. Die Adaption von Zell und Friedrich erscheint für die Erarbeitung des Kern-Hülle-Modells schon sehr geeignet. Aus unterrichtspraktischer und auch fachlich-fachdidaktischer Sicht möchte ich eine Optimierung vorschlagen und Hinweise für dessen erkenntnisbildende Funktion beim Einsatz im Unterricht unterbreiten.

Die von den Autoren zitierte Kompetenzformulierung des Bildungsplans Baden-Württemberg „Die Schülerinnen und Schüler können auf der Grundlage eines Modellversuchs zum Rutherfordschen Streuversuch das Kern-Hülle-Modell beschreiben“ 4 findet sich in ähnlicher Weise auch in den entsprechenden Chemie-Curricula anderer Bundesländer, mitunter verbunden mit dem Hinweis auf Animationen und Simulationen (Tab. 1), sowie auf haptische Funktionsmodelle. Die in diesem Zusammenhang getätigte Aussage von Zell und Friedrich, dass es an solchen Modellen fehle, ist jedoch nicht korrekt, wie ein Blick in den Lehrmittelhandel (z. B. 5) oder die fachmethodische Literatur zeigt z. B. 6, 7, 3). Gerade die selbst gebauten Funktionsmodelle aus Pappe und Metallstiften scheinen in Schulen vergleichsweise weit verbreitet zu sein. Die von Zell und Friedrich adaptierte 3D-Druck-Version wirkt jedoch im Vergleich zu den Papp-Varianten deutlich haltbarer und damit langlebiger. Auch weist die 3D-Druck-Version über die Vertiefungen, in denen sich die Kugeln (Repräsentant für α-Teilchen) sammeln, eine deutlich bessere Auswertbarkeit auf, da bei vielen Pappmodellen die Kugeln nach dem Auftreffen auf den gebogenen Pappschirm häufig noch weiterrollen. Allerdings sind mit all diesen haptischen Modellen nicht mehr Interaktionsmöglichkeiten verbunden als mit einer fachlich und didaktisch gelungenen Simulation wie die von PhET der University of Colorado Boulder (vgl. Tab. 1), wie die Autoren irrtümlicherweise konstatieren. Vielmehr adressieren die haptischen Funktionsmodelle andere Sinnesmodalitäten und können so einen alternativen Zugang im Rahmen der Differenzierung darstellen (siehe Einsatzszenario I).

Das gefertigte Funktionsmodell erweist sich beim Einsatz im Unterricht als praktikabel. Störend ist nur, dass die Lernenden die jeweilige Vorstellung zur Struktur der Atome sehen und damit das Ergebnis des Kugeldurchgangs schon vorab für sie abschätzbar ist, auch ohne mit dem Funktionsmodell gearbeitet zu haben. Abhilfe bietet eine einfache Platte, die auf die „Kern-Hülle-Pins“ aufgedruckt wird und so die darunter liegende Anordnung verdeckt (vgl. 3). Natürlich erkennen die Lernenden die Lücken, wenn sie unter die Abd

Das Titelbild zeigt Low-Cost-Experimente zur Ionenwanderung im elektrischen Feld mit Hilfe von Alginatbällchen. Im oberen Bällchen ist Kaliumpermanganat und im unteren Eisen(III)-chlorid eingeschlossen. Die Wanderung der Eisen(III)-Ionen in Richtung Minuspol wird durch den Zusatz geringster Mengen an Kaliumthiocyanat im Elektrolyten sichtbar gemacht (siehe Beitrag von M. Ducci ab S. 29).

Die Stahlindustrie zählt zu den größten Verursachern von Kohlenstoffdioxid-Emissionen. Um die Emissionen zu reduzieren, gibt es Bestrebungen, Eisen nicht durch Kohle, sondern durch Methan oder Wasserstoff zu reduzieren. Diese beiden Reduktionsmittel haben im Vergleich zu Kohlenstoff den Vorteil, weniger bis gar keine direkten Kohlenstoffdioxidemissionen zu generieren. Im Kontext eines zukunftsorientierten Chemieunterrichts werden in diesem Artikel zwei Experimente zur Reduktion von Eisen(III)-oxid mit Wasserstoff und Methan vorgestellt.

Angesichts der globalen Herausforderungen ist eine Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) im Sinne der Sustainable Development Goals (SDGs) der Vereinten Nationen unverzichtbarer Teil des Chemieunterrichts. Es wird aufgezeigt, wie Schülerinnen und Schüler zur Teilnahme am Nachhaltigkeitsdiskurs angeleitet werden.

Der Blick wird auf die Prozessqualität des Lehrens und Lernens und damit auf die Tiefenstruktur des Unterrichts gerichtet. Sie zeigt sich in der Qualität der Interaktionen der Lernenden mit dem Lerngegenstand sowie der Interaktionen zwischen den Beteiligten. Eine Konkretisierung erfolgt anhand der Merkmale kognitive Aktivierung, diskursfördernde Moderation, Verständnisorientierung und konstruktive Unterstützung.

Dazu wird ein BNE-Unterrichtsbeispiel vorgestellt, in dem es um den Vergleich der Effizienz eines mit E-Fuels betriebenen Verbrennungsmotors mit der eines batterieelektrischen Antriebes geht.