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Aufnahme von Voltabsorptogrammen und Voltaluminogrammen elektroluminochromer Stoffe - Ein Beitrag zum besseren Verständnis der Elektrochemie

 

Empirische Untersuchungen aus den USA zeigen, dass die Physikalische Chemie (PC) und hier vor allem die Thermodynamik und die Elektrochemie bei Chemiestudierenden in den Anfangssemestern gleichermaßen Respekt wie auch Angst einflößend („formidable“) ist [1-3]. Dies wird damit begründet, dass eine erfolgreiche Bewältigung der Anforderungen der PC eng mit (Vor-)Kenntnissen aus der Mathematik und der Physik korreliert. Und diese sind häufig nicht in ausreichendem Maße vorhanden [1].

Die Elektrochemie als Schnittstelle zwischen Chemie und Physik ist derzeit von enormem gesellschaftspolitischem Interesse (Abkehr von der carbongestützten Energieversorgung, Zunahme der Elektromobilität) und daher eines der zentralen Gebiete sowohl in der chemischen wie auch der chemiedidaktischen Hochschulausbildung. Eine umfangreiche empirische Untersuchung zeigt, dass es bei der Behandlung der Elektrochemie zu zahlreichen Fehlvorstellungen bei Schülern / Schülerinnen und auch bei Studierenden kommt [4]. So wird etwa der Zusammenhang zwischen Elektrodenreaktionen und der Ursache des Stromflusses nicht verstanden, Ionen und Elektronen werden verwechselt, elektrodenkinetische Aspekte, wie der Durchtritt von Elektronen und die Diffusion von Teilchen an die Elektroden, bleiben unverstanden. Diese defizitären Fehlvorstellungen sind so fest verankert, dass sie sich später auch bei Studierenden nur schwer abbauen lassen. So zeigt es sich in empirischen Untersuchungen, dass oftmals die Chemielehrerinnen und Chemielehrer selbst diese Fehlvorstellungen ihren Schülerinnen und Schülern weitervermitteln [5].

Daher ist es umso wichtiger, dass gerade Chemielehrer über ein solides und fachlich korrektes Wissen verfügen. Aus diesen Gründen sollen zukünftige Chemielehrer die Adressaten dieses  chemiedidaktischen Pilotprojekts sein, und es soll die Frage untersucht werden, inwieweit Simulationen elektrochemischer Vorgänge und die Bestimmung von Elektronendichten und Oxidationspotentialen sowie die Untersuchung von luminochromen Substanzen helfen können, die empirisch bei Studierenden festgestellten Fehlvorstellungen zur Elektrochemie zu reduzieren oder gar zu verhindern.

Die Kombination von Spektroskopie mit der Elektrochemie durch die Aufnahme und Interpretation von sog. elektrogenerierten Chemilumineszenzkurven (Projekt, finanziert durch die Vector-Stiftung) wird erweitert durch Elektroabsorption und -lumineszenz, die Korrelation von Leuchterscheinungen und elektrochemischen Vorgängen, d.h. durch die Aufnahme und Interpretation von Voltabsorptogrammen und Voltaluminogrammen. Dieses ist selbst in der Fachwissenschaft ein recht neues Gebiet [6-10], daher werden zunächst entsprechende Experimente zu konzipieren sein, die einen weiteren „Eingangskanal“ für das –schwierige- Verständnis der Elektrochemie anbieten sollen. Somit entsteht eine tragfähigere und breitere Basis, und wir wollen untersuchen, ob die oben angedeuteten Fehlvorstellungen bei den Studierenden durch diesen Zugang reduziert werden können. Damit knüpft dieses Projekt direkt an die bereits bewilligten Projekte (Vector-Stiftung, PSE KOALA und Fonds der Chemischen Industrie) an, indem nunmehr auch elektrochemisch induzierte Absorptions- und Emissionprozesse untersucht werden.

Die empirische Untersuchung der kognitiven und motivationalen Wirkung der elektrochemischen Simulation und der Aufnahme und Interpretation der Voltabsorptogramme und Voltaluminogramme erfolgt u.a. nach dem BIRC-Konzept (Bridging, Imagination and Representation in Chemistry) [11] und nutzt die elektrochemischen Simulationen und die Korrelation zwischen Elektrochemie und optischer Spektroskopie, um die Studierendenvorstellung von elektrochemischen Vorstellungen mit physikochemischen Kernkonzepten der Modellierung und Mathematisierung sowie der Verknüpfung von unterschiedlichen Teilgebieten der Physikalischen Chemie zu untersuchen. 

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