Magnesium mit Salzsäure
Magnesium reagiert mit Salzsäure unter Bildung von Wasserstoff. Das entstehende Gas wird in einer Spritze aufgefangen und sein Volumen in Abhängigkeit von der Zeit erfasst. Die Lernenden bestimmen die Zeitpunkte, zu denen jeweils weitere 5 mL Wasserstoff entstanden sind.
Aus den Messwerten berechnen sie die Stoffmenge des gebildeten Wasserstoffs sowie die verbleibende Stoffmengenkonzentration der Oxonium-Ionen und stellen den Reaktionsverlauf in einem Konzentrations-Zeit-Diagramm dar. Auf dieser Grundlage werden durchschnittliche und momentane Reaktionsgeschwindigkeit quantitativ bestimmt.
Die Simulation bildet denselben Reaktionsverlauf auf Grundlage eines vereinfachten kinetischen Modells ab. Reaktionszeit und Wasserstoffvolumen werden kontinuierlich berechnet und in einem Volumen-Zeit-Diagramm dargestellt. Aus den simulierten Messwerten lassen sich die Stoffmenge des gebildeten Wasserstoffs sowie die verbleibende Stoffmengenkonzentration der Oxonium-Ionen bestimmen.
Die Simulation verwendet dabei definierte Modellannahmen und idealisierte Bedingungen. Zusätzlich können Messwerte aus dem Realexperiment eingegeben und dem simulierten Reaktionsverlauf unmittelbar gegenübergestellt werden.
Die Simulation ist als Bestandteil des experimentellen Lernarrangements konzipiert. Sie ersetzt das Realexperiment nicht, sondern ergänzt es um eine kontrollierte, modellbasierte Perspektive.
Der besondere Mehrwert entsteht durch die Verknüpfung von Simulation, Realexperiment und mathematischer Auswertung. Die Lernenden untersuchen denselben Reaktionsverlauf zunächst unter definierten Modellbedingungen und anschließend im Experiment. Abweichungen zwischen simulierten und experimentellen Messwerten werden dabei nicht ausgeblendet, sondern zum Ausgangspunkt für die Reflexion von Versuchsbedingungen, Modellannahmen und Modellgrenzen.
Die Simulation ersetzt das Realexperiment nicht. Sie erweitert seinen Erkenntnisraum. Sie kann unmittelbar in eine experimentelle Unterrichtsstunde integriert, zur Vor- oder Nachbereitung genutzt oder als Bestandteil von Blended-Learning- und hybriden Lernarrangements eingesetzt werden.