Aktivitäten

AG Kerschis zur Uni

Bei der Durchführung der AG verfolgen wir folgenden methodischen Ansatz:

Den schulischen Lernansatz ergänzen durch ...

  • den Erwerb von Rechentechniken ohne Taschenrechner
  • fächerübergreifende Verknüpfungen
  • Förderung naturwissenschaftlicher Arbeitstechniken (”vom Komplexen zum Einfachen”)
  • Lernen von anderen
  • Anpassung an das universitäre Arbeitstempo

Den Schulstoff erweitern durch ...

  • Vertiefung einzelner Themengebiete aus der Chemie, der Physikalischen Chemie und der Mathematik
  • Modellieren chemischer Prozesse mit mathematischen Methoden

Den schulischen Rahmen verlassen ...

  • Kontakt zu Universitäten herstellen
  • im Gespräch mit Studenten und Hochschullehrern stehen
  • Perspektiven für die Schüler aufzeigen

Schuljahr 2016/2017

 

Projekte

  • Vorbereitung des Kerschensteiner-Experimentiersamstages zum Thema „Schulversuche mit Haushaltsmikrowellen“

  • Aspekte der modernen Abwasseraufbereitung mit dem FESTO EduKit PA Advanced/Aktivkohlefilter-Kit

    • Gruppe 1: Aufbau und Inbetriebnahme von EduKit-Anlagen und Erstellung von Dokumentationen
    • Gruppe 2: Entwicklung eines inline-Sensors zur Extinktionsmessung
    • Gruppe 3: p-Nitrosodimethylanilin – Ein Molekül zum Nachweis von OH-Radikale

Schuljahr 2015/2016

von links nach rechts: Dr. Bernd Regelmann, Christopher Brown, Tim Wagner, Nicolaj Betz, Rebekka Schreiter und Florian Beck (nicht im Bild: Christopher Henken) (Bild RG)
Christopher Brown mit der Versuchsanlage (Bild RG)
Präsentation der Projektergebnisse im Rahmen des Infotags der Kerschensteinerschule am 30.01.2016 (Bild RG)

 

Projekte

  • Vorbereitung eines Kerschensteiner-Experimentiersamstags zum Thema Nichtklassischer Energieeintrag - Schulversuche mit Mikrowellen

  • Untersuchungen zur Adsorption von Methylenblau an Aktivkohle mit dem FESTOEduKit PA Advanced/Aktivkohlefilter-Kit –  ein interdisziplinäres Lernprojekt.

    • Entfernung von Schad- und Spurenstoffen aus dem Abwasser am Beispiel der Eliminierung von Methylenblau aus Wasser durch Adsorption an Aktivkohle
    • Aufbau, Inbetriebnahme und Steuerung des FESTO EduKit PA Advanced/ Aktivkohlefilter-Kits
    • Kontinuierliche fotometrische Messung von Methylenblau-Gehalten in wässrigen Lösungen mittels Tauchsensorik
    • Untersuchung von Einflussfaktoren auf das Adsorptionsergebnis

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Schuljahr 2014/2015

FESTO EduKit PA Advanced/Aktivkohlefilterkit

Themenschwerpunkte

  • Funktionen mehrerer Variablen
  • Partielle Ableitungen
  • Das totale Differenzial und seine Bedeutung in der Fehlerrechnung
  • Licht:  Zur Natur des Lichtes und seine Bedeutung in Chemie und Physik
  • Reihenentwicklung: Taylor-Reihen
  • Vorbereitung eines Kerschensteiner-Experimentiersamstags:
    Nichtklassischer Energieeintrag - Schulversuche mit Mikrowellen

Vertiefung Mathematik (nur Physik-Zug)

  • Vertiefung der Integralrechnung
    • Produktintegration
    • Integration durch Substitution
    • Partialbruchzerlegung
  • Lösen einfacher Differenzialgleichungen 1. und 2. Ordnung
    • Einführung in die Graphentheorie
    • Eulersche Graphen
    • Hamiltonsche Graphen
    • 4-Farben-Satz

AG-Projekt (nur Chemie- und Umweltzug)

  • Gemeinsames Projekt von ADIRO/Festo didactic und der Kerschensteinerschule zum Thema „Wasseraufbereitung“
  • Beschreibung und Modellierung von Adsorptionsprozessen
    • Grundlagen der Adsorption
    • Langmuir‘sche Adsorptionsisotherme
    • Freundlich‘sche Adsorptionsisotherme
    • Experimentelle Bestimmung von Adsorptionsisothermen am Beispiel der Adsorption von Methylenblau an Aktivkohle
  • Untersuchung von Adsorptionsprozessen mit dem FESTO EduKit PA Advanced/Aktivkohlefilterkit

Schuljahr 2013/2014

Themenschwerpunkte

  • Grundlagen der Aussagenlogik (Wahrheitstabellen, Negation-Disjunktion-Konjunktion, Morgan’sche Regeln,  Subjunktion, Bijunktion, …)
  • Mathematische Beweistechniken (Vollständige Induktion, …)
  • Vorbereitung eines Kerschensteiner-Experimentiersamstags:
    Nichtklassischer Energieeintrag - Schulversuche mit Mikrowellen

Vertiefung Mathematik (nur Physik-Zug)

  • Skalarprodukt in der Physik
  • Koordinatensysteme
  • Bahnkurven
  • Geschwindigkeit in krummlinigen Koordinaten
  • Konstruktion und elementare Eigenschaften der komplexen Zahlen
  • Fundamentalsatz der Algebra

AG-Projekt (nur Chemie-Zug)
Advanced Oxidationen Processes (AOP)

  • Kinetische Untersuchungen des oxidativen Abbaus von Methylenblau mit Wasserstoffperoxid und Fe2+-Ionen: pH- und Temperaturabhängigkeit
  • Grundlagen der Fenton-Reaktion
  • Entwicklung und Optimierung eines Minireaktors mit Tauchsensorik (Fotometer) zur Durchführung kinetischer Untersuchungen

Schuljahr 2012/2013

Themenschwerpunkte

  • Darstellung von Messwerten mit Excel am Beispiel des Arrhenius-Plotts (Temperaturabhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, Bestimmung der Aktivierungsenergie auf Grundlage der Arrhenius-Gleichung)
  • Beschreibung von Symmetrieeigenschaften einfacher Moleküle (Symmetrieelemente, Symmetrieoperationen, Punktgruppen)
  • Reelle Matrizen und deren Verknüpfungen, lineare Abbildungen
  • Komplexe Zahlen
  • Funktionen mehrerer Variablen und partielle Ableitungen
  • Satz von Schwartz und das totale Differenzial
  • Anwendung: Das totales Differenzial in der Fehlerrechnung
  • Anwendung: Thermodynamische Zustandsgrößen und der Satz von Schwartz
  • Fundamentalgleichungen der Thermodynamik, charakteristische Variablen und thermodynamische Potenziale

Schuljahr 2011/2012

Themenschwerpunkt: Differenzialgleichungen und Reihenentwicklung

  • Modellierung chemischer Reaktionen mit Hilfe von Differenzialgleichungen an Beispielen aus der Reaktionskinetik.
  • Klassifizierung von Differenzialgleichungen (Ordnung einer DGl, partielle und gewöhnliche DGl’s, lineare und quadratische Dgl’s)
  • Stoßtheorie und Aktivierungsenergie
  • Mathematische Grundlagen der Reihenentwicklung
  • Entwicklung eines Taylor-Polynoms 4. Grades am Beispiel des Morse-Potenzials eines zweiatomigen Moleküls

AG-Projekt: Lernen durch Lehren

Schulversuche mit Mikrowellen sind seit Langem bekannt. Sie ermöglichen als eine Form nichtklassischer Energiezuführung chemische Reaktionen bei sehr hohen Temperaturen innerhalb kurzer Zeit (und zum Teil in spektakulärer Form) durchzuführen.

Von den AG-Teilnehmern wurden folgende Versuche ausgewählt:

  • Erzeugung von Plasmen
  • Herstellung von amorphen Feststoffen (Gläser)
  • Herstellung eines Luminophors
  • Synthese des Phthalein-Farbstoffs Fluorescein

Die Versuche wurden ausprobiert, optimiert, Arbeitsvorschriften und Poster erstellt.

Die AG-Teilnehmer bereiten die Experimente vor und betreuen im Rahmen der Kerschensteiner-Experimentierveranstaltungen Realschüler bei der Durchführung.

Schuljahr 2010/2011

Themenschwerpunkt: Statistische Thermodynamik

Die Vorstellung, dass alle Stoffe aus einer großen Zahl von Partikeln bestehen ist alt. Sie wurde zu Beginn diese letzten Jahrhunderts durch zahlreiche Beobachtungen, z. B. durch das Studium der BROWNschen Bewegung kleiner Teilchen oder der Beugung von Röntgenstrahlung an Kristallen erhärtet und bildet heute eines der wichtigsten Elemente des chemischen Denkens. Diese Vorstellung findet ihren Ausdruck in den chemischen Formeln, mit welchen das Verhältnis der Zahlen der Atome der verschiedenen Elemente in den Stoffen wiedergegeben wird und je nach Ausführlichkeit der Schreibweise auch Auskünfte über ihre gegenseitige Anordnung vermittelt werden.

Zwischen solchen mikroskopischen Eigenschaften und den in der Thermodynamik betrachteten makroskopischen muss ein Zusammenhang bestehen, der, wenn man ihn kennt, erlaubt, aus den Eigenschaften der Partikel und ihrer Wechselwirkung makroskopische Eigenschaften zu erklären, oder umgekehrt aus makroskopischen Eigenschaften gewisse Rückschlüsse auf die Natur der Partikel zu ziehen.

Den Zugang zu dieser Betrachtungsweise liefert die Statistische Thermodynamik, die sehr eng mit dem Namen Ludwig Boltzmann verknüpft ist.

  • Anwendung der Gesetze der Kombinatorik (Teildisziplin der Mathematik, ist die "Kunst (richtig) zu zählen") auf "unabhängige und unterscheidbare" Teilchen, auf "unabhängige und ununterscheidbare" Teilchen (Bosonen) und „"ununterscheidbare und abhängige" Teilchen (Fermionen).
  • Berechnung von Realisierungsmöglichkeiten W an kleinen Systemen
  • Betrachtungen eines System von N Teilchen und n diskreten Energiezuständen, die g-fach entartet sein können und von beliebig vielen Teilchen besetzt werden können -> Die BOLTZMANN-Verteilung.
  • Ermittlung der wahrscheinlichsten Verteilung mit Hilfe der „Methode der Lagrange-Multiplikatoren“ (Vorstrukturen: Funktionen mehrer Variablen, totale Differenziale, Satz von Schwartz, Simplex-Verfahren; Exkurs: Totale Differenziale in der Thermodynamik) -> Der BOLTZMANN'sche e-Satz
  • Anwendungsbeispiel: Konformationsanalyse von 1-Brom-1-Fluorethan,
    Berechnung der Populationen (prozentualen Anteile) der häufigsten Konformeren.

AG-Projekt: Phenolphthalein – Konstitution und Farbe

  • Einführung in die Molekülorbital-Theorie (MO-Theorie): Energetische
    Betrachtungen am Wasserstoff-Molekül, bindende und antibindende Molekülorbitale, Bindungsordnung, HOMO, LUMO, Absorption von Licht, Farbigkeit von Stoffen. ...
  • Experimenteller Teil: Aufnahme von UV/Vis-Spektren von Phenolphthalein-Lösungen bei unterschiedlichen pH-Werten.
  • Literaturrechereche: pH-Abhängigkeit der Konstitution und Farbe des Phenolphthaleins
  • Einführung in das Molecular Modelling (Darstellung von Molekülen am PC, Geometrieoptimierungen, Ermittlung von Bindungslängen und -winkeln, …)
  • Berechnung der pH-abhängigen dreidimensionalen Geometrien von Phenolphthalein mit Hilfe semiempirischer Methoden (PM3)
  • Berechnung der pH-abhängigen UV/Vis-Spektren von Phenolphthalein mit Hilfe semiempirischer Methoden (CNDO)
  • Präsentation der Ergebnisse mittels eines Posters

Schuljahr 2009/2010

Themenschwerpunkt: Differenzialgleichungen in der Chemie

  • Modellierung chemischer Reaktionen mit Hilfe von Differenzialgleichungen an Beispielen aus der Reaktionskinetik
  • Klassifizierung von Differenzialgleichungen (Ordnung einer DGl, partielle und gewöhnliche DGl’s, lineare und quadratische DGl’s)
  • Integrationsmethoden (Partialbruchzerlegung, Integration durch Substitution, partielle Integration)
  • Reaktionsordnung und Molekularität, Reaktionen 0., 1. und 2. Ordnung
  • Grafische Methode zur Ermittlung der Reaktionsordnung
  • Molecular Modeling (Darstellung von Molekülen am PC, Geometrieoptimierungen)
  • Vorhersage von Reaktionsverläufen am Beispiel der Dehydratisierung von 2-Butanol, Berechnung der Protonenaffinität von Pyridin, ...

Schuljahr 2008/2009

Themenschwerpunkt: Symmetrie in der Chemie

  • Beschreibung der Symmetrieeigenschaften statischer Moleküle mit Hilfe von Matrizen, Symmetrieelementen, Symmetrieoperationen und Punktgruppen
  • Affine Abbildung, Matrizen, Determinanten, Eigenwertproblem
  • Beschreibung von Molekülschwingungen, IR-Spektroskopie
  • Molecular Modeling (Darstellung von Molekülen am PC, Geometrieoptimierungen, Berechnung von Moleküleigenschaften und Infrarot-Spektren)

Schuljahr 2007/2008

Themenschwerpunkt: Differenzialgleichungen in der Chemie

  • Differentialgleichung in der physikalischen Chemie (Reaktionskinetik, Clausius-Claperyon, ...)
  • Funktionen mehrerer Variablen und deren Anwendung in der Thermodynamik (das totale Differential, Satz v. Schwartz, der Joule-Versuch, ...)
  • Molecular Modeling (Darstellung von Molekülen am PC, Geometrie-optimierungen, Berechnung von Rotationsbarrieren an einfachen organischen Molekülen, ...)