SV und Unterrichtsgang am Beispiel Tollens-Probe und Fehling-Probe

Bildungsplanbezug

Inhaltsbezogene Kompetenzen

3.4.4 Naturstoffe

(17) die koordinative Bindung am Beispiel von Nachweisreaktionen in der Naturstoffchemie als Wechselwirkung zwischen Metall-Kationen und Teilchen mit freien Elektronenpaaren beschreiben (TOLLENS-Probe oder BENEDICT-Probe, Biuret-Reaktion)

Prozessbezogene Kompetenzen

2.1 Erkenntnisgewinnung (10)

Modelle und Simulationen nutzen, um sich naturwissenschaftliche Sachverhalte zu erschließen

2.2 Kommunikation

(4) chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und gegebenenfalls mithilfe von Modellen und Darstellungen beschreiben, veranschaulichen oder erklären

Unterrichtsgang - Hinweise für die Lehrkraft

Die Versuche sind geeignet, um an einfachen, kontextbezogenen Beispielen (Nachweis von Naturstoffen – Monosaccharide und Proteine) den Aufbau von Komplexverbindungen und die koordinative Bindung überblicksartig zu erklären. Laut Bildungsplan geht es hier lediglich um ein Grundverständnis der koordinativen Bindung. An eine vertiefte Behandlung im Rahmen einer Unterrichtseinheit Komplexchemie ist nicht gedacht.

In den Schülerversuchen wird im Prinzip eine Tollens-Probe und eine Fehling-Probe nachvollzogen, wobei der Fokus jetzt nicht auf der Redoxreaktion liegt, sondern die Bildung der Komplex-Ionen in den Nachweisreagenzien in den Mittelpunkt gerückt wird.

Später im Unterrichtsgang beim Thema Proteine / Biuret-Reaktion kann der Aspekt koordinative Bindung im Sinne eines spiralcurriculären Ansatzes aufgegriffen und erweitert werden.

Vorschlag: 1.Versuch 1 Herstellung des Nachweisreagenzes für die TOLLENS-Probe

Nach der TOLLENS-Probe von Glucose (Versilbern eines Reagenzglases) kann Versuch 1 durchgeführt werden, um die Löslichkeit von Silber-Ionen und von Diamminsilber(I)-Ionen in alkalischer Lösung zu vergleichen.

Am Beispiel des einfach gebauten Diamminsilber(I)-Ions kann jetzt der grundlegende Aufbau eines Komplexes und die koordinative Bindung eingeführt werden.

Schwerpunkte dabei sind

• Begriffe Zentralteilchen und Ligand
• koordinative Bindung (einfache Modellvorstellung: besondere Art von Elektronenpaarbindung, bei der der Ligand beide Elektronen zur Verfügung stellt: Als Liganden eignen sich also Teilchen mit freien Elektronenpaaren)
• Koordinationszahl als Anzahl der koordinativen Bindungen am Zentralteilchen
• Formeldarstellungen und Benennung

2. Fehling I Lösung enthält Tetraaquakupfer(II)-Ionen

Am Beispiel des Tetraaquakupfer(II)-Ions in der durch diese Ionen bedingten typischen hellblauen Lösung wird ein weiteres Beispiel für einen einfach aufgebauten Komplex diskutiert. Neben der Veränderung der Löslichkeit kann hier Farbigkeit als eine weitere Eigenschaft von Komplexverbindungen gezeigt werden.

Die Formeldarstellung und Namensgebung kann an einem weiteren einfachen Beispiel (diesmal mit der Koordinationszahl 4) eingeübt werden.

3. Versuch 2 Herstellung des Nachweisreagenzes für die FEHLING-Probe

Die beim Ansetzen der FEHLING-Lösung aus Fehling I und Fehling II sichtbare Bildung von schwerlöslichem Kupferhydroxid und anschließende Lösung durch Komplexierung der Kupfer-Ionen kann im Praktikum in Einzelschritten nachvollzogen und anschließend erklärt werden. Am Beispiel der Struktur des Tartrat-Ions kann in Verknüpfung mit einer kleinen Nomenklaturübung diskutiert werden, inwieweit dieses Teilchen sich als Ligand eignet.

4. Citrat-Ionen als Liganden im Benedict-Reagenz

Der Vergleich des Tartrat-Ions mit dem Citrat-Ion knüpft die Verbindung zur Benedict-Probe. Auch hier können wieder die strukturellen Voraussetzungen eines Teilchens zur Eignung als Ligand diskutiert werden.

Weiterführung in der Chemie der Proteine

Die Biuret-Probe greift das zum Thema Komplexverbindungen Gelernte wieder auf. Hier kann das Wissen um die Bedeutung der Begriffe Chelatkomplex und mehrzähnige Liganden erweitert werden.

Falls Sie das Thema Naturstoffe vor dem chem. Gleichgewicht behandeln

Ein weiteres Beispiel, bei dem Grundkenntnisse zur koordinativen Bindung wiederholt werden können, ist der

Trithiocyanatoeisen(III) - Komplex Formel: [Fe(SCN)₃]

bekannt aus dem im Kontext chem. Gleichgewicht sehr interessanten „Theaterblutversuch“. Dies setzt eine entsprechende Reihenfolge der Unterrichtseinheiten voraus, die vom Bildungsplan nicht vorgeschrieben wird.

Schreibweisen

Diamminsilber(I)-Ion [Ag(NH₃)₂]⁺

Tetraaquakupfer(II)-Ion [Cu(H₂O)₄]²⁺