Bildung & Gesellschaft

Hermann Staudinger konzipierte im Jahr 1920 seine Theorie der Makromoleküle, die sein Doktorand Jakob Fritschi von 1920 bis 1922 experimentell untersuchte. Fritschi prüfte, ob die Kautschukkolloidteilchen Moleküle oder Mizellen sind, und verwendete als Erster in einer Publikation den Begriff „Makromolekül“.
Hermann Staudinger hatte im Jahr 1911 erstmals an Kautschuk geforscht, als er sich als Extraordinarius der Technischen Hochschule Karlsruhe am Synthesekautschukprojekt der BASF beteiligte.<figure><img src="https://media.graphcms.com/x9fkdUuCRBuFf6wrsyMj"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Herrmann Staudinger (1881 – 1965) hatte die Theorie, „dass Hunderte von Isoprenmolekülen die großen Kautschukmoleküle“ bilden. Das Foto zeigt ihn um 1935. <named-content>Quelle: Bildarchiv ETH-Bibliothek Zürich (Bildcode: Portr_14419), Fotograf: Franz Schmelhaus</named-content></figcaption></figure>
Im Jahr 1912 wechselte Staudinger an die ETH Zürich. Dort hielt er im Oktober 1917 einen Vortrag „Über Isopren und Kautschuk: Kautschuk-Synthese“. Dieser Vortrag behandelte vor allem die wirtschaftliche Perspektive des Synthesekautschuks. Staudinger formulierte hier aber auch zum ersten Mal sein eigenes Modell für die Konstitution des Naturkautschuks.<h2>Welche Struktur hat Kautschuk?</h2>Die Struktur des Kautschuks war im Jahr 1917 nicht geklärt. Kautschuk gehört nach der Klassifizierung des schottischen Forschers Thomas Graham (1805 – 1869) zu den Kolloiden, da er im gelösten Zustand nicht durch einen Membranfilter diffundiert. Zum Aufbau der Kolloidteilchen gab es 1917 zwei konkurrierende Theorien: die Mizellen- und die Molekültheorie.Bekannt war, dass Kautschuk aus Isoprenmolekülen besteht, die miteinander verknüpft sind. Der Kieler Professor Carl Dietrich Harries (1866 – 1923) hatte die Ozonolyse entwickelt und wies damit im Jahr 1904 nach, dass im Kautschuk ausschließlich 1,4-Bindungen vorliegen.1) Aus anderen Untersuchungen schloss er im Jahr 1905, dass sich je zwei Isoprenmoleküle zu ringförmigen Dimeren zusammenschließen, den Dimethylcyclooctadienmolekülen.2) Diese Dimere sollten mit den beiden noch vorhandenen Doppelbindungen Nebenvalenzen bilden, wodurch diese niedermolekularen Bausteine zu Mizellen aggregieren. Die Mizellen wären dann die Kolloidteilchen. Ab 1914 favorisierte Harries statt der Dimethylcyclooctadienmoleküle ein Ringsystem aus fünf Isopreneinheiten, was aber nichts an der Theorie änderte.Einen alternativen Strukturvorschlag veröffentlichte Samuel Shrowder Pickles (1878 – 1962) im Jahr 1910.3) Nach seiner Molekültheorie besteht Kautschuk aus langen, linearen Ketten von Isoprenmolekülen, die ausschließlich durch kovalente Bindungen verknüpft sind. Diese Ketten schließen sich zu großen Ringen, den kolloidalen Teilchen.Obwohl die meisten Chemiker Harries‘ Mizellentheorie folgten, orientierte sich Staudingers Modell von 1917 weitgehend an Pickles‘ Vorschlag. Während Pickles nur eine Untergrenze für die Zahl der Isopren-Einheiten definierte, nämlich acht, sprach Staudinger erstmals davon, „dass Hunderte von Isoprenmolekülen die großen Kautschukmoleküle“ bilden.4)Im Jahr 1920 übertrug Staudinger in einer richtungsweisenden Publikation sein Kautschukkonzept auch auf andere Polymerisationsprodukte.5) Außerdem modifizierte er das Modell von 1917: Statt von cyclischen ging er nun von offenkettigen Verbindungen aus und in der Regel von uneinheitlichen Molekülgrößen, führte also die Polydispersität ein. Pickles‘ Molekültheorie war so zur Theorie der Makromoleküle geworden; Belege für die Richtigkeit seiner Theorie hatte Staudinger zunächst nicht.<h2>Hydrierung von Kautschuk</h2>Staudinger machte sich im Jahr 1920 daran, seine Theorie experimentell zu überprüfen. Als Kernversuch erkor er die vollständige Hydrierung des Kautschuks, die bisher noch keinem Forscher gelungen war. Wäre die Mizellentheorie richtig, würden nach vollständiger Hydrierung die Partialvalenzen abgeschaltet, die durch die noch im Kautschuk vorhandenen Doppelbindungen erzeugt werden, und die Molekülaggregate müssten in ihre niedermolekularen Bestandteile zerfallen. Der entstehende Hydrokautschuk sollte also seine kolloidalen Eigenschaften verlieren.Im Herbst 1920 betraute Staudinger seinen neuen Doktoranden Jakob Fritschi (1896 – 1983, Kasten) mit diesem Projekt. Seine Aufgabe formulierte Fritschi in seiner Dissertation aus dem Jahr 1923 so: „Die vorliegende Arbeit hat ... zum Ziele ..., nachzuprüfen, ob sich der Nachweis der Makromoleküle erbringen lasse, wodurch die Frage nach der Konstitution des Kautschuks endgültig zu Gunsten der einen oder der anderen Auffassung entschieden werden könnte.“7a)<figure><img src="https://media.graphcms.com/MNScIzTlRaG4OUetpqS6"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Jakob Fritschi (1896 – 1983) war Doktorand bei Staudinger, er lieferte einen ersten Beweis, das dessen Theorie richtig ist. Das Foto zeigt ihn um 1940. <named-content>Foto aus Erich Tilgenkamp, „Die Geschichte der Schweizer Luftfahrt, Band III“, Aero-Verlag, 1943. S.250</named-content></figcaption></figure>
Fritschi plante, den Kautschuk in dünnflüssigem Zustand zu hydrieren. Deshalb untersuchte er zunächst, wie sich Kautschuk bei hohen Temperaturen verhält: Bei etwa 250 oC wird Kautschuk dünnflüssig, ab 300 oC zersetzt er sich. Bei seinen Hydrierungsversuchen nutzte er Platin als Katalysator.Fritschi wollte den platinierten, dünnflüssigen Kautschuk bei etwa 250 oC im Wasserstoffstrom unter Atmosphärendruck hydrieren. Diese Versuche scheiterten, der Druck hätte höher sein müssen. Hans Eduard Fierz (1882 – 1953), Professor für organisch-chemische Technologie, stellte deshalb seinen Drehautoklaven zur Verfügung (Abbildung 3).6)<figure><img src="https://media.graphcms.com/tpBo7Y3pSPKYBOd6nV2i"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Im Drehautoklav von Hans Eduard Fierz hydrierte Jakob Fritschi platinierten, dünnflüssigen Kautschuk bei etwa 270 oC unter erhöhtem Druck. <named-content>Aus „Grundlegende Operationen der Farbenchemie“, Hans Eduard Fierz, Verlag Schultheß &amp; Co., Zürich 1920, Abbildung 37</named-content></figcaption></figure>
Doch auch damit stellte sich der Erfolg erst bei drastischen Bedingungen ein: Fritschi erhitzte den Kautschuk bei einem Wasserstoffdruck von 50 Atmosphären von Raumtemperatur auf 270 oC, wobei der Druck auf 98 Atmosphären stieg. Nach 24 Stunden senkte er die Temperatur wieder auf Raumtemperatur. Was Fritschi dann vorfand, formulierte er in seiner Dissertation so: „An Stelle des Kautschuks fand sich eine farblose, durchsichtige, zähe Masse von kolloider Natur und von eigenartigem Geruch ... Genauen Aufschluss über die Wasserstoffaufnahme gab uns eine Analyse des rohen Produktes. Der Körper erwies sich als (C5H10)x ... Es waren also alle Doppelbindungen abgesättigt. Was wir in Händen hatten, war wirklich Hydrokautschuk.“7b) Die kolloidalen Eigenschaften blieben erhalten. Damit war experimentell bewiesen, dass nur die Molekültheorie ein Modell für die Kautschukstruktur lieferte: Die Kolloidteilchen waren Moleküle, keine Mizellen.<h2>Patent und erste Publikation</h2>Fritschis Versuche waren wohl im Frühjahr 1922 abgeschlossen, denn im April 1922 meldete Hermann Staudinger den Hydrokautschuk als alleiniger Erfinder in Deutschland zum Patent an.8) Das Patent wurde allerdings erst im Juli 1925 erteilt. Im Dezember schrieb der Kabelhersteller Felten &amp; Guilleaume aus Köln-Mülheim wegen einer Lizenzvereinbarung an Staudinger. Das Unternehmen wollte versuchen, das teure Isoliermaterial Guttapercha in Seefernmeldekabeln teilweise durch Hydrokautschuk zu ersetzen.9)Im August 1922 erfuhr Staudinger, dass auch Chemiker in Deutschland an Hydrokautschuk forschten. Nun war Eile geboten, damit er seine Erkenntnisse als Erster veröffentlichte. Staudinger kontaktierte am 16. August Friedrich Fichter (1869 – 1952), den Herausgeber der Helvetica Chimica Acta. Am 1. September 1922 schickte Staudinger den ersten Entwurf seiner Publikation über Konstitution und Reduktion von Kautschuk – mit Jakob Fritschi als Co-Autor – an Fichter, der ihn am nächsten Tag erhielt. Die Arbeit erschien im Oktoberheft der Helvetica Chimica Acta.13) Theoretische Basis der Publikation war das Konzept der Makromoleküle, das Hermann Staudinger bereits 1920 unter dem Begriff „hochmolekular“ postuliert hatte.5). In der Publikation von 1922 nutzte Staudinger erstmals den Begriff „Makromolekel“, den Fritschi in seiner Dissertation von 1923 in „Makromolekül“ abgewandelt hatte.Es dauerte mehr als ein Jahrzehnt, bis sich Staudingers Theorie gegenüber den anderen Modellen durchsetzte.Für Staudingers Kampf um die Anerkennung seiner Theorie war Fritschis Hydrokautschuk ein erster Meilenstein, der ihm zeigte, dass er mit seiner Theorie der Makromoleküle auf dem richtigen Weg war. Wie wichtig ihm Fritschis Arbeit war, zeigt sich unter anderem an seinem Nobelvortrag aus dem Jahr 1953: Auch dort zitierte er sie.<h2>Fritschis Dissertation</h2>Nach dem Ende seiner experimentellen Arbeiten an der ETH Zürich im Sommer 1922 zog sich Fritschi nach Wettingen zurück, einer kleinen Stadt im Schweizer Kanton Aargau, wo sein Vater Konviktleiter des aargauischen Lehrerseminars war. Fritschi arbeitete hier an seiner Promotionsschrift. Vermutlich am Jahresende 1922 war die Arbeit druckreif, Fritschi gab sie aber nicht ab. Am 26. Januar 1923 schrieb Staudinger deshalb an Fritschi:„Ich habe schon lange nichts mehr von Ihnen gehört, und ich vermute, dass Sie sich nur viel zu viel in Ihre Arbeit hereinversenken und dieselbe wohl viel zu weit ausdehnen. Wenn irgend möglich, möchte ich Sie bitten, sie doch im Lauf dieser Woche einzureichen, schon vor Weihnachten war ja die Sache nach unserer Besprechung im Wesentlichen druckfertig.“10)Doch erst im Herbst 1923 druckte der Verlag Seldwyla in Zürich die Dissertation. Hier taucht erstmals der Begriff „Makromolekül“ in einer Publikation auf. Am 28. November schrieb Fritschi, der im Frühjahr 1923 eine Stelle als Lehrer am Lyzeum Zuoz angetreten hatte, an Staudinger: „Soeben erhalte ich meine Dissertation aus der Druckerei, und ich beeile mich, Ihnen endlich einige Exemplare derselben zum persönlichen Gebrauche zu übersenden.“11)<h2>Jakob Fritschi: Staudinger-Schüler, Lehrer, Modellbauer</h2>Jakob Fritschi wurde am 2. Juli 1896 in Lupfig (Kanton Aargau) geboren. Nach der Reifeprüfung im Herbst 1915 studierte Fritschi Naturwissenschaften an der eidgenössischen technischen Hochschule in Zürich. Im Herbst 1920 erhielt er das Diplom eines Fachlehrers der Naturwissenschaften in chemisch-physikalischer Richtung. Bis zum Ende des Sommersemesters 1922 arbeitete er in Staudingers Labor, unterbrochen durch eine Wehrübung im Sommersemester 1921 in Bülach.Im April oder Mai 1923 trat Fritschi eine Stelle als Lehrer für Chemie, Botanik und Zoologie am Lyceum Alpinum Zuoz an, einer renommierten Internatsschule im Oberengadin. Bei mehreren Kontrollbesuchen der Schulbehörde erhielt Fritschi Belobigungen für seinen Unterricht. Das führte im Jahr 1930 zu seiner Berufung an das Lehrerseminar des Kanton St. Gallen in Rorschach, in dem die Volksschullehrer des Kantons ausgebildet wurden. Fritschi arbeitete dort bis zu seiner Pensionierung im Jahr 1967.Fritschi, der einen Lehrauftrag für Physik und Chemie erhielt, hatte im Jahr 1931 Praktika in diesen Fächern eingeführt. Im Physiklabor widmete er sich beispielsweise der Aerodynamik, indem er sie mit dem Flugzeugmodellbau verknüpfte.12)Der Flugzeugmodellbau wurde auch außerhalb der Schule zur Leidenschaft Jakob Fritschis. Rund 25 Jahre – wahrscheinlich von 1938 bis 1960 oder länger – war er Präsident der Modellflugkommission des Aero-Clubs der Schweiz.Jakob Fritschi starb am 21. Oktober 1983 im Pflegeheim der Region Rorschach.Dank an Christian Rohrer und Peter Hirzel aus Rorschach sowie an Matthias Röschner und Wolfgang Schinhan vom Archiv des Deutschen Museums in München für ihre wertvolle Unterstützung.<h2>Quergelesen</h2>Kautschuk war nach Thomas Graham als Kolloid klassifiziert, da er nicht durch Membranen diffundiert. Wie die einzelnen Kolloidteilchen aussehen, war um 1920 unklar; es gab aber zwei Theorien.Eine Theorie besagte, dass die Kolloidteilchen aus niedermolekularen Ringsystemen des Isopren bestehen, die zu Mizellen aggregieren. Nach einer anderen Theorie bestanden die Kolloidteilchen aus linearen Molekülketten.Um die Struktur zu entschlüsseln, hydrierte Jakob Fritschi Kautschuk. Das Produkt erwies sich als vollständig hydriert und verhielt sich noch immer wie ein Kolloid. Damit war klar: Die Kolloidteilchen sind Moleküle.Axel Requardt, Jahrgang 1951, studierte Chemie an der Universität Münster und promovierte im Jahr 1984 am dortigen Institut für Physikalische Chemie. Anschließend arbeitete er in der chemischen Industrie (Beiersdorf, Bayer, Lanxess). Seit 2011 beschäftigt er sich mit der Chemiegeschichte in Deutschland.<div><img src="https://media.graphcms.com/bqFmb0bGQl206Mfcxn5M">

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<ul><h2>Literatur und Quellen</h2><li>
1 C. D. Harries, „Über den Abbau des Parakautschuks vermittels Ozon“, Ber. 1904, 37, S. 2708–2711.</li><li>
2 C. D. Harries, „Über den Abbau und Constitution des Parakautschuks“, Ber. 1905, 38, S. 1195–1203.</li><li>
3 S. S. Pickels, „The Constitution and Synthesis of Caoutchouc“, Journ. Chem. Soc. 1910, 97, 1085.</li><li>
4 Martha Staudinger et al. (Hrsg.), „Das wissenschaftliche Werk von Hermann Staudinger, Band 1, Arbeiten über Isopren, Kautschuk und Balata,“ Hüthig &amp; Wepf Verlag, 1969, S. 25</li><li>
5 H. Staudinger, „Über Polymerisation“, Ber. 1920, 53, S. 1073–1093.</li><li>
6 Hans Eduard Fierz, „Grundlegende Operationen der Farbenchemie“, Druck und Verlag von Schultheß &amp; Co, Zürich 1920, Tafel XV, Abbildungen 37 und 38</li><li>
7 a) Dissertation Fritschi, Verlag Seldwyla, 1923, S.30; b) Dissertation Fritschi, Verlag Seldwyla, 1923, S.81</li><li>
8 Hermann Staudinger, „Verfahren zur Herstellung vom hydriertem Kauschuk“, Deutsches Patent DE415871 vom 16. April 1922</li><li>
9 Deutsches Museum: Nachlass Staudinger, DI 1925 – Brief von Felten &amp; Guilleaume vom 7.12.1925 an Staudinger</li><li>
10 Archiv des Deutschen Museums, Nachlass Hermann Staudinger, D I 1923, Brief Staudinger vom 26.1.1923 an Fritschi</li><li>
11 Archiv des Deutschen Museums, Nachlass Hermann Staudinger, D I 1923, Brief Fritschi vom 28.11.1923 an Staudinger</li><li>
12 Christian Rohrer, „Modellflug in der Schule von einst, das Wirken von Prof. Fritschi am Lehrerseminar Rorschach“, Vortrag auf dem 28. Internationalen Modellflug Symposium, Winterthur, 15.12.2012</li><li>
13 Helvetica Chimica Acta 1922, 5, 785–806</li></ul>

Artikel

Chemiegeschichte: Staudingers Kautschukmodell auf dem Prüfstand

Hermann Staudinger konzipierte im Jahr 1920 seine Theorie der Makromoleküle, die sein Doktorand Jakob Fritschi von 1920 bis 1922 experimentell untersuchte. Fritschi prüfte, ob die Kautschukkolloidteilchen Moleküle oder Mizellen sind, und verwendete als Erster in einer Publikation den Begriff „Mak...

Prof.Dr.

Um möglichst viele Studenten im Hörsaal dazu zu bewegen, mitzudenken und sich zu beteiligen, braucht eine Vorlesung auch unterhaltsame und aktivierende Elemente. Das können Quizfragen sein, die Hörer anonym mit ihrem Smartphone beantworten. Ein Quiz hat zudem den Vorteil, dass der Dozent etwas über die Studierenden und ihren Lernfortschritt erfährt. Ein Erfahrungsbericht.
<h2>Von Irrtümern in der Hochschullehre</h2>Engagierte Dozenten suchen in ihrer Vorlesung Kontakt zum Auditorium, stellen Fragen, holen Antworten ein und diskutieren. Doch wie geht das in großen Hörsälen mit mehreren Hundert Studierenden? Dort erreichen Dozenten vermutlich nur eine Handvoll Interessierter in den ersten Reihen. Es gibt ja noch die Leistungsstarken, aber Zurückhaltenden, die sich eher eine Hand abhacken, als sich vor versammelter Mannschaft zu melden. Und wie vermeiden Dozenten eine optimistische Extrapolation, also den Trugschluss, dass richtige Antworten Einzelner das Wissen aller Hörer wiedergeben?<h2>Kampf der Lethargie oder vom aktivierenden Wesen eines Quiz</h2>Quizfragen in Kombination mit einem elektronischen Antwortsystem (interactive response system) sind ein wirkungsvolles Mittel, um Studierende zur Mitarbeit zu motivieren. Typischerweise integriert in die Vorlesung, die Übung oder in das Seminar gibt es Quizfragen zu einem Themenkomplex, meistens drei bis fünf, in seltenen Fällen auch mehr. Die Teilnehmer müssen sich in einer vorgegebenen Zeit, in der Regel in einer bis drei Minuten, für eine von vier bis fünf vorgegebenen Antworten entscheiden. Ihre Entscheidung übermitteln sie dann über ihr Smartphone. Diskussionen mit dem Nachbarn sind während der Zeit ausdrücklich erwünscht, so lange sie nicht zu laut sind, dass sie andere Teilnehmer stören. Der Dozent erhält die Rückmeldungen anonymisiert auf seinen Computer. Das Abstimmungsergebnis erscheint dort als Histogramm.Erfahrungsgemäß ist die Beteiligung sehr hoch und liegt typischerweise über 80 Prozent. Fast alle Studierenden besitzen ein Smartphone und schätzen neben dem Anreiz zum Selbsttest und der Gruppendynamik die Anonymität der Abstimmung.Der Bekanntgabe der richtigen Antwort schließt sich eine Diskussion sowohl der richtigen Antwort als auch der falschen Antworten an. Von dieser Diskussion profitieren die Teilnehmer sehr. Zudem erhalten sie vorab die Fragen und Antworten in ausgedruckter Form und können sich bei der Diskussion Notizen machen, um das Quiz somit auch für eine spätere Nachbereitung und Wiederholung zu nutzen.<h2>Die Definition von Lernzielen</h2>Vor den Quizfragen sind die Lernziele festzulegen: Was sollen die Teilnehmer am Ende der Veranstaltung auf jeden Fall wissen und beherrschen? Welche Begriffe und Definitionen, welche Konzepte, welche Modelle und Theorien (einschließlich ihrer Grenzen), welche Methoden und Techniken sind wichtig? Welche sollten grundsätzlich verstanden sein und welche sollten die Studenten in einem überschaubaren Kontext anwenden können?Neben dem qualitativen Verständnis ist in allen Naturwissenschaften die quantitative Beschreibung von Phänomenen und Zusammenhängen essenziell. Dazu zählen einfache Kopfrechenaufgaben, das Überschlagen und Abschätzen von Zahlenwerten und Größenordnungen, der sichere Umgang mit Gleichungen und Beziehungen und deren Interpretation. Damit tun sich erfahrungsgemäß viele Studierende schwer.Insgesamt profitieren von einer Reflexion über die Lernziele sowohl die Dozenten als auch die Vorlesungsteilnehmer.Neben Einführungsveranstaltungen im ersten Semester bieten sich Quizabfragen für Veranstaltungen in höheren Semestern an. Auch bei Workshops für Doktoranden, Postdoktoranden bis hin zu erfahrenen Wissenschaftlern habe ich in den letzten Jahren positive Rückmeldungen auf Quizfragen bekommen.<h2>Von der Konzeption bis zur Diskussion</h2>Nach der Devise „Nichts motiviert so wie Erfolg“ sind die ersten Fragen in der Regel vergleichsweise einfach. Der Schwierigkeitsgrad steigert sich im Verlauf der Quiz-Sitzung. Dabei zeigt sich, dass die Bedeutung der Grundlagen gar nicht überschätzt werden kann: Studierende scheitern beim Lösen komplexer Probleme nicht selten an fehlenden Basiskenntnissen und -fähigkeiten.Von den Antworten der Quizfragen ist nur eine richtig. Bei den falschen Antworten nehme ich in der Regel eine hinzu, die relativ nahe an der richtigen Lösung ist (Beispiel 3-C im Kasten), sowie eine, die ganz daneben liegt (Beispiel 1-D im Kasten). Gerade die Antworten, die völlig falsch sind, bieten Raum für sachlich klärende, pointierte und auch süffisante Kommentare.Sinnvoll sind auch klassische Lernerantworten, die typische Fehler enthalten. Ein Beispiel ist die Berechnung des pH-Werts einer 10–9-molaren wässrigen HCl-Lösung mit dem Lösungsangebot pH 9 als verführerischer Antwort. Erst die anschließende Diskussion bringt dann für Lernende Licht ins Dunkel: „pH 9 scheint auf den ersten Blick sinnvoll, wenn man einfach die Formel für den pH-Wert anwendet. Aber aufgepasst: basischer pH oberhalb von 7 und eine starke Säure wie HCl – das geht gar nicht. Bitte denken Sie an die Autoprotolyse des Wassers: Neutrales Wasser hat einen pH von 7.“Das gemeinsame Besprechen des Lösungsweges durch lautes Nachdenken und Kommentieren hilft allen Teilnehmern, ihre eigenen Gedankengänge zu reflektieren und Denkschemata zu hinterfragen. Damit ist ein Quiz ein leistungsfähiges Instrument zur Selbstlernkontrolle.Die Vorteile des anonymen Abstimmungsmodus sind hier offensichtlich: Keiner der Teilnehmer muss befürchten, sich zu blamieren. Manchmal kommen aus dem Auditorium spontane und witzige Kommentare – all dies trägt dazu bei, eine lockere, positive und trotzdem fokussierte und konzentrierte Lernatmosphäre zu schaffen.Insgesamt kamen von den Studenten bei den regelmäßigen Lehrevaluationen bislang ausschließlich positive Rückmeldungen zum Einsatz von Quiz-Fragen.Dies hier ist allerdings ein subjektiver Erfahrungsbericht, der keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt. Theoretische, empirische und pädagogische Grundlagen zu diesem Thema einschließlich der Literatur fehlen hier daher – dies mögen mir die Kollegen aus der Fachdidaktik verzeihen. Auch zu Auswirkungen auf die Verbesserung des Studienerfolges kann ich keine belastbaren Daten liefern. Hier wäre eine Zusammenarbeit mit den empirischen Bildungswissenschaften notwendig und erwünscht.<h2>Beispiele für Quizfragen</h2>Allgemeine ChemieDie folgenden Beispiele stammen aus der Anfängervorlesung „Allgemeine Chemie“ für Erstsemester der Studiengänge Physik, Nano Engineering und Energy Science. Sie eignen sich ebenso gut für Erstsemester mit Hauptfach Chemie. Neben der jeweiligen Thematik ist auch die zur Beantwortung des Quiz verfügbare Zeit in Minuten angegeben.<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Beispiel 1: pH-Wert (2 min)Wie groß ist der pH einer 5·10–3 molaren (M) Salzsäurelösung?A) 2,3B) 3,0C) 3,5D) 5,3Lernziele: Definition des pH-Werts und seine Anwendung auf starke Säuren. Anwenden des dekadischen Logarithmus. Abschätzen und Überschlagen von Zahlenwerten.<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Beispiel 2: pH-Wert (2 min)Beim Auflösen von Natriumacetat in Wasser beobachtet manA) eine pH-Abnahme: pH &lt; 7B) pH-Konstanz: pH = 7C) eine pH-Zunahme: pH &gt; 7D) Natriumacetat löst sich gar nicht in WasserLernziele: Schwache Säuren und Basen sowie ihre korrespondierenden Basen und Säuren, unter anderem als Vorbereitung für Puffersysteme. Korrelation basisch Q pH &gt; 7 und sauer Q pH &lt; 7.<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Beispiel 3: Konzentrationen (2 min)Welche Stoffmengenkonzentration hat eine Natronlauge nach Auflösen von 4 g Natriumhydroxid (NaOH)-Plätzchen in so viel Wasser, dass am Ende 250 mL einer wässrigen Lösung vorliegen? (Relative Atommassen: Na = 23, O = 16, H = 1)A) 0,1 mol·L–1B) 0,4 mol·L–1C) 0,5 mol·L–1D) 1,0 mol·L–1Lernziele: Definition Stoffmengenkonzentration. Unterschied zwischen Volumen Lösemittel und Volumen der Lösung. Summenformel, relative Molekülmasse/Atommassen.<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Beispiel 4: Chemische Gleichgewichte (3 min)Für die Reaktion N2 (g) + O2 (g) 1 2 NO (g) ist die GleichgewichtskonstanteKc = 4,08·10–4 bei 2000 K und 3,60·10–3 bei 2500 K.Welche der folgenden Aussagen stimmt?A) Für Hin- und Rückreaktion gilt: ΔH = 0 kJ·mol–1B) Exotherme Hinreaktion und exotherme RückreaktionC) Exotherme Hinreaktion und endotherme RückreaktionD) Endotherme Hinreaktion und exotherme RückreaktionLernziele: Temperaturabhängigkeit von chemischen Gleichgewichten. Quantitative Formulierung über das Massenwirkungsgesetz. Exotherme und endotherme Reaktionen.Physikalische ChemieDie folgenden beiden Beispiele aus der Reaktionskinetik sind für das vierte Semester:Beispiel 5: Klassifizieren Sie die Reaktionsschritte (1) bis (4), wobei M ein Stoßpartner ist!(1) Br + H2 1 HBr + H(2) 2 Br + M 1 Br2 + M(3) H + HBr 1 H2 + Br(4) Br2 + M 1 2 Br + MA) (1+2+3) Propagation, (4) TerminationB) (1+3) Propagation, (2) Termination, (4) InitiationC) (1+3+4) Propagation, (2) TerminationD) (1+3) Propagation, (2) Initiation, (4) TerminationLernziele: Teilschritte von Kettenreaktionen erkennen und mit den Fachtermini Start/Initiation, Kettenverlängerung/ Propagation, Abbruch/Termination benennen.<list list-type="simple"><list-item></list-item></list>Beispiel 6: Gegeben ist die FolgereaktionWenn die Bildung des Intermediats B der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist, dann istA) k1 À k2B) k1 ¼ k2C) k1 ¼ 0D) k1¿ k2Lernziele: Unterschied zwischen Bildungs- und Zerfallsgeschwindigkeit, Geschwindigkeitskonstante, geschwindigkeitsbestimmender Schritt.Auflösung auf Seite 166<h2>Die Technik und praktische Aspekte</h2>Während ich vor einigen Jahren als Dozent noch die (nicht ganz billigen) Abstimmungsgeräte in den Hörsaal schleppen musste, bringt heute fast jeder Student mit einem Smartphone sein eigenes Gerät mit. Zudem sind die Universitäten heutzutage mit einer flächendeckenden kabellosen Internetverbindung (WLAN/WiFi) ausgestattet (Eduroam). Gerade bei Pflichtveranstaltungen im Grundstudium mit vielen Hörern ist dies von Vorteil: Die Kosten für Abstimmungsgeräte sowie die Zeit für das Austeilen und Einsammeln der Geräte, die Einsatz und Verbreitung dieser Technik nicht gerade beflügelt haben, fallen weg.Für die Durchführung von Quiz-Abfragen gibt es sowohl frei verfügbare als auch käufliche Software. Beispiele für frei verfügbare Software sind ARSnova von der Technischen Hochschule Mittelhessen1) und Pingo von der Universität Paderborn.2) In meinen Veranstaltungen setze ich die kommerziell erhältliche Software EduVote3) ein, da sie einfach zu bedienen ist und vor allem eine einfache Anbindung an Powerpoint (MS Office) über ein Zusatzmodul erlaubt. Die entsprechende App ist in der Regel im Play Store (Android) oder im App Store (Apple) vorhanden. Alternativ kann man sie sich von der Eduvote-Webseite herunterladen.<h2>Appell zur Kooperation in der Lehre</h2>Auf der Webseite Mint-Lernen4) finden sich weitere Beispiele aus allgemeiner und physikalischer Chemie als Dateien zum Herunterladen ohne Registrierung. Wenn Sie Ihre eigenen Quizfragen aus der Chemie und gerne auch aus anderen Naturwissenschaften weiteren Kollegen und Interessierten zur Verfügung stellen möchten, dann schicken Sie diese bitte an <a href="mailto:webmaster@mint-lernen.de">webmaster@mint-lernen.de</a>.Auf Ihre eigenen Quiz-Beispiele sowie Ihre Kommentare und Anregungen freue ich mich.Sebastian Schlücker, Jahrgang 1973, hat in Würzburg promoviert, war Postdoktorand an den National Institutes of Health in den USA, und hat sich in physikalischer Chemie habilitiert. Von 2008 bis 2012 war er Professor (W2) für Experimentalphysik an der Universität Osnabrück und ist seitdem Professor (W3) für physikalische Chemie an der Universität Duisburg-Essen. Er ist Mitglied der Studienkommission der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie und engagiert sich beim jährlichen Schülertraining in Nordrhein-Westfalen für die Internationale Chemieolympiade.Lösungen: 1-A; 2-C; 3-B; 4-D; 5-B; 6-D<h2>Quergelesen</h2>Ein Quiz in der Vorlesung, bei dem die Teilnehmer per Smartphone antworten, animiert sie zur Mitarbeit, dabei bleiben sie anonym.Bei nur einigen wenigen Quizfragen pro Veranstaltung muss der Dozent einen klaren inhaltlichen Schwerpunkt setzen und auf die zentralen Lernziele eingehen.Die Studenten können sich anhand des Quiz einschätzen und ihre Leistungen besser vergleichen. Sie erfahren ihre Lücken und Denkfehler.Beispiele für Software sind ARSnova, Eduvote, Pingo.Auf der Website <a href="https://www.Mint-lernen.de" target="_blank">www.Mint-lernen.de</a> stehen Quizfragen und Materialien zum freien Download; Einschicken eigener Quizfragen zum Upload per Email an: <a href="mailto:webmaster@mint-lernen.de">webmaster@mint-lernen.de</a>.
<ul><li>
1 <a href="https://arsnova.thm.de/blog/" target="_blank">https://arsnova.thm.de/blog/</a></li><li>
2 <a href="http://trypingo.com/de" target="_blank">http://trypingo.com/de</a></li><li>
3 <a href="https://www.eduvote.de" target="_blank">www.eduvote.de</a></li><li>
4 <a href="https://www.MINT-lernen.de" target="_blank">www.MINT-lernen.de</a></li></ul>

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Chemiegeschichte: Staudingers Kautschukmodell auf dem Prüfstand

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