Online-Lerneinheit zur NMR-Spektroskopie
Die Kernresonanz- oder NMR-Spektroskopie ist eine der bedeutendsten Untersuchungsmethoden der modernen Chemie und wird in vielen ihrer Forschungsbereiche zur Reaktionskontrolle, Strukturaufklärung oder für quantitative Messungen eingesetzt. Da Schülerinnen und Schüler im Chemieunterricht auch Einblicke in typische Arbeitstechniken erhalten sollten, lässt sich die NMR-Spektroskopie auch sinnvoll im Oberstufenunterricht thematisieren.
Es wurde eine Unterrichtssequenz entwickelt, die kontextorientierte Experimente zum Erlernen der Möglichkeiten dieser Analysemethode enthält. Insbesondere die theoretischen Grundlagen sind für Schülerinnen und Schüler recht komplex und werden unter anderem mit Modellen zur Analogiebildung in didaktisch reduzierter Form aufgearbeitet. Als Kontext für die in dieser Arbeit entwickelten Experimente zur NMR-Spektroskopie wird das Thema Alkohol, alkoholische Gärung und alkoholische Getränke gewählt, weil es besonders geeignet ist, das Interesse der Lernenden zu wecken.
Die Messungen der NMR-Spektren erfolgen mit dem Spektrometer Spinsolve® 60, einem sogenannten Benchtop-Spektrometer der Firma Magritek, das aufgrund seiner Größe, seiner Bauweise und seines Preis-Leistungs-Verhältnisses ausgewählt wurde.
Die Online-Lerneinheit inklusive Übungsaufgaben und Lösungen ist als tet.folio auf den Seiten der FU Berlin zu finden. Sie enthält neben theoretischen Grundlagen auch ausgewählte Datensätze und ermöglicht so die Integration der Versuche, die von den Schülerinnen und Schülern in der Regel nicht selbst durchgeführt werden können, da benötigte NMR-Spektrometer aufgrund der hohen Anschaffungskosten nicht an Schulen verfügbar sind.
Link zur Online-Lerneinheit (Ein Login ist nicht erforderlich, aber empfehlenswert): https://tetfolio.fu-berlin.de/tet/1493786
Mittels 1H-NMR lässt sich der Verlauf einer Gärung von Apfelsaft in einer Reihenmessung untersuchen. Deutlich sichtbar ist die Veränderung der Resonanzsignale im Laufe der Zeit: Die Peaks der Zucker (Glucose, Frucotse, Saccharose) werden kleiner, während die Signale der Methylen- und Methylgruppe von Ethanol deutlich hervortreten.
