Kunz, Holger (2001) Prinzipien der Selbstorganisation: Untersuchungen zu Strukturbildenden Prozessen und Entwicklung einer experimentellen Konzeption zur Einbindung dieser Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht. PhD, Universität Oldenburg.

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Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Strukturbildenden Prozessen. Einerseits wird eine Konzeption zur Integration der Thematik in einen zeitgemäßen Chemieunterricht entwickelt und andererseits wird nach neuen Experimenten gesucht bzw. bekannte Versuche werden so optimiert, dass ein schulischer Zugang auf experimenteller Basis erfolgen kann. Im Bereich der zeitlichen Musterbildung sind oszillierende Gasentwicklungen untersucht worden. Dabei konnten für bestimmte Wasserstoffperoxid-zersetzende Katalysatoren erstmals Bedingungen ausfindig gemacht werden, die eine pulsierende Sauerstofffreisetzung zeigen. Ferner sind bei der Suche nach räumlichen Strukturbildungen neue faszinierende Experimente entdeckt worden. Es handelt sich um Reaktionen von Indikatoren an der Phasengrenze Gas-Flüssigkeit. Des Weiteren ist ein Ferroin-katalysierter Ansatz der BZ-Reaktion gefunden worden, bei dem durch potentiometrische Verfolgung im ungerührten Zustand eine schulische Demonstration determiniert-chaotischer Verhaltensweisen möglich ist. Ein weiterer Aspekt der Arbeit stellt die Entwicklung von Versuchsdurchführungen für eine quasi-zweidimensionale Zementation fraktaler Metallaggregate dar, wodurch die charakteristische Eigenschaft der Selbstähnlichkeit von Fraktalen offenbar wird. Als Hilfestellung zur Erklärung der Fraktalbildung wurde ein Brettspiel entwickelt. Auf Grundlage dieser experimentellen Ergebnisse sind Unterrichtskonzeptionen entwickelt, z. T. durchgeführt und evaluiert worden, insbesondere zur Einführung des Themas im Bereich der Energetik und zur Vermittlung mechanistischer Aspekte im Anschluss an die Reaktionskinetik. Fast alle Experimente können in Videosequenzen betrachtet werden.

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This study deals with structure-forming processes. On the one hand, a conception will be developed to integrate this subject into a modern chemistry curriculum. An on the other hand, new experiments will be designed or known experiments optimised, so that the education can be caused by these experiments. In the realm of forming temporal patterns, the oscillating gas evolution is investigated. For several catalysts of the hydrogen peroxide decomposition, the phenomenon of pulsating oxygen evolution has been discovered for the first time. Furthermore, new experiments have been found, which show fascinating spatial patterns. The structure forming occurs while an indicator reacts at the boundary surface between gas and liquid. Additional, the development of a ferroin-catalysed BZ-reaction shows deterministic-chaotic behaviour which can be demonstrated in class through registration of the electrochemical potential in an unstirred solution. An other aspect of this paper represents the development of practicable aggregation of nearly two-dimensional fractal metal deposits, through which the self-similarity as the characteristic feature becomes evident. As a support to explain the fractal growth process, a board game has been developed. On the foundation of these experimental results, a curriculum has been developed, partly tested and evaluated, especially for the introduction of this topic in the field of energetics and for the arrangement of mechanistic aspects following kinetics. Nearly every experiment can be viewed in video animations.

Item Type:	Thesis (PhD)
Uncontrolled Keywords:	[Keine Schlagwörter von Autor/in vergeben.]
Controlled Keywords:	Strukturbildende Prozesse, Chemieunterricht
Subjects:	Science and mathematics > Chemistry
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Department of Chemistry (IfC)
Date Deposited:	17 Jan 2013 14:17
Last Modified:	02 Nov 2015 14:41
URI:	https://oops.uni-oldenburg.de/id/eprint/328
URN:	urn:nbn:de:gbv:715-oops-3581
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