Polymerisations­modelle

Dieses 3D-Druck-Funktionsmodell wurde für den Chemieunterricht der Sekundarstufe II entwickelt. Es dient dazu, die komplexen Prozesse der Kunststoffsynthese im wahrsten Sinne des Wortes begreifbar zu machen.

Das Modell kommt als Vertiefung zum Einsatz: Nachdem die Lernenden die Mechanismen (Polykondensation, Polyaddition, radikalische Kettenpolymerisation) theoretisch via Informationstext und einem Legemodell mit Strukturformeln erarbeitet haben, folgt der Transfer. Das 3D-Modell fordert sie heraus, ihr theoretisches Wissen auf einer abstrakten, haptischen Ebene anzuwenden und zu festigen.

Als Inspiration für dieses 3D-Druck-Modell dienten Abbildungen von Mirjam Brockmann:

Während herkömmliche Schemata die Polykondensation oft ausreichend abbilden, stoßen sie bei der Polyaddition und der radikalischen Polymerisation an Grenzen. Mein Modell löst diese Lücke durch zwei Mechaniken:

• Radikalische Polymerisation: Integration beweglicher Bindungselektronen, um den Angriff eines Radikals und das Aufbrechen einer C-C-Doppelbindung visuell darzustellen.
• Polyaddition: Aktive Veranschaulichung der Protonenübertragung zwischen den Monomeren.

Chemische Prozesse finden auf der unsichtbaren Teilchenebene statt, was oft zu Verständnisbarrieren führt. Basierend auf dem Johnstone-Dreieck (siehe Abb. 2) schließt dieses Modell die Lücke zwischen der makroskopischen Welt und der submikroskopischen Domäne. Durch die Interaktivität – das Sonden, Beeinflussen und Spielen – wird ein tieferes Lernverständnis gefördert, das rein statische Abbildungen nicht leisten können.

Trotz der Vorteile dieses Modells sollte eine umfassende Modellkritik fester Bestandteil des Lernprozesses sein. Den Lernenden sollte sich bewusst werden, was das Modell nicht leisten kann – wie etwa die Darstellung der molekularen Struktur und Geometrie. Die kritische Auseinandersetzung fördert ein tieferes Verständnis für naturwissenschaftliche Modelle.

Das Funktionsmodell ist für den Druck mit PLA optimiert und wiegt ca. 23 g pro Set. Ein besonderes Highlight: Die modellhaften Kohlenstoffatome und Radikale werden inklusive ihrer Elektronen im Print-in-Place-Verfahren gedruckt, sodass sie direkt nach dem Druck beweglich sind. Zur besseren Sichtbarkeit können die Elektronen anschließend mit einem Permanentmarker hervorgehoben werden.