Die Elektronen eines Atoms zählen, den Atomkern zum brodeln bringen oder die Orbitale genau unter die Lupe nehmen. All das ist möglich mit dem interaktiven Periodensystem AR mit der von uns entwickelten App für Tablet und Smartphone.
Ist das Periodensystem der Elemente (PSE) erst einmal aufgezogen, lassen sich die Elementkarten antippen und das jeweilige Modell des Atoms erscheint in seiner vollen Schönheit (Schalenmodell). Durch die Erweiterung der Realität (Augmented Reality, AR) kann das Atommodell durch Herumgehen und Herantreten von allen Seiten betrachtet werden. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber der zweidimensionalen Darstellung.
Das PSE lässt sich beliebig groß aufziehen: klein auf dem Schreibtisch, groß auf dem Boden oder extra groß auf dem Schulhof!
Die räumlichen Balkendiagramme visualisieren verschiedene Werte und machen so neben dem Entdeckungsjahr und natürlichem Vorkommen auch die unterschiedliche Masse, Dichte, den Radius oder den Schmelz- und Siedepunkt, sowie die Radioaktivität, Elektronegativität, Ionisierungsenergie und die Elektronenaffinität sichtbar. Mit drei dynamischen Filtern können die Elemente nach Serie, Radioaktivität und Aggregatzustand (mit Temperaturslider) unterteilt werden.
Welches Element kommt am häufigsten vor, welches am wenigsten? Welches Element ist bei 3549°C noch fest? Welche Nichtmetalle sind bei 0°C gasförmig? Durch cleveres Suchen und Kombinieren lassen sich schnell die richtigen Antworten finden.
Die App greift dabei auf (korrekte!) Daten auf dem neusten Stand der Wissenschaft zu.
- 3 dynamische Filter
- 10 3D-Wertediagramme
- Schalen- und Orbitaldarstellung
- Inventaransicht mit Direktvergleich
- Element-Editor
Das besondere Feature ist die Anzeige der Atome als Orbitalmodell. Bei Atomorbitalen handelt es sich um die Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines einzelnen Elektrons – eine Art Wolke. Dieser Bereich wird über die sog. Wellenfunktion definiert, die für jede Art von Orbital anders aussieht, und jedes Elektron hat sein eigenes Orbital! Ganz schön viele Wolken! Wolkendarstellungen sind mit viel Rechenaufwand verbunden und würden leistungsschwächere Endgeräte ins Schwitzen bringen. Deswegen haben wir uns eine Alternative mit Isoflächen überlegt. Die 3D-Oberflächen der Wolken wurden anhand einer komplexen Formel für das jeweilige Orbital erstellt und für die Game-Engine optimiert. So ist eine faszinierende Grafik ohne Überhitzen gewährleistet.
Im Elemente-Editor werden in der Orbital-Ansicht zusätzlich die Elektronen-Konfiguration und Elektronen-Blöcke angezeigt. Beim Bearbeiten kann die Veränderung der Elektronenposition genau beobachtet werden.
»Die Herausforderung war es eine alternative Lösung zur Wolkendarstellung zu finden, die wissenschaftlich präzise, ästhetisch ansprechend und performant ist, und diese umzusetzen — wir haben sie gefunden!«
Ralf, Programmierer
Im Inventar wird der Steckbrief der im PSE ausgewählten Atome angezeigt. Dort können die Daten direkt verglichen werden: Welches Atom hat die größere Masse? Welches hat die höhere Elektronegativität? Wofür steht „Mo“ und wann wurde eigentlich Radium entdeckt?
Auf intuitive Weise lassen sich die Antworten zu vielen Fragen rund um die Elemente finden.
Schonmal mit der Zusammensetzung der Teilchen experimentiert? Mit dem Element-Editor lassen sich mögliche und unmögliche Atome bauen. Nach der Auswahl von Proton, Neutron oder Elektron kann dieses mittels Fingerwisch, einzeln oder mehrere hintereinander, in Richtung Atommodell geschickt werden. Dabei wird live angezeigt welches Atom gerade erstellt wurde, ob es stabil/instabil, elektrisch neutral oder sogar ein Isotop eines Atoms ist.
Die App ist im Auftrag von SWR Planet Schule für den Einsatz im Schulunterricht entwickelt worden. In enger Zusammenarbeit mit Fachexperten und Lehrern, erfüllt sie die didaktischen Anforderungen und bietet den Schülern mit der virtuellen Antwortensuche besondere Unterrichtsstunden.
Die Periodensystem AR-App gibt es kostenlos im App Store für iOS und im Google Play Store für Android.
Weitere Informationen und Einblicke zum Projekt gibt es unter Planet Schule.
