Vom Erz zum Stahl

In dieser Unterrichtseinheit lernen die Schülerinnen und Schüler alle Grundlagen zum Thema Stahl kennen, wobei der Weg vom Abbau des Metallerzes bis hin zum eigentlichen Werkstoff – zum Beispiel im Gerüst um die Ecke – begleitet wird. Außerdem werden die verschiedenen Prozesse während der Stahlproduktion in Hinblick auf die Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit untersucht.

Unterrichtseinheit
  • Geographie / Jahreszeiten / Chemie / Natur & Umwelt
  • Sekundarstufe II
  • 3 bis 4 Unterrichtsstunden
  • Arbeitsblatt
  • 3 Arbeitsmaterialien

Beschreibung der Unterrichtseinheit

Diese Unterrichtseinheit kann in den Rahmenlehrplan der Sekundarstufe II eingeordnet werden. Thematisch orientiert sie sich dabei an einem Werkstoff, der nicht nur in der Industrie, sondern auch im Alltag eine ganz entscheidende Rolle spielt: Stahl. Er lässt sich in jeglichen Branchen wiederfinden und ist als Werkstoff nicht wegzudenken.

Im Fokus dieser Unterrichtseinheit steht die Gewinnung von Eisen sowie die Weiterverarbeitung zu Stahl. Dabei wird zunächst der Abbau von Metallerzen im Detail betrachtet.

Besonderes Augenmerk wird dann auf den Hochofenprozess und die dabei ablaufenden chemischen Reaktionen gelegt, wodurch die Schülerinnen und Schüler das Thema der Redoxgleichungen wiederholen und lernen es anzuwenden. Neben der Herstellung von Eisen wird auch die Umwandlung von Roheisen zu Stahl näher betrachtet, wobei hier vor allem das Linz-Donawitz-Verfahren eine wichtige Rolle spielt.

Außerdem kann in einer fächerübergreifenden Aufgabenstellung die Stahlherstellung in Bezug auf Ressourcenschonung und Umweltfreundlichkeit zunächst in Gruppen und dann innerhalb der Klasse diskutiert werden. Dabei werden das kritische Hinterfragen und das Zusammenarbeiten in einer Gruppe sowie die Verteilung der Aufgaben geübt. In einigen Aufgabenstellungen dieser Unterrichtseinheit wird die eigene Recherchefähigkeit entwickelt und geschult.

Abschließend beschäftigen sich die Schülerinnen und Schüler mit dem Thema Stahl als Werkstoff. Hierbei wird vor allem auf die enorme Vielfältigkeit an Anwendungsgebieten sowie verschiedenen Legierungsmöglichkeiten hingewiesen. Die Schülerinnen und Schüler erhalten einen groben Überblick über die Einteilung der Stähle nach ihrer chemischen Zusammensetzung und erkennen Zusammenhänge zwischen den Eigenschaften der Stahllegierungen und den zugesetzten Elementen.

Unterrichtsablauf

Inhalt
Sozial- / Aktionsform

Didaktisch-methodischer Kommentar

Stahl ist einer der am häufigsten verwendeten Werkstoffe der Welt. Er begegnet uns überall im Alltag, ob am Frühstückstisch, auf dem Weg zur Schule oder in der Freizeit am Computer. Doch nicht nur im Alltag besitzt er größte Relevanz, auch als Werkstoff für die Bauindustrie, in Werkzeugen oder Maschinen ist er nicht mehr wegzudenken. Daher ist diese Thematik von höchster Bedeutung für den schulischen Unterricht.

Die Unterrichtseinheit ist ideal für den Chemie- und Geografieunterricht der Sekundarstufe II geeignet. Sie kann im Anschluss an das Themengebiet "Energie und chemische Reaktionen" als möglicher Kontext in Bezug auf die "Metallgewinnung" sowie einem "Nachhaltigen Umgang mit Stoffen und Energie" behandelt werden und bezieht sich dabei vor allem auf die Rahmenlehrpläne der Länder Berlin, Brandenburg und Nordrhein-Westfalen. Die Einheit bietet ebenso fächerübergreifende Aspekte und könnte teilweise als vertiefendes Modul im Fach Geografie für das Themengebiet "ökonomisch relevante Bodenschätze" beziehungsweise "Überblick über Arten und Verteilung von Bodenschätzen" eingesetzt werden. Außerdem kann diese Einheit in verringertem Umfang als ergänzendes und weiterführendes Material für die Sekundarstufe I während der Thematik "Metalle – Schätze der Erde" verwendet werden.

Grundlegende chemische Kenntnisse werden für die Bearbeitung der Aufgaben vorausgesetzt. Die Aufstellung von Reaktionsgleichungen und insbesondere von Redoxgleichungen sollte zuvor mit den Schülerinnen und Schülern besprochen worden sein. Außerdem sollte die grundlegende Fähigkeit vorliegen, themenbezogen in verschiedenen Quellen zu recherchieren. Weiterhin sind keine Vorkenntnisse notwendig.

In der ersten Doppelstunde wird zunächst über das Thema der Metallerze gesprochen. Als zentraler Punkt bei der Stahlherstellung wird auch hier besonderes Augenmerk auf den Hochofenprozess gelegt. Wahlweise kann hier eine klimafreundlichere Alternative zum Hochofenprozess – die wasserstoffbasierte Stahlerzeugung – thematisiert und so auf die Wichtigkeit einer nachhaltigen Großindustrie eingegangen werden. Im Anschluss werden der Werkstoff Stahl und seine Eigenschaften näher betrachtet.

Im Verlauf der Unterrichtseinheit kann zwischen darbietendem Unterricht und der aktiven Mitgestaltung durch Schülerinnen und Schüler immer wieder variiert werden, was eine abwechslungsreiche Unterrichtsgestaltung erlaubt. Die Einheit bietet vertiefendes chemisches Wissen in Anlehnung an den Alltag mit breit gefächerten, binnendifferenzierbaren Aufgabenstellungen in verschiedenen Schwierigkeitsstufen. Diese können je nach Wissensstand, Grund- oder Leistungskurs flexibel ausgetauscht oder ergänzt werden.

Unterrichtsmaterial "Vom Erz zum Stahl" zum Download

Gesamtdownload

Vermittelte Kompetenzen

Fachkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • erarbeiten sich detailliiertes Wissen über Metallerze und deren Abbau.
  • erläutern die chemischen Vorgänge im Hochofen.
  • kennen das Linz-Donawitz-Verfahren.
  • können verschiedene Stähle grob einteilen und sie an Gerüsten in ihrer Umgebung kennenlernen.

Medienkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • können Informationen aus einem Text entnehmen und wiedergeben.
  • können in verschiedenen Quellen zu einem naturwissenschaftlichen Sachverhalt recherchieren und verbessern dabei auch die Fähigkeit zur reflektierten Recherche im Internet.

Sozialkompetenz

Die Schülerinnen und Schüler

  • lernen kritisch zu hinterfragen.
  • können ihr Wissen auf fächerübergreifende Fragestellungen anwenden.
  • bewerten und diskutieren in einer Gruppe.

Portalanbieter

Kooperationspartner

Anbieter der Unterrichtseinheit

Auszeichnungen

Autorin

Portrait von Maike Schnucklake
Maike Schnucklake

Maike Schnucklake ist promovierte Chemikerin und hat an der Freien Universität Berlin studiert.