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Klebstoffe - Eine Unterrichtseinheit für den Anfangsunterricht Chemie - Dr. Erhard Irmer Otto-Hahn-Gymnasium Göttingen Otterndorf 20.

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1 Klebstoffe - Eine Unterrichtseinheit für den Anfangsunterricht Chemie - Dr. Erhard Irmer Otto-Hahn-Gymnasium Göttingen Otterndorf 20. Februar 2008

2 Übersicht Vortrag Klebstoffe im Anfangsunterricht Chemie -Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie -Klebstoffe – ein Thema für den Anfangsunterricht Chemie? -Abriss des Unterrichtsganges -Fazit: Klebstoffe – ein Thema für den Anfangsunterricht Chemie! Kaffeepause Experimentiermöglichkeit an Stationen Abschlussdiskussion

3 Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie in Niedersachsen Curriculare Vorgaben für die Kl. 5-6: Themenbereiche Chemie Feuer Luft Wasser Rahmenrichtlinienempfehlungen Kl für Klasse 7 (1 Jahreswochenstunde): Stoffe aus phänomenologischer Sicht - Identifizieren von Stoffen - Gefahren beim Umgang mit Stoffen - Trennen von Stoffgemischen - Klassifizieren von Stoffen

4 Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie in Niedersachsen Kerncurriculum für Kl. 5-10: - Kl. 5/6: Stoffe besitzen typische Eigenschaften, Stoffeigenschaften bestimmen ihre Verwendung, Stoffe kommen in verschiedenen Aggregatzuständen vor, Trennverfahren - Kl. 7/8: Nachweise, Teilchenmodell, Struktur- Eigenschaftsbeziehung, Chemische Reaktionen, Energiegehalt von chemischen Systemen …

5 Forderungen an einen Anfangsunterricht Chemie Experimentelle Ausrichtung Phänomennähe Alltagsnähe Größere Themenkomplexe in den Blick nehmen Neu: Kompetenzorientierung sollte deutlich werden: Fachwissen, Erkenntnisgewinnung, Bewertung, Kommunikation

6 Klebstoffe – ein Thema für den Anfangsunterricht? In Schulbüchern der Sek I - wenn überhaupt - dann zumeist im Kap. Kunststoffe (Organische Chemie, Kl. 11); sonst Sek II Fachzeitschriften H. Brinkmann, Klebstoffe im Unterricht, PdN-Ch. 7/38 (1989), S – Themenheft Klebstoffe Th. Freiman, Kleben und Klebstoffe im Chemieunterricht, Unterricht Chemie 80/15 (2004), S – Themenheft Kleben und Verbinden G. Wagner, R. Zajutro, Schulexperimente zur Herstellung von Klebstoffen, ebd. S E. Schuhmacher, Kleben – bärenstark!, ebd. S Kunststoffe Kölner Modell Schülerlabor Uni Bremen, Skript Klebstoffe

7 Abriss der UE Klebstoffe Stärkekleister selbst gemacht Wie klebt ein Kleber? Die Rolle des Lösemittels Stärke aus Kartoffeln Versuche zu Adhäsion und Kohäsion - Styroporkleber - Welche Lösemittel sind geeignet? - Was geschieht mit dem Lösemittel beim Aushärten? - Warum härten manche Kleber schneller aus als andere? - Wo kommt Stärke vor? - Stärkegewinnung aus der Kartoffel - Stärkeprodukte als Kunststoffersatz Thermisch aushärtende Klebstoffe - Schmelzkurve von Kerzenwachs - Aggregatzustände und ihre Übergänge im Teilchenmodell

8 Laborführerschein (Verhalten im Chemieunterricht, Geräte, Gefahrstoffsymbole, Gasbrenner, Wasser kochen im Reagenzglas, Genauigkeit von Volumenmessgeräten) Kleber aus Kartoffelstärke? Aufgabe: Aus dem weißen Kartoffelmehl soll ein Kleber hergestellt werden, keine Anleitung, selbst ausprobieren Kleber muss erst flüssig sein, klebrige, zähflüssige Konsistenz Stoffe alltagsmäßig beschreiben (Farbe, Aggregatzustand, Konsistenz) Einstiegsphase Station

9 Versuche zur Klebewirkung Wasser klebt! Versuche zur Klebewirkung verschiedener Flüssigkeiten auf Glasplatten (Untersuchung der Zug- und Scherfestigkeit mit Wasser, Spiritus, Speiseöl, Honig …) Tropfenformen von Flüssigkeiten (Tropfen von Wasser, Spiritus, Benzin, Speiseöl, Honig auf Objektträgern) Viskositätsmessungen (Austropfzeiten verschiedener Flüssigkeiten aus Pasteurpipetten) Kleben mit Heißklebesticks (Heißklebesticks über der Brennerflamme schmelzen, damit kleben) Station

10 Modellvorstellung zur Klebewirkung Adhäsion & Kohäsion Adhäsion Kraft, die zwei verschiedene Stoffe zusammenhält Kohäsion Zusammenhaltkraft innerhalb ein und desselben Stoffes Material 1 Material 2 Klebstoff

11 Versuche zur Klebewirkung? SpeiseölWasser Tropfenformen Starke Kohäsion / schwache AdhäsionSchwache Kohäsion / starke Adhäsion

12 Modellvorstellung zur Klebewirkung Ein guter Kleber zeigt: starke Adhäsion / schwache Kohäsion beim Auftragen Ausbildung starker Kohäsion beim Aushärten Material 1 Material 2 Klebstoff

13 Wie kann ein Stoff seine Kohäsion verändern? als Leitfrage Beobachtung 1: Verflüssigen durch Erwärmen / Härten durch Abkühlen (z.B. Heißkleber) Beobachtung 2: Es gibt viele Kleber, die nicht erwärmt oder abgekühlt werden müssen (z.B. Alleskleber, Klebestifte, Tesafilm, …)

14 Die Rolle des Lösemittels Der Styroporkleber Styroporstückchen in Nagellackentferner lösen (Aceton oder Essigsäureethylester) Beobachtungen beim Stehenlassen: Die Masse wird zähflüssiger, klebrig (Kohäsion nimmt zu) Klebeprobe positiv Station

15 Löslichkeitsversuche Welche Lösemittel sind geeignet, um Styropor zu lösen? SV: Überprüfen der Löslichkeit von Styropor in verschiedenen Flüssigkeiten (experimentelle H.A.) Gibt es Löslichkeitsregeln? SV: Welche Flüssigkeiten lösen sich ineinander? Wasserfreundliche und fettfreundliche Lösemittel (Wasser, Alkohol, Speiseöl, Benzin) Einordnung von Aceton und Essigsäureethylester in die Löslichkeitsreihe: Wasser Alkohol Aceton Essigsäureethylester Speiseöl Benzin

16 Löslichkeitsversuche Anwendung der Kenntnisse über Löslichkeit Auswaschbarkeit von Klebern auf Basis verschiedener Lösemittel: Lösungsmittelfreier Alleskleber (wasserhaltig) mit Wasser und Seife auswaschbar UHU ® Flinke Flasche (aceton-/alkoholhaltig) bei 60° C auswaschbar UHU ® Alleskleber Kraft (essigsäureethylesterhaltig) nicht mit Wasser auswaschbar, Reinigungsbenzin

17 Was geschieht mit dem Lösemittel beim Aushärten? Theorien: Lösemittel verbindet sich mit dem Kunststoff Lösemittel verdunstet Überprüfung: Massenveränderung beim Aushärten eines Klebers

18 Was geschieht mit dem Lösemittel beim Aushärten? m 0 = 1140 mg

19 Warum härten manche Kleber schneller aus als andere (z.B. acetonhaltige im Vergleich zu wasserhaltigen Klebern)? Beschleunigung des Prozesses durch Erwärmen der reinen Lösemittel Wasser, Benzin, Aceton / Essigsäureethylester Beobachten des Siedevorganges Temperaturkontrolle beim Sieden: Aufnahme einer Siedekurve der reinen Lösemittel Siedeeigenschaften von Lösemitteln Station

20 Destillation des Lösemittels Wie kann man das Lösemittel aus einem Kleber wiedergewinnen? Kondensieren des verdampften Lösemittels SV: Wasserbad Klebstoff Eisbad Station

21 Am Bsp. Wasser: Aggregatzustände und ihre Übergänge Schmelz- und Erstarrungskurve von Kerzenwachs (geraspeltes Teelichtwachs) Modellvorstellung zur Kohäsion: Kugelteilchenmodell Aggregatzustände und –übergänge im Teilchenmodell Anwendung des Teilchenmodells auf die Vorgänge beim Lösen eines Stoffes und beim Verdunsten eines Lösemittels Aggregatzustände und Teilchenmodell Station

22 Kleber aus Naturstoffen: Stärke Wo kommt Stärke vor? Wie kann man nachweisen, dass es sich bei einem weißen Pulver um Stärke handelt? ( Wdh. des bisher Erarbeiteten: stoffartkennzeichnende Eigenschaften, Löslichkeit, Verhalten beim Erhitzen …) Stärkenachweis mit Iodlösung (Betaisodona®-Lösung aus der Apotheke) Überprüfung verschiedener Lebensmittel auf Stärke

23 Stärkegewinnung aus der Kartoffel Wie bekommt man die Stärke aus der Kartoffel? Keine Anleitung, SuS probieren selbst aus Einhilfen: Wo befindet sich die Stärke in der Kartoffel? Nachweis mit Iod, ggf. Mikroskopie Stärke ist verteilt in kleinen Körnern über das ganze Fruchtfleisch der Kartoffel, nicht in der Schale Wie ist das Lösungsverhalten der Stärke und das Verhalten beim Erhitzen? (vgl. Stärkekleister): in der Kälte ist Stärke schlecht wasserlöslich, beim Erwärmen verklebt sie Station

24 Stärkegewinnung aus der Kartoffel Entwicklung einer Strategie zur Stärkegewinnung: - Kartoffeln schälen - Reiben - Auspressen - Absetzenlassen der unlöslichen Stärke - Dekantieren - Ggf. Waschen der Stärke - Verdunstenlassen des Lösemittels Wasser

25 Fazit Viele Lernziele der RRL und des Kerncurriculums lassen sich abdecken Modularer Aufbau ermöglicht es einzelne Teile zu verwenden Einsatz in AGs und im Wahlpflichtunterricht Alltagsbezug Vielseitige Möglichkeiten für Schülerversuche Problemorientierte Arbeitsphasen sind möglich Leichter Zugang zur Teilchenebene über den Kohäsionsbegriff Motivierende Thematik Klebstoffe: ein Thema für den Anfangsunterricht Chemie !! E. Irmer, Klebstoffe – Ein Thema für den Chemieunterricht in Klasse 7, in: MNU 60/1 (2007), S

26 Wilhelm Busch, Die fromme Helene Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Zu Risiken und Nebenwirkungen …


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