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

Übersicht Vortrag „Klebstoffe im Anfangsunterricht Chemie“ Kaffeepause 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

Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie in Niedersachsen  Curriculare Vorgaben für die Kl. 5-6: Themenbereiche Chemie  Feuer  Luft  Wasser  Rahmenrichtlinienempfehlungen Kl. 7-10 für Klasse 7 (1 Jahreswochenstunde):  Stoffe aus phänomenologischer Sicht - Identifizieren von Stoffen - Gefahren beim Umgang mit Stoffen - Trennen von Stoffgemischen - Klassifizieren von Stoffen

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 …

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

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.13-18 – Themenheft „Klebstoffe“  Th. Freiman, Kleben und Klebstoffe im Chemieunterricht, Unterricht Chemie 80/15 (2004), S. 10-13 – Themenheft „Kleben und Verbinden“ G. Wagner, R. Zajutro, Schulexperimente zur Herstellung von Klebstoffen, ebd. S. 14-19 E. Schuhmacher, Kleben – bärenstark!, ebd. S. 20-23 Kunststoffe Kölner Modell  Schülerlabor Uni Bremen, Skript „Klebstoffe“ http://www.chemie.uni-bremen.de/woehrle/Schuelerlabor-Klebstoffe.pdf

Abriss der UE „Klebstoffe“ - Schmelzkurve von Kerzenwachs - Aggregatzustände und ihre Übergänge im Teilchenmodell Versuche zu Adhäsion und Kohäsion Wie klebt ein Kleber? Thermisch aushärtende Klebstoffe Stärkekleister selbst gemacht Die Rolle des Lösemittels Stärke aus Kartoffeln - 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

Einstiegsphase Station 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) Station

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

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

Versuche zur Klebewirkung? Tropfenformen Speiseöl Wasser Starke Kohäsion / schwache Adhäsion Schwache Kohäsion / starke Adhäsion

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

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, …)

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

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

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

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

Was geschieht mit dem Lösemittel beim Aushärten? m0 = 1140 mg

Siedeeigenschaften von Lösemitteln 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 Station

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

Aggregatzustände und Teilchenmodell  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 Station

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

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

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

Klebstoffe: ein Thema für den Anfangsunterricht Chemie !! Fazit Viele Lernziele der RRL und des Kerncurriculums lassen sich abdecken Modularer Aufbau ermöglicht es einzelne Teile zu verwenden Einsatz in AG‘s 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. 36-42

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Zu Risiken und Nebenwirkungen … Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Zum Schluss bleibt zu Risiken und Nebenwirkungen nur noch mit Wilhelm Busch festzustellen: Eine Gefahr bleibt: Wer sich zu intensiv mit Klebstoffen auseinandersetzt, dem kann es passieren, dass er dran kleben bleibt! Wilhelm Busch, Die fromme Helene