Upload
liselotte-bogner
View
133
Download
4
Embed Size (px)
Citation preview
Klebstoffe- Eine Unterrichtseinheit für
den Anfangsunterricht Chemie -
Dr. Erhard IrmerOtto-Hahn-Gymnasium Gö[email protected]
Otterndorf 20. Februar 2008
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!
KaffeepauseExperimentiermöglichkeit an StationenAbschlussdiskussion
Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie in
NiedersachsenCurriculare 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“
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
• 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
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
Material 2
Klebstoff
Versuche zur Klebewirkung?
Speiseöl Wasser
Tropfenformen
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
Material 2
Klebstoff
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?
Massenveränderung beim Aushärten eines Allesklebers
-900
-800
-700
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Zeit t [min]
Mas
sen
abn
ahm
e [m
g]
m0 = 1140 mg
• 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 / EssigsäureethylesterBeobachten des Siedevorganges
• Temperaturkontrolle beim Sieden:Aufnahme einer Siedekurve der reinen Lösemittel
Siedeeigenschaften von Lösemitteln
Station
Destillation des Lösemittels• Wie kann man das Lösemittel
aus einem Kleber wiedergewinnen?Kondensieren des verdampften Lösemittels
SV:
100
80
20
40
60
0
AUS
AN
LaboBib©
200
250 mL
50
100
150200
250 mL
50
100
150
Wasserbad
KlebstoffEisbad
Station
Am Bsp. Wasser: Aggregatzustände und ihre Übergänge
Schmelz- und Erstarrungskurve von Kerzenwachs (geraspeltes Teelichtwachs)
Modellvorstellung zur Kohäsion: KugelteilchenmodellAggregatzustände und –übergänge im Teilchenmodell
Anwendung des Teilchenmodells auf die Vorgänge beim Lösen eines Stoffes und beim Verdunsten eines Lösemittels
Aggregatzustände und Teilchenmodell
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
FazitViele Lernziele der RRL und des Kerncurriculums lassen sich abdecken Modularer Aufbau ermöglicht es einzelne Teile zu verwendenEinsatz in AG‘s und im WahlpflichtunterrichtAlltagsbezugVielseitige Möglichkeiten für SchülerversucheProblemorientierte Arbeitsphasen sind möglichLeichter Zugang zur Teilchenebene über den KohäsionsbegriffMotivierende 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
Wilhelm Busch, Die fromme Helene
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
Zu Risiken und Nebenwirkungen …