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Klebstoffe

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“ Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie

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Presentation Transcript

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

  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. 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

  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.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

  7. 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

  8. Einstiegsphase • 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

  9. Versuche zur Klebewirkung Station • „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)

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

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

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

  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 oderEssigsäureethylester) 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? m0 = 1140 mg

  19. 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 / EssigsäureethylesterBeobachten des Siedevorganges • Temperaturkontrolle beim Sieden:Aufnahme einer Siedekurve der reinen Lösemittel Station

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

  21. Aggregatzustände und Teilchenmodell  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 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 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

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

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