Klebstoffe
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Klebstoffe. - Eine Unterrichtseinheit für den Anfangsunterricht Chemie -. Otterndorf 20. Februar 2008. Dr. Erhard Irmer Otto-Hahn-Gymnasium Göttingen [email protected] Übersicht. Vortrag „Klebstoffe im Anfangsunterricht Chemie“ Die Situation des Anfangsunterrichts Chemie

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Presentation Transcript


Klebstoffe

Klebstoffe

- Eine Unterrichtseinheit für den Anfangsunterricht Chemie -

Otterndorf 20. Februar 2008

Dr. Erhard Irmer

Otto-Hahn-Gymnasium Göttingen

[email protected]


Bersicht

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


Die situation des anfangsunterrichts chemie in niedersachsen

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 niedersachsen1

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

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 f r den anfangsunterricht

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

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

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


Versuche zur klebewirkung

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)


Modellvorstellung zur klebewirkung

Modellvorstellung zur Klebewirkung

Adhäsion & Kohäsion

AdhäsionKraft, die zwei verschiedene Stoffe zusammenhält

Kohäsion

Zusammenhaltkraft innerhalb ein und desselben Stoffes

Material 1

Klebstoff

Material 2


Versuche zur klebewirkung1

Versuche zur Klebewirkung?

Tropfenformen

Speiseöl

Wasser

Starke Kohäsion / schwache Adhäsion

Schwache Kohäsion / starke Adhäsion


Modellvorstellung zur klebewirkung1

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 koh sion ver ndern

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 l semittels

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


L slichkeitsversuche

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


L slichkeitsversuche1

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 l semittel beim aush rten

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 l semittel beim aush rten1

Was geschieht mit dem Lösemittel beim Aushärten?

m0 = 1140 mg


Siedeeigenschaften von l semitteln

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


Destillation des l semittels

Wie kann man das Lösemittel aus einem Kleber wiedergewinnen?

Kondensieren des verdampften LösemittelsSV:

Wasserbad

Eisbad

Klebstoff

Destillation des Lösemittels

Station


Aggregatzust nde und teilchenmodell

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


Kleber aus naturstoffen st rke

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


St rkegewinnung aus der kartoffel

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


St rkegewinnung aus der kartoffel1

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


Fazit

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


Klebstoffe

Zu Risiken und Nebenwirkungen …

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Wilhelm Busch, Die fromme Helene


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