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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

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

slide26

Zu Risiken und Nebenwirkungen …

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Wilhelm Busch, Die fromme Helene

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