WEG MIT DEM SCHMUTZ. weg mit dem schmutz. lehrerinformation. Lernziele: Materialien: OS-1

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1 WEG MIT DEM SCHMUTZ Lernziele: Ihre SchülerInnen setzen sich mit der Definition von Schmutz sowie dessen chemischen Eigenschaften auseinander. lernen die unterschiedlichen Wäscheschmutzarten unterscheiden. setzen sich mit der Zusammensetzung von Waschmitteln auseinander und erhalten einen Überblick über Molekülaufbau und Wirkungsweise der einzelnen Bestandteile. erfahren um die Wichtigkeit der unterschiedlichen Komponenten zur Erzielung eines positiven Waschergebnisses. erhalten die Möglichkeit, ihr theoretisch erworbenes Wissen praktisch zu erproben. Materialien: Arbeitsblatt 1: (1 Seite): Zur falschen Zeit am falschen Ort Arbeitsblatt 2: (2 Seiten): Die Chemie des Schmutzes Arbeitsblatt 3: (1 Seite): Was für ein Schmutz?! Overheadfolie 1: (1 Seite): Was für ein Schmutz?! Overheadfolie 2: (1 Seite): Schmutzwäsche - Wäscheschmutz Arbeitsblatt 4: (1 Seite): Weg mit dem Schmutz Overheadfolie 3: (1 Seite): Pulverförmiges Vollwaschmittel - eine Rezeptur Arbeitsblatt 5: (1 Seite): Tensid-Test Overheadfolie 4: (1 Seite): Wirkungsweise von Tensiden OS-1

2 Overheadfolie 5: (1 Seite): Tensid-Arten Arbeitsblatt 6: (2 Seiten): Wasserenthärter Arbeitsblatt 7: (2 Seiten): Bleichmittel Arbeitsblatt 8: (3 Seiten): Enzyme Arbeitsblatt 9: (3 Seiten): Spezialwirkstoffe Arbeitsblatt 10: (1 Seite): Waschmittel im Vergleich Overheadfolie 6: (1 Seite): Waschmittel im Vergleich Arbeitsblatt 11: (1 Seite): Voll oder spezial? Fest oder flüssig? Overheadfolie 7: (1 Seite): Der Waschkreis Versuch 1: (1 Seite): Tenside am Prüfstand Versuch 2: (1 Seite): Wasserenthärter im Vollwaschmittel Versuch 3: (1 Seite): Bleichmittel Versuch 4: (1 Seite): Alkalien, Tenside und Bleichmittel in Vollwaschmitteln Versuch 5: (1 Seite): Optische Aufheller Versuch 6: (1 Seite): Der Farbübertragungsinhibitor Versuch 7: (1 Seite): Eine Waschlauge aus Asche OS-2

3 Arbeitsblatt 1: Zur falschen Zeit am falschen Ort Dieses Arbeitsblatt dient als Einstieg in die Unterrichtseinheit. Die SchülerInnen sollen sich mit den unterschiedlichen Definitionsmöglichkeiten von Schmutz auseinander setzen. Arbeitsblatt 2: Die Chemie des Schmutzes Nach der grundlegenden Auseinandersetzung mit Schmutz erfahren die SchülerInnen mehr über dessen chemische Eigenschaften. Definition für Schmutz: Als Schmutz kann man alle organischen und anorganischen Substanzen bezeichnen, die Haltbarkeit, Aussehen, Geschmack und Geruch negativ beeinflussen. Arbeitsblatt 3/Overheadfolie 1: Schmutzwäsche Diese Arbeitsblätter vermitteln alle wesentlichen Informationen rund um das Thema Wäscheschmutz : Wann spricht man von Wäscheschmutz? Welche verschiedenen Arten von Wäscheschmutz gibt es? Wie haftet dieser? Die Overheadfolie 1 dient als Lösung zur Übung auf Seite 5. Lösungen für Übungen auf Seite 3: jeweils entgegengesetzt geladener / elektrischen / Plus- / Minus- / Schmelz- und Siedepunkte Zusatzinformation: -) Durchschnittlich 1,8 bis 4 kg Schmutz befinden sich in 100 kg Schmutzwäsche. -) Bei der Entwicklung bzw. Erprobung neuer Waschmittel wird zur Überprüfung der Waschwirkung so genanntes Schmutztestgewebe eingesetzt. Schmutztestgewebe ist Gewebe unterschiedlichster Art (Baumwolle, Polyester, Satin etc.), das nach genau definierten qualitativen und quantitativen Kriterien künstlich verunreinigt wird. Unterschiedliche Gewebeproben werden mit verschiedensten Schmutzarten verunreinigt. -) Im Vergleich zur Atom- und Ionenbindung ist die Van-der- Waals-Kraft eine schwache Kraft. Nachdem sich die freien negativ geladenen Elektronen in einem Molekül frei bewegen können, kann es zu einer ungleichmäßigen Ladungsverteilung im Molekül kommen. So ein Molekül mit Ladungsverschiebung agiert plötzlich temporär als elektrischer Dipol. Kommen OS-3

4 sich zwei solcher temporärer Dipole nahe genug, so gehen sie miteinander elektrostatische Verbindungen ein: Der Pluspol des einen Moleküls verbindet sich mit dem Minuspol des anderen Moleküls. Diese Ladungsverschiebung ist nicht nur bei Molekülen, sondern auch bei einzelnen Atomen möglich. In der Atomhülle kann es zwischenzeitlich aufgrund der Elektronenbewegung zu unsymmetrischen Ladungsverteilungen kommen auf einer Seite des Atoms befinden sich in einem solchen Fall wesentlich mehr Elektronen, das heißt negative Ladung als auf der gegenüber liegenden Seite. Das Atom wird zu einem Dipol mit einer positiven und einer negativen Partialladung. Die elektrische Anziehungskraft zwischen zwei temporären Dipolen bezeichnet man als Van-der-Waals-Kraft. Je mehr kinetische Energie die einzelnen Moleküle bzw. Atome haben, umso höher ist die Temperatur. Diese steigende Temperatur bewirkt ein Aufreißen der Van-der- Waals-Bindung. Overheadfolie 2: Schmutzwäsche - Wäscheschmutz Diese Folie bietet einen Überblick über die durchschnittliche Zusammensetzung des Wäscheschmutzes. Overheadfolie 3: Pulverförmiges Vollwaschmittel - eine Rezeptur Zusammenstellung und Dosierung der Bestandteile variieren je nach Verwendungszweck des Waschmittels. Diese Folie bietet als Einstieg in die Auseinandersetzung mit den unterschiedlichen Waschmittel-Bestandteilen einen Überblick über die Rezeptur eines pulverförmigen Vollwaschmittels. Arbeitsblatt 4: Weg mit dem Schmutz Dieses Arbeitsblatt bietet einen kurzen Überblick über die einzelnen Waschmittelbestandteile. OS-4

5 Arbeitsblatt 5/Overheadfolie 4/Overheadfolie 5: Tensid-Test/Wirkungsweise von Tensiden/Tensid-Arten Diese Materilaiien dienen zur Wiederholung der Tenside. Zur Wirkungsweise von Tensiden: Schmutzteilchen und Faser werden von Tensidmolekülen umhüllt. Der hydrophobe Teil des Tensids orientiert sich dabei in Richtung Schmutz bzw. Gewebe, der hydrophile Teil ragt in Richtung wässrige Lösung. Durch die Belegung der Grenzflächen mit Tensidionen wird der Schmutz von der Faser verdrängt. Tenside haben außerdem die Eigenschaft, Molekülverbände zu bilden: Diese werden Micellen genannt. Mit Hilfe der mechanischen Bewegung der Waschmaschine wird der Schmutz ganz vom Gewebe gelöst und in kleinere Partikel geteilt. Auf diese Weise wird mit fetthaltigem Schmutz eine Emulsion gebildet. Zu den Tensid-Arten: In den modernen Waschmitteln werden unterschiedlichste Tensidarten eingesetzt, um ein möglichst breites Wirksamkeitsspektrum zu erreichen. Viele Tenside werden auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt, z.b. aus Kokos- oder Palmöl, Mais oder Zucker. Für den Waschvorgang sind 4 Tenside von Bedeutung: -) Anionische Tenside kommen in Seifen, Syndets sowie in allen Waschmitteln vor. Seife beispielsweise ist ein anionisches Tensid. Sie wirkt gut bei hohen Temperaturen und weichem Wasser. Nachteil: Bei hartem Wasser bildet sich der typische Grauschleier. Mit der Weiterentwicklung von Seifen zu Syndets sind anionische Tenside heute unabhängig von Wasserhärte und wirken bei allen Temperaturen. -) Kationische Tenside werden in Weichspülern verwendet, um die Fasern weich und antistatisch zu machen. -) Amphotere Tenside wie z.b. Alkylbetaine sind besonders gut hautverträglich. Als Spezialisten werden sie in einigen Spezialwaschmitteln eingesetzt. -) Nichtionische Tenside wie z.b. Alkylpolyglykolether (Fettalkoholoxethylate) wirken gut bei niedrigen Temperaturen und sind zur Reinigung synthetischer Stoffe geeignet. Lösungen: 1. richtig / 2. richtig / 3. falsch (amphiphilen) / 4. falsch (fettlöslich) / 5. richtig / 6. richtig / 7. falsch (hydrophil) / 8. richtig / 9. richtig / 10. falsch (auch nachwachsende Rohstoffe wie Kokos- oder Sojaöl) / 11. richtig OS-5

6 Arbeitsblätter 6-9: Infoblätter zu den Waschmittel-Inhaltsstoffen Diese Infoblätter dienen als inhaltliche Basis zur Auseinandersetzung mit den unterschiedlichen Waschmittel-Inhaltsstoffen. Teilen Sie Ihre SchülerInnen in 4 Gruppen. Jede dieser Gruppen erhält die Aufgabe, sich mit einer Inhaltsstoffgruppe anhand des Infoblattes sowie zusätzlicher Recherche intensiv auseinander zu setzen. Die Ergebnisse sollen schließlich vor den anderen SchülerInnen präsentiert werden. Arbeitsblatt 6: Wasserenthärter Zusatzinformationen: -) Die Einheiten für Wasserhärte: - d = Grad deutscher Härte - internationale Einheit: mmol/l = Millimol Erdalkali-Ionen pro Liter Wasser -) Wasserhärte in Österreich Laut aktuellen Untersuchungen liegt Österreich durchschnittlich im mittleren Härtebereich zwischen 7,3 und 14 dh. (Quelle: Presseaussendung des BMLFUW vom Originaltext im Internet unter der Adresse Wassertest.pdf) Es gibt allerdings Regionen, die von diesen Durchschnittswerten wesentlich abweichen. - Hartwasserzonen: Nördliches Umfeld Wiens (Klosterneuburg, Stockerau etc.) 30 dh - Weichwasserzonen: Millstatt und Umgebung Nördliches Mühlviertel 5 dh -) Arten von Wasserhärte - Die temporäre bzw. Carbonathärte wirkt sich erst beim Erhitzen aus. Der Kalk setzt sich hauptsächlich an den Heizspiralen und Heizflächen ab. Ca HCO 3 - CaCO 3 + H 2 O + CO 2 - Die permanente Härte überdauert auch das Erhitzen. Teilweise bildet sie sich sogar erst aufgrund von Niederschlägen, die sich während des Erhitzens lösen (z.b. Sulfate wie Gips, Phosphate oder Silicate). OS-6

7 -) Negativwirkung von Calcium- und Magnesium-Ionen Die Grenzflächenaktivität von Tensiden wird durch Härte bildende Ionen beeinträchtigt. So wurde etwa Seife durch Calcium-Ionen zu schwer löslicher Kalkseife: 2 H 3 C - (CH 2 ) 16 - COO - + Ca 2+ (H 3 C - (CH 2 ) 16 - COO) 2 Ca Seifenanion Kalkseife Kalkseife verfügt über keine Tensideigenschaften mehr. Das heißt, die so genannte gefällte Seife muss durch weitere Seifenzugabe ersetzt werden, um die gleiche Waschleistung wie bei weichem Wasser zu erzielen. Calcium-Ionen bilden mit Sulfat-Ionen schwer löslichen Gips: Ca 2+ + SO H 2 0 CaSO 4. 2 H 2 0 Bei Temperaturen über 60 C bildet sich aus wasserlöslichem Calciumhydrogencarbonat schwer lösliches Calciumcarbonat, landläufig auch Kalk genannt: Ca(HCO 3 ) 2 > CaCO 3 + CO 2 + H 2 0 Kalk bildet sich aufgrund der dort vorherrschenden hohen Temperaturen besonders leicht an den Heizstäben. Die Kalkablagerungen wirken als Isolator, dadurch ist zum Aufheizen der Waschlauge ein höherer Energieverbrauch notwendig; es kann passieren, dass die Heizstäbe aufgrund dieser besonderen Leistungsanforderung durchbrennen. Metall-Ionen verbessern die Haftung von Schmutz an Oberflächen. Positive Metall-Ionen wirken als Vermittler zwischen negativ polarisierten Oberflächen und negativ polarisierten Schmutzbestandteilen. Schwermetall-Ionen bewirken außerdem den Zerfall von Bleichmitteln, deren Wirkung noch vor dem Waschvorgang verloren geht. - Waschen mit weichem Wasser Vor einigen Jahren wurde diskutiert, nur mehr enthärtetes Wasser zum Wäschewaschen einzusetzen. Sowohl TechnikerInnen als auch ÖkologInnen widersprachen der Sinnhaftigkeit dieser Maßnahme. Derzeit sind 3-4 Schwemmgänge für ein optimales Waschergebnis notwendig, bei der Verwendung von weichem Wasser müsste diese Zahl auf mindestens 6 OS-7

8 erhöht werden. Dies würde einen weit höheren Wasser- und Energieverbrauch mit sich bringen. Der Verschmutzungsgrad der Wäsche kann die Wasserhärte um bis zu 10 dh erhöhen. Arbeitsblatt 7: Bleichmittel und Bleichaktivatoren Zusatzinformationen: In Südeuropa wurde auch die Methode der Chlorbleiche eingesetzt. In Österreich gibt es keine Waschmittel, die Chlorbleiche enthalten. Obwohl Chlorbleiche in den Waschmitteln für die österreichischen Haushalte nie Verwendung gefunden hat, gab es lange Zeit eine heftige Gegenbewegung. Dies hat dazu geführt, dass die Waschmittelindustrie auf den Verpackungen lange Zeit den Vermerk ohne Chlor angebracht hat. Arbeitsblatt 8: Enzyme Arbeitsblatt 9: Spezialwirkstoffe Zusatzinformationen zu den Aufhellern: Die Summe aller von einem Gegenstand reflektierten Wellenlängen bezeichnet man als Remission. Eine schwarze Fläche remittiert 0 % des sichtbaren Lichts, das heißt, von der Oberfläche geht kein sichtbares Licht aus. Dem gegenüber hat eine weiße Fläche eine Remission von rund 80 %. Das menschliche Auge ist als Messinstanz für Farbe kein objektives Messkriterium. Das europäische Durchschnittsauge nimmt zum Beispiel bei weißer Oberfläche einen größeren Weißeindruck wahr, wenn in der Remission mehr bläuliche Wellenlängen enthalten sind. Wird ein weißes Blatt Papier mit UV-Licht bestrahlt, so kann das menschliche Auge es nicht sehen. Wird das selbe Papier mit einem Aufheller beschichtet, so wird es vom menschlichen Auge in einem bläulichen Licht wahrgenommen. OS-8

9 Arbeitsblatt 10/Overheadfolie 6: Waschmittel im Vergleich Nachdem sich die SchülerInnen intensiv mit den einzelnen Bestandteilen von Waschmitteln auseinander gesetzt haben, sollen sie versuchen, den verschiedenen Waschmitteltypen die richtigen Bestandteile zuzuordnen. Arbeitsblatt 11: Voll oder spezial? Fest oder flüssig? Dieses Arbeitsblatt dient als abschließende Wiederholung der wesentlichen Unterschiede zwischen den verschiedenen Waschmitteln. Lösungen: richtig/falsch/richtig/richtig/richtig/falsch/falsch/falsch/richtig/richtig/ richtig Ein Tipp: Lassen Sie Ihre SchülerInnen unterschiedliche Slogans bzw. Werbelinien für pulverförmiges und flüssiges sowie Voll- und Spezialwaschmittel sammeln. Unterscheiden sich die Argumente der Werbemacher? Wird für pulverförmige Waschmittel anders geworben als für flüssige? Für Vollwaschmittel anders als für Spezialwaschmittel? Die Rechercheergebnisse der SchülerInnen können Grundlage für eine anschließende Diskussion des optimalen Einsatzes der unterschiedlichen Waschmittel sein. Zusatzinformationen: Flüssige Vollwaschmittel enthalten meist mehr Tenside als pulverförmige. Dennoch schneidet pulverförmiges Vollwaschmittel was das Waschergebnis betrifft bei Expertenuntersuchungen besser ab. Pulverförmiges Vollwaschmittel hat allerdings auch einen Nachteil gegenüber flüssigem: Spült die Waschmaschine nicht optimal, so können weiße Ränder oder Flecken auf dem Waschgut entstehen. Diese werden von den Enthärtern verursacht. Auf weißer Wäsche sind diese Flecken bzw. Ränder allerdings nicht zu sehen. Vollwaschmittel enthalten in der Regel Bleichmittel, das die Farben beeinträchtigen kann. Daher sollte Buntwäsche mit Colorwaschmittel gewaschen werden. Bei Kompaktwaschmitteln werden Rieselhilfsstoffe weggelassen, diese sind damit weniger belastend für die Umwelt. OS-9

10 Overheadfolie 7: Der Waschkreis Diese Overheadfolie gibt einen abschließenden Überblick über den Waschkreis: die vier Einflussfaktoren auf das Waschergebnis. Zusatzinformationen: Moderne Waschmittel erzielen bereits bei niedrigen Temperaturen ein optimales Waschergebnis. Normal verschmutzte Buntwäsche kann bei 40 C ausreichend gereinigt werden. Experten sprechen davon, dass vom Waschergebnis her eine heutige Wäsche bei 60 C einer Kochwäsche bei 90 C vor 12 Jahren entspricht. Bei der Waschmitteldosierung sollte immer auf die Dosierungsempfehlung geachtet werden. Zu viel Waschmittel belastet unsere Umwelt, zu wenig entfernt den Schmutz nicht. Die Waschtrommel sollte ausreichend befüllt werden. Dies ist nicht nur ökologischer und spart Geld: Durch die Reibung der Textilien aneinander wird die mechanische Waschwirkung, vor allem bei Baumwolle, wesentlich verbessert. Versuche 1-7: Versuche rund um Waschmittel Die nachfolgenden Versuche dienen zum besseren Verständnis. Geben Sie Ihren SchülerInnen die Aufgabe, ein Versuchsprotokoll mit Ergebnis und Analyse/chemischer Erklärung zu führen. Bei der Auswertung sind die SchülerInnen gezwungen, ihr theoretisches Wissen in einem praktischen Zusammenhang anzuwenden. Bei allen Versuchen wurde darauf geachtet, dass in erster Linie einfach greifbare, in allen Haushalten vorhandene Materialien benötigt werden. Versuch 1: Tenside am Prüfstand -) Versuch 1: Die Pfefferkörner sinken ab. -) Versuch 2: Fett und Wasser können sich verbinden. -) Versuch 3: Zuerst lässt sich der Zimt nicht entfernen. Das heraustropfende Wasser ist klar. Danach ist das heraustropfende Wasser trüb. OS-10

11 -) Versuch 1: Das Waschmittel/die Tenside verringert/n die Oberflächenspannung des Wassers. -) Versuch 2: Eine Emulsion entsteht. -) Versuch 3: Die Tenside im Waschmittel haben die Zimtteilchen erst benetzt und danach zerkleinert. So können diese teilweise durch die Filterporen gelangen. Versuch 2: Wasserenthärter im Vollwaschmittel Das Wasser hat nach Durchlaufen des Vollwaschmittels eine geringere Härte. Die Zeolithe ersetzen die Calcium-Ionen des harten Wassers durch Natrium-Ionen. Das Wasser wird dadurch weicher. Versuch 3: Bleichmittel - Wirkung von Wasserstoffperoxid -) Versuch 1: Nach kurzer Zeit entfärbt sich die Lösung. -) Versuch 2: Nach ein bzw. zwei Versuchen verläuft die Probe positiv. In dem Kristallgitter des Natriumcarbonats im Natriumcarbonat-Peroxihydrat (2 Na2CO3. 3 H2O2) ist Wasserstoffperoxid enthalten. Dieses wird beim Lösen des Fleckensalzes im Wasser freigesetzt. Die Bleichwirkung des Wasserstoffperoxid ist von der Temperatur abhängig: -) Bei niedriger Temperatur kommt es zum Bleicheffekt: H 2 O 2 H. +. OOH H 2 O 2 2 HO. -) Bei zu hoher Temperatur (> 80 C) wird elementarer Sauerstoff freigesetzt. Diese Wirkung ist nicht erwünscht. 2 H 2 O 2 2 H O 2 OS-11

12 Versuch 4: Alkalien, Tenside und Bleichmittel in Vollwaschmitteln -) ph-wert: Die ph-werte von Reagenzglas 1 und 2 sind höher als jene von 3. -) Schütteln: Bei Reagenzglas 1 und 2 kommt es zu Schaumbildung à Tenside. -) Tinte: Sobald die Tinte zu Boden gesunken ist, entfärbt sich die Tinte im bleichmittelhaltigen Vollwaschmittel nach und nach. -) Höhere ph-werte lassen auf den Zusatz von gut löslichen Alkalien schließen. -) Tenside vermindern die Oberflächenspannung zwischen Wasser und Luft. Dadurch kommt es beim Schütteln zu Schaumbildung. -) Der Tintenfarbstoff wird in der bleichmittelhaltigen Vollwaschmittellösung oxidativ zerstört. Versuch 5: Optische Aufheller Unter der UV-Lampe ist bei bei der Nummer 2, die auf das Filterpapier Nummer 2 gepinselt wurde, deutlich ein blau fluoreszierendes Licht ersichtlich. Optische Aufheller wandeln einen Teil des unsichtbaren UV-Lichts in sichtbares Licht um. Sie absorbieren nicht sichtbares UV-Licht und emittieren an dessen Stelle sichtbares blaues Licht. Beim Papier entsteht dadurch ein Weißeindruck. Unter der UV-Lampe wird der bläuliche Schein des fluoreszierenden Lichtes ersichtlich. Versuch 6: Der Farbübertragungsinhibitor Das Stoffstück, das im Colorwaschmittel eingelegt war, zeigt deutlich weniger Spuren des blauen Farbstoffs. Colorwaschmittel enthält einen höheren Anteil an Farbübertragungsinhibitoren. OS-12

13 Versuch 7: Eine Waschlauge aus Asche Der Ruß löst sich vom Leinen. Holzasche enthält Pottasche (K 2 CO 3 ). In wässriger Lösung wirkt diese alkalisch. K 2 CO 3 + H 2 O 2 K + + HCO OH - Ein Teil der Fettverschmutzungen wird zu den Kaliumsalzen der Fettsäuren und Glycerin hydrolysiert. OS-13

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