Chemische Experimente mit Süßigkeiten. Candy Science

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1 Praxis Sachunterricht ab 3 Chemische Experimente mit Süßigkeiten Candy Science Autorin Dr. Simone Hell Rektorin der Erich Kästner-Grundschule Neu-Ulm-Ludwigsfeld hell.s@web.de Simone Hell Kinder lieben Süßigkeiten. Gummibärchen, Brause und Schokolinsen sind nicht nur ein süßer Snack für zwischendurch. Mit ihnen köen Grundschulkinder auch chemische Phänomene erforschen und grundlegende Einsichten in naturwissenschaftliche Zusammenhänge gewien. Dieser Beitrag will dazu einladen, durch das Experimentieren mit Süßigkeiten gemeinsam mit den Kindern in das Thema»Lebensmittelchemie«einzutauchen. Die Materialien zu diesem Beitrag M 1 Gummibärchen M 2 Brause M 3 Schokolinsen In Süßigkeiten steckt Chemie Bei chemischen Experimenten denkt man schnell an ein Labor, weiße Kittel und Schutzbrillen. Dabei treffen wir überall um uns herum auf Dinge und Vorgänge, die mit Chemie zu tun haben. Es ist verblüffend, wie viel Chemie in Süßigkeiten steckt. Das Experimentieren mit Süßigkeiten als Teil der Lebensmittelchemie sensibilisiert die Grundschulkinder für die Zusammensetzung von Lebensmitteln sowie für die Eigenschaften und Bedeutung der jeweiligen Inhaltsstoffe. Durch die eigene Erfahrung und Betroffenheit ist die Lebensmittelchemie für Grundschulkinder interessant und motivierend. Sie behandelt darüber hinaus fachübergreifende Aspekte und ermöglicht die Auseinandersetzung mit Süßigkeiten unter dem Aspekt Ernährung. Stoff und Stoffumwandlung In der Chemie ist das Konzept»Stoff«ein zentraler Begriff, der das Material beschreibt, aus dem ein Gegenstand ist. So begit der naturwissenschaftliche Sachunterricht damit, dass die Grundschulkinder verschiedene Stoffe keenlernen, deren Eigenschaften untersuchen und dokumentieren, Anwendungsgebiete erkunden und sich mit chemischen Reaktionen zwischen verschiedenen Stoffen (dem Umwandeln des Ausgangsstoffes in einen anderen Stoff) auseinandersetzen. Forschungskreis als Orientierungshilfe Im Sachunterricht der Grundschule liegt der Schwerpunkt auf der Eigentätigkeit der Kinder, bei der es um das Entdecken von Phänomen geht. Für das Erkunden naturwissenschaftlicher Phänomene ka der Forschungskreis (Haus der kleinen Forscher 08/2013) als Orientierung dienen. Aufgabenbeispiele Die folgenden Aufgaben greifen verschiedene chemische Themenstellungen auf, die von den Kindern experimentell bearbeitet werden köen. Aufgabe 1: Gummibärchen Riesenbären oder Bärensterben? Jedes Kind ket sie: die leckeren Gummibärchen. Bei Kindern und Erwachsenen sind Gummibärchen das beliebteste Fruchtgummi-Produkt. Das Phänomen, dass Gummibärchen in Wasser»wachsen«, ist den meisten Kindern bekat. De Gummibärchen enthalten in der Regel quellfähige Substanzen (v.a. Gelatine). Diese nehmen Wasser auf und vergrößern ihre Strukturen stark mit der Folge, dass die Gummibärchen sich nach längerer Zeit im Wasser aufblähen. Abb. 1: Forschungskreis (Zeichnung der Autorin auf Basis der Vorlage des HdkF)

2 Praxis Sachunterricht ab 3 Abb. 2: Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten Allerdings verhalten sich Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten unterschiedlich (M 1). Beispielsweise enthalten frische Säfte aus Ananas und Kiwi ein Enzym, das verhindert, dass die Gelatine steif wird. Demnach schrumpfen Gummibärchen in Ananas- oder Kiwisaft sukzessive und lösen sich langsam auf. Aufgabe 2: Brause schäumendes Prickelzeug Seitdem 1925 der Kaufma Theodor Beltle das Brausepulver erfunden hat, ist das schäumende Prickelzeug bei Alt und Jung gleichermaßen beliebt. In der Auseinandersetzung mit Brause werden auf anschauliche Weise chemische Vorgänge aus dem Alltag der Kinder erfahrbar. Die Brause besteht aus verschiedenen Stoffen. Hauptkomponenten des Brausepulvers sind Zucker, Säuerungsmittel und Natriumhydrogencarbonat (d. h. Natron). Wird Brause in Wasser gegeben, prickelt, blubbert und schäumt es. Indem die Kinder die Inhaltsstoffe analysieren (M 2), die für eine solche chemische Reaktion verantwortlich sind, erfahren sie, dass das Gas Kohlenstoffdioxid (kurz CO2) entsteht, we ein Gemisch aus Natron und Säure im Wasser gelöst wird. Steckbrief»Kohlenstoffdioxid«Kohlenstoffdioxid (auch in gelöster Form Kohlensäure genat) ist ein farb- und geruchloses Gas, das sich gut in Wasser löst und in vielen Erfrischungsgetränken enthalten ist. Aufgrund seiner Dichte ist es leichter als Wasser, aber schwerer als Luft. Aufgabe 3: Schokolinsen- Chromatografie Kinder lieben knallige Farben auch beim Essen. Das nutzen vor allem die Hersteller von Süßigkeiten und mischen reichlich Lebensmittelfarbe in ihre Produkte, damit sie bunt und lustig aussehen. Da es Schokolinsen in vielen verschiedenen Farben gibt, eignen sie sich besonders gut zur Untersuchung von Farbstoffen in Süßigkeiten. Zunächst werden mit Hilfe des Aufdrucks auf der Verpackung die verwendeten Farbstoffe benat und mit den Farben der Schokolinsen verglichen. Häufig verwendete Lebensmittelfarbstoffe: E-Nummer Farbton E100 gelb-orange E102 zitronengelb E104 gelb-gelbgrün E120 rot E122 rot E131 blau E133 blau E140 grün E142 grün E160a-f gelb E162 rot E171 weiß E172 gelb-rot Dabei fällt auf, dass es zwar grüne Schokolinsen gibt, aber der grüne Farbstoff nicht auf der Zutatenliste zu finden ist. Die Frage stellt sich, ob die Kezeichnung des grünen Farbstoffes vergessen wurde? Nun geht es darum, die Farbe von grünen Schokolinsen zu untersuchen. Aus eigener Erfahrung mit dieser Süßigkeit wissen die Kinder, dass sich die Farbe im Mund löst, d. h. wasserlöslich ist. Daran anknüpfend wenden die Kinder die sogenate Chromatografie als Verfahren zur Farbtreung an (M 3). Das Thema eignet sich, um zu verdeutlichen, dass man bei Süßigkeiten ständig Stoffgemischen begegnet, die man mit den Treverfah

3 Praxis Sachunterricht ab 3 Paracelsus, Drawing Bocourt, after a painting of the Naney Museum Fotolia/Morphart Abb. 3: Chromatografie der grünen Schokolinse ren der Chemie voneinander unterscheiden und miteinander vergleichen ka. Darüber hinaus lädt das Thema ein, über den Einsatz von Lebensmittelfarben zur Beeinflussung der Verbraucher kontrovers zu diskutieren. Süßigkeiten unter dem Aspekt einer gesunden Ernährung Die inhaltliche Auseinandersetzung mit Süßigkeiten und deren Inhaltsstoffen ermöglicht auch die kritische Auseinandersetzung, ob Süßigkeiten grundsätzlich gut oder schlecht sind.»alle Dinge sind Gift, und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht s, dass ein Ding kein Gift sei.«paracelsus legt damit dar, dass es auf die Menge ankommt, ob etwas gut oder schlecht ist. Nachgewiesen ist, dass der langfristige übermäßige Verzehr von Süßigkeiten das Risiko erhöht, an Übergewicht zu erkranken und Karies zu bekommen. Unter Einbezug der historischen Perspektive lohnt sich ein Blick auf den oft zitierten Ausspruch des schweizerisch-österreichischen Arztes und Gelehrten Theophrastus Bombast von Hohenheim, auch Paracelsus ( ), genat. Literatur Hell, S.: Der Brause auf der Spur chemische Experimente im Sachunterricht. In: Fördermagazin Heft 5/2010. München S Leavitt, Loralee: Candy Experiments. Andrews McMeel Pub. Kansas City, Missouri 2012 Leavitt, Loralee: Candy Experiments 2. Andrews McMeel Pub. Kansas City, Missouri 2014 Stiftung Haus der kleinen Forscher (Hg.): Pädagogischer Ansatz der Stiftung»Haus der kleinen Forscher«. Anregungen für die Lernbegleitung in Naturwissenschaften, Mathematik und Technik. 5. Aufl. Berlin Online zugänglich unter:

4 Praxis Sachunterricht ab 3 M1 Gummibärchen Forscherfrage: Was passiert mit Gummibärchen in verschiedenen Flüssigkeiten? destilliertes Wasser Cola Salzwasser frischer Ananassaft... Material: Gummibärchen, Gläser, verschiedene Flüssigkeiten, Waage, Lineal, (Stopp-)Uhr Durchführung: Die Gummibärchen werden zunächst gewogen und vermessen. Die Ausgangsdaten werden in eine Tabelle übertragen. Danach legt man die Gummibärchen in die Gläser mit den verschiedenen Flüssigkeiten. Nach bestimmten Zeiten, z. B. 30 Minuten, 1 Stunde, 3 Stunden, 1 Tag... werden Veränderungen in Größe und Gewicht der Gummibärchen dokumentiert. Zeit Flüssigkeit Gewicht Länge Aussehen nach Beobachtung: Die Gummibärchen wachsen oder schrumpfen je nach Flüssigkeit. Erklärung: Gummibärchen bestehen unter anderem aus Gelatine. Das sind Riesenmoleküle. We Gelatine mit Wasser in Berührung kommt, lagert sich das Wasser in diese Riesenmoleküle ein. Die Gelatine quillt auf und die Gummibärchen wachsen. Je nach Flüssigkeit wachsen die Gummibärchen unterschiedlich schnell. Im Ananas- oder Kiwi-Saft löst sich das Gummibärchen aufgrund der im Saft enthaltenen Enzyme auf Cornelsen Verlag GmbH

5 M2 Praxis Sachunterricht ab 3 Brause Forscherfrage: Was verursacht das Prickeln in der Brause? Material: Brausepulver, Gläser, Schälchen zum Mischen, Zucker, Zitronensäure (anstelle von Weinsäure), Natron, Wasser (still), Löffel Durchführung: Die Kinder erproben, welche der Brause-Bestandteile das Sprudeln verursachen, indem sie die verschiedenen Inhaltsstoffe miteinander kombinieren. Beobachtung: Es setzt nur da ein Blubbern ein, we sich die Mischung aus Natron und Zitronensäure im Wasser löst. Erklärung: Werden Natron und Zitronensäure gemischt und in Wasser gelöst, so entsteht ein Gas. Die große Anzahl kleiner Gasbläschen sorgt im Wasser für das Aufschäumen. Ein kleiner Teil des Gases löst sich wiederum im Wasser. Der Großteil des entstandenen Gases steigt aufgrund seiner geringeren Dichte in Form von kleinen Gasbläschen nach oben. An der Wasseroberfläche zerplatzen diese Bläschen und das Gas geht in die Umgebungsluft über. Bei dem Gas handelt es sich um Kohlenstoffdioxid (CO 2 ; umgangssprachlich: Kohlensäure), welches bei der Reaktion von Natriumhydrogencarbonat (Natron) mit einer Säure entsteht Cornelsen Verlag GmbH

6 Praxis Sachunterricht ab 3 M3 Schokolinsen Auf der Verpackung der Schokolinsen sind Farbstoffe (z. B. E100, E133, E160a, E162, E171) angegeben. Auffällig ist, dass keine Kezeichnung für grüne Farbstoffe vorliegt, aber deoch grüne Schokolinsen existieren. Forscherfrage: Reicht die Kezeichnung auf der Verpackung aus oder wurde ein Farbstoff vergessen? Material: Schokolinsen, Wasser, Bechergläser, kleine Gefäße (z. B. Teelichthüllen), Pasteurpipette, Filterpapier, Bleistift Durchführung des Chromatografie-Treverfahrens: 1. In der Teelichthülle wird die Schokolinse mit einem Tropfen Wasser versetzt, bis sich der Farbstoff löst. 2. In einen (Rund-)Filter bohrt man in der Mitte ein Loch. 3. Man gibt mit der Pipette einen kleinen Farbtupfer (ca. 1,5 cm) um das Loch. 4. Danach rollt man einen weiteren Rundfilter zu einem Docht zusammen und steckt ihn in das Loch des durchbohrten Rundfilters. 5. Man füllt ein Becherglas zur Hälfte mit Wasser und legt den Rundfilter darauf, so dass das Filterpapierröllchen ins Wasser taucht. 6. Nach ein paar Minuten wird der Docht entfernt und das Filterpapier getrocknet. Beobachtung: Bei grünen Schokolinsen ist eine Aufspaltung in Gelb und Blau zu beobachten. Erklärung: Dass sich die Farbstoffe treen, beruht auf deren unterschiedlichen Stoffeigenschaften. Manche Farbstoffe werden besser vom Wasser transportiert als andere, so dass die Farbstoffe unterschiedlich lange Laufwege aufweisen. Auf diese Weise werden die verschiedenen Farbstoffkomponenten voneinander getret und deutlich sichtbar gemacht. Der grüne Farbstoff ist offenbar eine Mischung aus Gelb und Blau. Daher ist keine besondere Kezeichnung auf der Verpackung erforderlich Cornelsen Verlag GmbH