Haushaltsreiniger und Waschmittel

Transkript

1 Schulversuchspraktikum Name: Tobias Piotrowski Semester: Sommersemester 2013 Klassenstufen: 5 & 6 Haushaltsreiniger und Waschmittel

2 3 Schülerversuche 2 Auf einen Blick: Dieses Protokoll befasst sich mit verschiedenen Aspekten von Waschmitteln. Es werden zwei Lehrerversuche behandelt von denen einer einen Chemieunfall im Haushalt simuliert, bei dem Chlorreiniger mit Essigreingier gemischt wird. Der zweite Lehrerversuch zeigt optische Aufheller in Waschmitteln anhand der Fluoreszenz der Lösungen. Weiterhin gibt es zwei Schülerversuche zum Thema Oberflächenspannung und einen Schülerversuch, bei dem eine Seife hergestellt wird. Inhalt 1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele Lehrerversuche V 1 Simulierter Chemieunfall V 2 Optische Aufheller Schülerversuche 4.1 V 3 Oberflächenspannung von Wasser V 4 Oberflächenspannung von Wasser V 5 Herstellung von Seife Reflexion des Arbeitsblattes (Max. 2 Seiten) Erwartungshorizont (Kerncurriculum) Erwartungshorizont (Inhaltlich)... 16

3 3 Schülerversuche 3 1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele Die hohe Alltagsrelevanz des Themas lässt eine hervorragende Einbindung in die Lebenswelt der SuS zu, da sie jeden Tag von Seife, Waschmitteln und anderen Reinigern umgeben sind. Das Kerncurriculum nimmt unter anderem im Stoff-Teilchen Basiskonzept Bezug zu dem Thema. Im Kompetenzbereich Fachwissen geht es vor allem um die Unterscheidung von Stoffen anhand ihrer Eigenschaften sowie das schließen auf Verwendungsmöglichkeiten. Der Bereich Erkenntnisgewinnung wird durch das experimentieren nach Anleitung und das Beobachten und Beschreiben angesprochen. Die SuS erstellen Protokolle zu den Versuchen und stellen die Ergebnisse vor, wodurch der Bereich Kommunikation abgedeckt ist. Außerdem können die SuS beschreiben, dass die Chemie sie in ihrer Alltagswelt umgibt. Dazu werden 2 Lehrerversuche und 3 Schülerversuche vorgestellt. Der Versuch 1 Simulierter Chemieunfall zeigt, dass verschiedene Reiniger verschiedene Wirkungsweisen haben und dass eine chemische Reaktion stattfindet, wenn man diese beiden mischt. Versuch 2 Optische Aufheller verdeutlicht den SuS, dass nicht nur waschaktive Substanzen in den Reinigern enthalten sind, sondern auch aufhellende Stoffe, die die Farben intensiver leuchten lassen. Die Schülerversuche V3 und V4 beschäftigen sich mit der Oberflächenspannung von Wasser. Diese wird bei Zugabe von Spülmittel zerstört, was einmal durch Papier auf der Oberfläche gezeigt wird, und weiterhin durch Öl. Die beiden Versuche können aufeinander aufbauend genutzt werden. In V5 Herstellung von Seife erschaffen die SuS ein eigenes Produkt mit einfachen Haushaltschemikalien. 2 Lehrerversuche Dieser Versuch soll einen Haushaltsunfall simulieren, der beim Mischen von chlorhaltigen Reinigern mit Essigessenz auftritt. Dazu wird Klorix WC-Reiniger mit Essigessenz vermischt. Das Chlorgas kann Blätter entfärben die in einer Waschflasche mit dem Gas versetzt werden. So kann das Gas ohne Geruchsprobe nachgewiesen werden. 2.1 V 1 Simulierter Chemieunfall

4 3 Schülerversuche 4 Gefahrenstoffe Natriumhypochlorid H: 314, 400 P: Natriumchlorid H P: Essigsäure H: P: Chlor H: P: Materialien: Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: 250 ml Rundkolben, Tropftrichter, Waschflasche, Schlauchverbindung, Blätter Klorix WC-Reiniger (enthält Natriumhypochlorid und Natriumhydroxid), Essigreiniger Es werden 50 ml Klorix in den Rundkolben gegeben. Auf diesen wird der Tropftrichter gesetzt der mit 50 ml Essigreiniger gefüllt wird. Die Blätter werden in die Waschflasche gegeben und diese wird mit dem Tropftrichter verbunden. Der Tropftrichter wird nun geöffnet. Sobald sich Klorix und Essigreiniger mischen beginnt das Gemisch stark zu blubbern und ein Gasentwicklung ist zu sehen. Nach einiger Zeit kann eine leichte Farbänderung der Blätter beobachtet werden die auf das Chlorgas zurückzuführen sind. Beim Öffnen der Apparatur ist ein Chlorgeruch bemerkbar.

5 3 Schülerversuche 5 Abb. 1 - links: Aufbau des Versuches; rechts: Gasentwicklung beim Mischen der Flüssigkeiten. Deutung: Natriumhydroxid und Natriumhypochlorid reagieren mit Säuren heftig unter Gasentwicklung. Folgende Reaktion findet statt. NaOCl(aq) + NaCl(aq) + 2 H3O-(aq) 2 Na+(aq)+ 3 H2O(l) + Cl2(g) Sowohl das Hypochlorid und das Chlor haben bleichende Wirkung auf Wäsche. Das Chlor kann nachgewiesen werden, indem die bleichende Wirkung an Blättern gezeigt wird. Bemerkung: Der Versuchsaufbau kann vereinfacht werden, indem ein Erlenmeyerkolben genommen wird und die Chemikalien dort gemischt werden. So werden die SuS nicht durch den komplizierten Versuchsaufbau abgelenkt. Literatur: ger.pdf Autor: Arbeitsgruppe Chemiedidaktik Uni Jena (Stand: )

6 3 Schülerversuche 6 Unterrichtsanschlüsse: Die SuS lernen in diesem Versuch, dass es Reiniger mit verschiedenen Wirkstoffen gibt die unterschiedliche Eigenschaften haben. Außerdem werden sie für vorsichtiges Hantieren mit Chemikalien sensibilisiert. Es wird gezeigt, dass Waschmittel und Spülmittel Zusätze enthalten die die Farben der Wäsche leuchtender machen sollen. Dazu werden ein Spülmittel und ein Waschmittel in Wasser gelöst und anschließend mit einer UV-Lampe bestrahlt. Es ist eine Fluoreszenz zu erkennen. 2.2 V 2 Optische Aufheller Gefahrenstoffe Wasser - - Verschiedene Waschmittel - - Materialien: Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: Zwei Reagenzgläser, Reagenzglasständer, Spatel Waschmittel, Geschirrspülmittel, Wasser Die Reagenzgläser werden bis zur Hälfte mit Wasser gefüllt. In ein Reagenzglas wird eine Spatelspitze Waschmittel gegeben, in das andere eine Spatelspitze Geschirrreiniger. Anschließend wird in einem dunklen Raum eine UV-Lampe auf die Mischungen gehalten. Das Wasser wird beim Mischen mit den Reinigern etwas trübe. Beim beleuchten mit der UV-Lampe leuchten die Lösungen intensiv blau.

7 3 Schülerversuche 7 Abb. 2 - von links: Wasser, Wasser und Vollwaschmittel, Wasser und Geschirrreiniger Deutung: Bemerkung: Literatur: Um die Farbwirkung der Wäsche zu verstärken enthalten Waschmittel UV- Aktive Stoffe. Das blaue Fluoreszieren ergibt mit dem Gelbton von Wäsche ein strahlendes Weiß. Die optisch aktiven Stoffe werden auf die Fasern gezogen und verleihen der Wäsche über längere Zeit ein frischeren Farbton. Die SuS dürfen nicht in das UV-Licht gucken, daher eignet sich der Versuch eher als Lehrerversuch. tel.pdf Autor: Arbeitsgruppe Chemiedidaktik Uni Jena (Stand: ) Unterrichtsanschlüsse: Die SuS lernen, dass in Waschmitteln nicht nur waschaktive Substanzen enthalten sind sondern auch andere chemische Bestandteile die die Wäsche strahlender wirken lassen. Hier kann eine Verknüpfung zum Thema Farben und Licht gemacht werden.

8 3 Schülerversuche 8 3 Schülerversuche 3.1 V3 Oberflächenspannung von Wasser 1 Dieser Versuch befasst sich mit der Herabsenkung der Oberflächenspannung von Wasser durch Zugabe von Spülmittel. Der Effekt wird einerseits durch Konfetti gezeigt welches durch die Zugabe verdrängt wird und andererseits durch eine kleine Papierrakete die über die Oberfläche getrieben wird. Gefahrenstoffe Wasser - - Spülmittel - - Materialien: Chemikalien: Durchführung: Schale, Konfetti, Papierrakete Wasser, Spülmittel Die Schale wird bis zur Hälfte mit Wasser gefüllt. Anschließend wird etwas Konfetti auf das Wasser gestreut. Danach wird ein Tropfen Spülmittel in die Mitte getropft. Die Papierrakete wird aus normalem Druckerpapier ausgeschnitten. Dabei ist darauf zu achten, dass am Ende eine kleine Einkerbung gemacht wird (siehe Foto). In diese Einkerbung wird der Tropfen Spülmittel gegeben. Beobachtung: Das Konfetti treibt bei Zugabe des Spülmittels unmittelbar an den Rand der Schale. Die Papierrakete wird schnell beschleunigt.

9 3 Schülerversuche 9 Abb. 3 - links oben: Konfetti ohne Spülmittel, links unten Konfetti mit Spülmittel, rechts Papierrakete Deutung: Das Papier schwimmt an der Oberfläche, da es von der Oberflächenspannung des Wassers getragen wird. Die Wasserteilchen mitten im Wasser werden wiederum von vielen Wasserteilchen umgeben die eine anziehende Kraft auf das Wasserteilchen ausüben. Da diese in alle Richtungen gleich ist, heben sich die Kräfte auf. Ein Wasserteilchen an der Oberfläche hat jedoch nur unterhalb andere Wasserteilchen die dieses anziehen. Dadurch wird es nach unten gezogen und es entsteht die Oberflächenspannung. Wird nun Spülmittel in das Wasser gegeben nimmt die Oberflächenspannung schlagartig ab. Im Spülmittel befinden sich die sogenannte Tenside die das Wasser von der Oberfläche verdrängen. Die jetzt entstandene Oberfläche hat eine geringere Spannung als zuvor und das Papier bewegt sich mit dem Wasser von dem Tropfen weg. Entsorgung: Abfluss Literatur: H. Schmidkunz, W. Rentzsch, Chemische Freihand Versuche Band 2, Aulis Verlag, 1. Auflage, 2011 S. 368.

10 3 Schülerversuche 10 Unterrichtsanschlüsse: Diese beiden Versuche eignen sich um eine neue Eigenschaft von Spülmitteln einzuführen. Viele SuS kennen nur die reinigende Wirkung von Spülmitteln und daher kann mit diesem Versuch das Thema Haushaltsreiniger eingeführt werden. 3.2 V4 Oberflächenspannung von Wasser 2 Dieser Versuch befasst sich mit der Herabsenkung der Oberflächenspannung von Wasser durch Zugabe von Spülmittel. Hier wird der Effekt durch gefärbtes Öl gezeigt, welches sich in einem kleinen Gefäß unterhalb der Wasseroberfläche befindet und aufsteigt. Gefahrenstoffe Wasser - - Spülmittel - - Speiseöl - - Sudan-III-Rot - - Materialien: Chemikalien: Durchführung: 600 ml Becherglas, ein Schnapsfläschchen (bspw. kleiner Klopfer ), Spatel Wasser, Speiseöl, Sudan-III-Rot, Spülmittel. Das Speiseöl wird mit einer Spatelspitze Sudan-III-Rot eingefärbt. Anschließend wird es in die Schnapsflasche gegeben bis diese vollständig gefüllt ist. Das 600 ml Becherglas wird fast vollständig mit Wasser gefüllt und das Fläschchen hineingestellt. Hierbei muss beachtet werden, dass es gerade hineingegeben wird, damit das Öl nicht ausläuft. Dann wird ein Tropfen Spülmittel so in das Wasser getropft, dass es auf die Öffnung der Flasche trifft.

11 3 Schülerversuche 11 Beobachtung: Das Öl läuft zunächst nicht aus. Sobald das Spülmittel die Öffnung berührt, fließt es in einem stetigen Strom an die Wasseroberfläche und bedeckt diese vollständig. Abb. 4 - Das gefärbte Öl fließt an die Wasseroberfläche Deutung: Entsorgung: Literatur: Die Oberflächenspannung verhindert dass das Öl aus der Flasche läuft. Daher kann diese ohne Probleme auf den Boden des Becherglases gestellt werden. Sobald der Tropfen Spülmittel die Grenzfläche Öl-Wasser trifft, lösen die Tenside die Oberflächenspannung auf und das leichtere Öl kann auf die Wasseroberfläche treiben. Abfluss H. Schmidkunz, W. Rentzsch, Chemische Freihand Versuche Band 2, Aulis Verlag, 1. Auflage, 2011 S. 369.

12 3 Schülerversuche 12 Unterrichtsanschlüsse: Hier wird das Thema Oberflächenspannung nochmals durch ein neues Phänomen dargestellt. Die SuS lernen hierbei, dass die Oberflächenspannung nicht nur an der Wasseroberfläche herrscht sondern auch an der Grenzfläche zwischen zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten. 3.3 V5 Herstellung von Seife In diesem Versuch stellen die SuS ihre eigene Seife her. Dazu sind nur drei Zutaten nötig und der Schwierigkeitsgrad ist sehr gering. Im Vordergrund des Versuches steht das Experimentieren und Beobachten. Gefahrenstoffe Kokosfett - - NaCl gesättigt - - NaOH Lösung 10-15% H314,H290 P280,P301+P303+P331P305+P35+P 338 Materialien: Chemikalien: Durchführung: zwei 250 ml Beschergläser, Heizplatte, Spatel, Messzylinder, Regenzglas mit Stopfen 25 g Kokosfett, 50 ml Natronlauge (10-15%), 50 ml gesättigte NaCl Lösung Das Kokosfett wird abgewogen,in ein Becherglas gefüllt und mit der Natronlauge übergossen. Das Gemisch wird Minuten auf der Heizplatte gekocht. Es muss so lange gekocht werden bis kein Fett mehr auf dem Wasser schwimmt. Dann wird das Becherglas von der Heizplatte genommen und die NaCl-Lösung hinzugegeben. Die abgekühlte Seife wird mit Wasser angespült um Laugenrückstände zu entfernen.

13 3 Schülerversuche 13 Das Reagenzglas wird zur Hälfte mit Wasser gefüllt und ein Stück der fertigen Seife hinzugegeben, dann wird geschüttelt. Beobachtung: Bei Zugabe von der NaCl-Lösung entsteht fast direkt ein Seifenkeim der bei fortschreitender Abkühlung weiter wächst, bis zum Schluss fast die gesamte Lösung ausgehärtet ist. Beim Schütteln in Wasser wird Schaum produ- ziert. Abb. 5 links: Die Bindung des Seifenkerns; rechts: Spatel steckt in der gehärteten Seife. Deutung: Durch Verseifen von Carbonssäureestern mit Lauge entsteht Glycerin und das Salz der im Fett enthaltenen Fettsäuren. Die Salze sind die eigentlichen waschaktiven Substanzen, da sie Tensidcharakter besitzen. Durch Aussalzen mit NaCl bekommt man beim Abkühlen einen Feststoff. Entsorgung: Abfluss

14 3 Schülerversuche 14 Literatur: H. Schmidkunz, W. Rentzsch, Chemische Freihand Versuche Band 2, Aulis Verlag, 1. Auflage, 2011 S Unterrichtsanschlüsse: Die SuS können in diesem Versuch ihre eigene Seife herstellen. Dazu benötigen sie nur Chemikalien die man auch im Haushalt zur Verfügung hat, wodurch ein hoher Alltagsbezug hergestellt wird. Die SuS können an vor allem ihre experimentierfähigkeiten erproben.

15 Arbeitsblatt Oberflächenspannung In den Versuchen 3 und 4 haben wir uns mit der Oberflächenspannung von Wasser beschäftigt. Die Oberflächenspannung erzeugt eine Art Haut auf der Wasseroberfläche die mit Spülmittel zerstört werden kann. 1. Beschreibe wieso das Öl in der kleinen Flasche bleibt, wenn diese in das Wasser gestellt wird. Benutze dazu dein Wissen über Oberflächenspannung. 2. Erkläre warum das Öl aus der Flasche nach oben strömt und nicht dort bleibt. 3. Nenne ein Beispiel aus der Natur in der die Oberflächenspannung eine wichtige Rolle spielt.

16 4 Reflexion des Arbeitsblattes (Ca. 1 Seite) 16 Reflexion des Arbeitsblattes Das Arbeitsblatt soll zu den Versuchen 3 und 4 bearbeitet werden. Der Versuch 3 zeigt, dass an der Luft/Wasser Grenzfläche die Oberflächenspannung herrscht und die Papierstücke auf ihr liegen können. Im Versuch 4 wird jedoch ein Öl/Wasser Grenzfläche genutzt um die Oberflächenspannung zu zeigen. Die SuS sollen mithilfe des Arbeitsblattes Überlegungen anstellen und erkennen dass auch zwischen zwei Flüssigkeiten eine Oberflächenspannung entsteht. Weiterhin sollen sie ihre Beobachtungen nutzen und erklären dass Öl leichter ist als Wasser (bzw. eine geringere Dichte hat) und auf der Oberfläche schwimmt. 3.1 Erwartungshorizont (Kerncurriculum) Basiskonzept: Stoff-Teilchen: 1. Fachwissen: Die SuS unterscheiden Stoffe anhand ausgewählter Eigenschaften (Öl hat eine geringere Dichte als Wasser). 2. Erkenntnisgewinnung: Die SuS bearbeiten Fragestellungen die sich mit der Chemie lösen lassen. 3. Kommunikation: Die SuS stellen Ergebnisse vor. 4. Bewertung: Die SuS beschreiben hinderliche von förderlichen Eigenschaften für die Verwendung eines Stoffes. 3.2 Erwartungshorizont (Inhaltlich) 1. Aufgrund der Oberflächenspannung die zwischen dem Öl und dem Wasser herrscht kann das Öl nicht aus der Flasche strömen. 2. Nachdem die Oberflächenspannung gebrochen ist, kann das Öl aus dem Glas nach oben strömen, da es leichter ist als Wasser. 3. Wasserläufer bewegen sich auf der Wasseroberfläche und werden durch die Oberflächenspannung gehalten.