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1 1. Unterrichtsstunde Thema: Erarbeitung des Begriffs der Extraktion anhand eines Experiments zur Teeextraktion, und in arbeitsteiliger Gruppenarbeit mit Hilfe von unterschiedlichen Texten, Erarbeitung einer Definition für Extraktion im Hinblick auf verschiedene Trennverfahren von Stoffen. Kernanliegen: Die Schülerinnen und Schüler sollen herausfinden, was beim Teekochen geschieht. Darüber hinaus sollen sie in Gruppenarbeit, bei der sie verschiedene Texte über Extraktion bekommen, selbstständig versuchen, den Begriff Extraktion zu definieren. Im anschließenden Gruppenpuzzle sollen die Ergebnisse mit den Gruppen verglichen werden, um zusammen eine eigene Definition für den Begriff Extraktion zu finden. Didaktisch- methodischer Kommentar: In dieser Unterrichtsstunde lernen die Schülerinnen und Schüler ein physikalisches Trennverfahren kennen, das auch in der Chemie häufig verwendet wird, die Extraktion. Es ist wichtig, dass im Chemieunterricht verschiedene Trennverfahren gezeigt und auch selbstständig durchgeführt werden, da den Schülerinnen und Schülern deutlich gemacht werden soll, dass jeder Stoff aufgrund seiner Eigenschaften und Zusammensetzung anders aufgetrennt werden muss. Auch in den Richtlinien ist vorgeschrieben, dass in der 7.Klasse die Eigenschaften verschiedener Stoffe und deren Trennverfahren aufgrund ihrer Eigenschaften durchgenommen werden sollen. Das Experiment der temperaturabhängigen Teeextraktion ist für Schüler aus der Sekundarstufe I sehr gut geeignet. Es ist sowohl schnell und unkompliziert in der Durchführung, aber auch sehr gut für die Schüler zu beobachten. Zudem ist der Versuch sehr alltagsbezogen, denn die meisten Kinder werden schon einmal Tee aufgebrüht haben, wovon man jedoch nicht zwingend ausgehen kann. Das Experiment hat in dieser Stunde die Funktion der Problemgewinnung. Die Schülerinnen und Schüler machen erst das Experiment und müssen dann überlegen, was beim Aufkochen von Tee passiert und warum dies mit kaltem Wasser nicht, beziehungsweise nur sehr langsam geschieht. 1

2 Durch das Experiment sollen bei den Schülerinnen und Schülern Fragen aufgeworfen werden, die dann im anschließenden Gruppenpuzzle gemeinsam geklärt werden. Im Gruppenpuzzle wird den Schülerinnen und Schülern auf unterschiedlicher Weise durch ihre Mitschüler erklärt, was überhaupt unter einer Extraktion zu verstehen ist. So wird ihnen die Möglichkeit gegeben, dieses Verfahren auf unterschiedliche Art und Weise zu verstehen. Sie bekommen verschiedene unterschiedlich dargestellte Texte, in denen Experimente vorgestellt werden, und so ist es möglich, dass jeder Schüler und jede Schülerin sich individuell merken und vorstellen kann, was bei einer Extraktion passiert. Zur Sicherung wird dann gemeinsam aus allen Gruppen eine eigene Definition zum Begriff der Extraktion festgehalten, damit jeder im Nachhinein noch einmal die Möglichkeit hat, die selbst erarbeitete Definition nachzuschlagen. 2

3 Verlaufsplan: Phase Lerninhalt - Lernziele Schülervorstellungen Medien Methode Problemgewinnung Zum Anfang der Stunde bekommen Manche der Schüler haben eventuell Tafel, zum festhalten des Durchführung eines die Schüler den Auftrag sie sollen schon zu Hause einmal Tee gekocht. Protokolls. An dieser Stelle Experimentes ein Experiment durchführen. Auf der So kann es sein, dass es vielleicht erstmal nur Geräte, Chemikalien einen Seite einen Teebeutel in kaltes besonders spannend ist, weil sie den und Durchführung. Wasser und auf der anderen Seite Mitschülern etwas erklären können. einen Teebeutel in heißes Wasser Oder sie finden es langweilig, da sie geben und 4 Minuten beobachten. es schon zu oft gemacht haben Überlegungen zur Schüler stellen Vermutungen auf, was Schüler überlegen, was in dem Tafel, zum festhalten der Beobachtungen Problemlösung bei diesem Experiment passiert, und Experiment geschehen ist und ersten Vermutungen, wozu es notwendig ist. Erste Ansätze einer Auswertung. Diskussion in der Klasse Durchführung eines Schüler werden in 3 Gruppen eingeteilt Die Schüler können in den Gruppen Gruppenpuzzle Lösungsvorschlages und sollen in den Gruppen eine ihre eigenen Ansichten preisgeben und Versuchsvorschrift lesen und in in der Gruppe diskutieren. Zusammenhang mit dem vorher durchgeführten Experiment bringen. Eigeninitiative Danach werden die Gruppen zusammen gewürfelt, so dass 3 neue Gruppen entstehen, in denen dann von jeder der vorherigen Gruppenarbeit mindestens 1 Person vorhanden ist. 3

4 In diesen Expertengruppen werden nun die Ergebnisse zusammen getragen und versucht eine Definition des Begriffs der Extraktion zu formulieren. Abstraktion der gewonnen Nun werden die verschiedenen Schüler stellen gemeinsames Ergebnis Tafel, zum festhalten der selbst Erkenntnisse Definitionen in der Klasse diskutiert und vor dem Rest der Klasse vor erstellten Definition. bewertet. Diskussion in der Klasse Zusammen wird eine Definition festgehalten. Wissenssicherung Aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse Tafel, zum Vervollständigen Erst Einzelarbeit, durch das festlegen einer eigenen des Versuchsprotokolls. dann Diskussion in der Definition, Auswertung des zu Anfang Beobachtung und Auswertung. Klasse durchgeführten Experiments, im Hinblick auf die Extraktion. 4

5 Tafelbilder: 1. Tafel (kursives erst nachträglich zugeführt!) Teeextraktion Geräte: Chemikalien: Durchführung: 2 Bechergläser, Heizplatte 2 Teebeutel schwarzen Tee In zwei Bechergläser wird die gleiche Menge Wasser gefüllt. Eines davon wird auf eine Kochplatte gestellt. Nun wartet man, bis das Wasser fast zu Kochen beginnt. Dann nimmt man es von der Platte und gibt sowohl in das Becherglas mit dem kalten, als auch mit dem heißen Wasser einen Teebeutel. Jetzt beobachtet man (ohne die Gläser oder die Teebeutel zu bewegen) wie lange es dauert, bis sich das Wasser beider Gläser vollständig gefärbt hat. 2. Tafel Beobachtung: heißes Wasser sofortige Braunfärbung. kaltes Wasser keine Färbung nach 4 Minuten Vermutungen: Auswertung: - Färbung durch Wärme - Auftrennung des Tees - etc. Zunächst lösen sich einige Teebestandteile im Wasser. Die wasserunlöslichen Bestandteile bleiben im Teebeutel zurück. Dieser Vorgang heißt Extraktion 3. Tafel (Bsp.) Definition des Begriffes Extraktion: Extraktion ist ein Trennverfahren, bei dem mit Hilfe eines Lösemittels eine Komponente aus einem Gemisch gelöst wird. 5

6 Arbeitsblätter für das Gruppenpuzzle: 1. Blatt: Versuch: Extraktion von Benzoesäure aus einer Lösung Chemikalien: Benzoesäure, Petrolether, Wasser Geräte: Becherglas, 2 Scheidetrichter, 4 Petrischalen Durchführung: Man löst Benzoesäure in heißem Wasser. Nach dem Abkühlen wird filtriert. In dem Scheidetrichter werden 50ml einer Lösung mit 10ml Petrolether ausgeschüttelt. Die wässrige Phase lässt man in einem zweiten Scheidetrichter abfließen und schüttelt sie erneut mit 10ml Petrolether aus. Diesen Vorgang wiederholt man dreimal. Die vier Petrolether-Phasen lässt man in Petrischalen im Abzug stehen, bis das Lösungsmittel verdampft ist. Beobachtung: Nach dem Verdampfen des Lösungsmittels in den vier Petrischalen, ist in der ersten Petrischale eine deutliche Kristallbildung erkennbar. Diese Kristallbildung lässt von Schale 2 bis Schale 4 deutlich nach. In der 4. Petrischale sind nur noch ganz minimal Kristalle zu erkennen. Auswertung: Ein gelöster Stoff wird extrahiert, indem man die Lösung mit einer Flüssigkeit schüttelt, die eine eigene Phase bildet. (Das Schütteln vergrößert die Phasengrenzfläche, wodurch der Übertritt zwischen den Phasen schneller erfolgt.) Beim Schütteln stellt sich ein Verteilungsgleichgewicht ein. Nach Trennung der beiden Phasen kann mit frischem Extraktionsmittel weiterer gelöster Stoff aus der ersten Lösung herausgezogen werden. 6

7 2. Blatt: Versuch: Extraktion von Orangenöl aus Orangenschalen Chemikalien: Sand, Hexan, Orangenschalen (Zitronenschalen) Geräte: Schälmesser, Mörser + Pistill, Becherglas, Trichter, Filterpapier, Glasstab, Destillationsapparatur nach Liebig, elektrischer Heizpilz, Laborboy, Löffel Durchführung: Ausgepresste Orangenschalen werden mit einem Schälmesser dünn abgeschält, klein geschnitten und mit einer Löffelspitze Sand in einem Mörser mit dem Pistill zerrieben. Die Einwaage an Schalen sollte mindestens 30 g betragen. Danach werden zu den Schalen in einem Becherglas ca ml Hexan zugegeben. Nach ca. 5 Minuten Umrühren (Glasstab) wird in ein Becherglas dekantiert oder filtriert. Das Lösungsmittel wird mit der Destillationsapparatur abdestilliert: Dabei wird die elektrische Heizung langsam aufgeheizt: mit Heizstufe I anfangen Beobachtung: Nach der Destillation bleibt eine Flüssigkeit zurück. Gibt man zu Dieser Wasser hinzu, kann man eine 2- Phasenbildung erkennen. Auswertung: Das Orangenöl löst sich aus dem Hexan heraus, das heißt, es lässt sich aus der Mischung heraus extrahieren. Man kann durch diese Extraktion also Orangenöl gewinnen. 7

8 3. Blatt: Versuch: Fettfleckprobe Chemikalien: Speiseöl, ätherisches Öl (z.b. für ein Duftlämpchen) Geräte: Spatel, Tropfpipette, Filterpapiere, Fön Durchführung: Zwei Tropfen Speiseöl werden auf ein Filterpapier gegeben und man lässt sie kurz einwirken. Dann hält man das Filterpapier gegen Licht. Nun wiederholt man den Versuch mit zwei Tropfen eines ätherischen Öls und vergleicht die Beobachtungen. Beobachtung: Das Filterpapier mit dem Speiseöl hinterlässt einen bleibenden durchschneidenden Fleck. Das ätherische Öl verdampft komplett. Auswertung: Ätherische Öle sind leicht flüchtige Stoffe, die nach einiger Zeit rückstandslos verdampfen. Speiseöl, Butter, Margarine etc. sind Öle, bzw. Fette, die eine Struktur haben, dass sie nicht im gasförmigen Zustand vorliegen können. So bleibt ein Fettfleck auf dem Filterpapier zurück. Spuren der Öle und Fette werden auf dem Filterpapier heraus extrahiert, der eine Teil verdampft, der andere bleibt auf dem Filterpapier. So wird das Öl oder das Fett in seine Bestandteile aufgetrennt. 8

9 2. Unterrichtsstunde Thema: Einführung des Begriffs der Chromatographie, mit anschließendem Experiment der Auftrennung von Filzstiftfarbe, das von den Schülern selbstständig durchgeführt wird und auf Plakaten in Partnerarbeit ausgearbeitet und anschließen vor der Klasse vorgestellt wird. Kernanliegen: Die Schülerinnen und Schüler sollen den Begriff der Chromatographie kennen lernen. Anschließend sollen sie in Partnerarbeit experimentieren. Danach sollen sie den neuen Begriff im Versuchsprotokoll anwenden und dieses dann auf DIN A3 festhalten und vor der Klasse vorstellen und diskutieren. Am Ende der Stunde wird dann ein aus allen Plakaten zusammen gestelltes Tafelbild entstehen. Didaktisch- methodischer Kommentar: In dieser Unterrichtsstunde wird den Schülerinnen und Schülern ein physikalisches Trennverfahren nahe gebracht, die Chromatographie. Im Chemieunterricht ist es sehr wichtig, dass verschiedene Trennverfahren gezeigt und auch selbstständig durchgeführt werden, da die Schülerinnen und Schüler so kennen lernen, dass jedes Stoffgemisch auf unterschiedlicher Art und Weise getrennt werden muss. Denn jeder Stoff hat andere Eigenschaften und Zusammensetzungen, die man sich bei der Auftrennung zu Nutze machen kann. In den Richtlinien ist ebenfalls vorgeschrieben, dass in der 7. Klasse die Eigenschaften verschiedener Stoffe und deren Trennverfahren aufgrund ihrer Eigenschaften durchgenommen werden sollen. Das Experiment der Chromatographie von Filzstiftfarbe ist für Schüler aus der Sekundarstufe I sehr gut geeignet. Denn erstens ist der Versuch sehr einfach in der Durchführung und man sieht sehr deutlich ein Ergebnis. Auch dass bei dem Versuch viele Farben zu sehen sind, ist für die Schüler in der Jahrgangsstufe 7, wenn sie es nicht jede Chemiestunde vorgeführt bekommen, sehr interessant und aufregend. Auch dass keine Gefahrstoffe in diesem Versuch benutzt werden, ist ein großer 9

10 Vorteil, da die Schülerinnen und Schüler so den Versuch ohne Probleme selbstständig durchführen können. Das Experiment hat in dieser Stunde die Funktion der Weiterführung. Die Schülerinnen und Schüler lernen erst den Begriff der Chromatographie als Trennverfahren kennen und dürfen anschließen selbst eine solche durchführen. So kann sich die Theorie auch viel besser festigen, besonders bei Schülern, die besser lernen, wenn sie zwei-kanalig, das heißt visuell und auditiv gleichzeitig wahrnehmen. Sie hören erst etwas zur Chromatographie und anschließend sehen sie noch wie so eine Chromatographie abläuft und aussieht. Doch ein weiterer Faktor ist auch, dass es immer gut ist, wenn Schüler etwas selbst durchführen können, da Dinge, die selbstständig gemacht und erfahren worden sind, sehr viel besser hängen bleiben, als Dinge, die vorgemacht werden, wie zum Beispiel ein Lehrerdemonstrationsexperiment. Durch die Partnerarbeit sind die Schüler nicht nur auf sich selbst gestellt, sondern haben immer noch jemanden, der ihnen bei Schwierigkeiten oder Fragen zur Seite steht. Die anschließende Diskussion in der Klasse führt dazu, dass verschiedene Möglichkeiten noch einmal veranschaulicht werden, um so gemeinsam zu der perfekten Lösung zu kommen und der Begriff der Chromatographie so noch einmal gesichert wird. 10

11 Verlaufsplan: Phase Lerninhalt - Lernziele Schülervorstellungen Medien Methode Problemgewinnung Einführung in den Begriff der Schüler müssen dem Vortrag aufmerksam Folie mit wichtigen Stichworten zu Lehrervortrag Chromatographie. zuhören und sich konzentrieren Chromatographie eventuell finden sie es zu langweilig, Schüler lernen den Begriff kennen, wollen wenn der Lehrer oft Vorträge hält aber neben der Theorie wissen, wie eine solche Chromatographie aussieht. Überlegungen zur Es steht die Frage im Raum, wie man eine Eigene Ideen der Schüler sind gefragt. Tafel, Versuchsprotokoll festhalten Klassendiskussion Problemlösung Chromatographie durchführt Ansporn die richtige Idee zu haben. Geräte, Chemikalien und Durchführung Überlegungen zu einem Experiment Lehrer gibt Anstoß mit Filzstiftfarbe Durchführung eines In Partnerarbeit wird das Experiment der Zusammen in Teamarbeit eine Durchführung eines Lösungsvorschlages Chromatographie von Filzstiftfarbe Lösung finden. Experimentes durchgeführt. Schüler Experimentieren selbstständig und sehen praxisnah, was eine Chromatographie ist. 11

12 Abstraktion der gewonnen Es wird gemeinsam ein Plakat erstellt, Gemeinsam eine Lösung finden Erstellen eines Plakates Partnerarbeit Erkenntnisse auf dem die Gruppen ihr Teamarbeit Versuchsprotokoll darstellen. Bei der Auswertung kann beispielsweise auch das Filterpapier eingeklebt werden. Festhalten der Ergebnisse Wissenssicherung Vorstellen der Plakate vor der Klasse Eigenes Plakat vor der Klasse vorstellen Plakat Schülervortrag Diskussion über de Richtigkeit und die anderen überzeugen, dass es Klassendiskussion richtig ist wie sie es gemacht haben Tafel mit "Musterlösung" des Festhalten einer "perfekten" Lösung Versuchsprotokolls. aus einer Zusammenfassung aller Vorstellungen zusammen. Schüler haben am Ende eine einheitliche Lösung, die sie immer wieder nach schauen können. 12

13 Tafelbild: Chromatographie von Filzstiftfarbe Geräte: Chemikalien Durchführung: Petrischale Filzstift (nicht wasserfest!), Wasser, Rundfilterpapier In der Mitte des Rundfilters wird mit dem Filzstift ein runder Fleck gemalt (ca. 1cm Durchmesser). Die Petrischale wird mit Wasser gefüllt. Aus einem zweiten Filterpapier wir ein dünnes Röllchen gedreht, das als Docht dienen soll. Durch den Fleck von Filzstiftfarbe wird ein kleines Loch gestochen, wodurch dann das Filterröhrchen gesteckt wird. So wird der Rundfilter dann auf die Petrischale gelegt, so dass der Docht ins Wasser ragt. Zeichnung: Beobachtung: Auswertung: Die Farbe des Filzstiftes trennt sich in mehrere Farben auf. Die Farben der Filzstifte sind Mischungen aus mehreren verschiedenen Farben. Die Farben lassen sich durch Chromatographie wieder auftrennen. 13

14 Folie: Chromatographie Allgemeine Bezeichnung für verschiedene Verfahren der chemischen Analyse Es lassen sich Mischungen in ihre reinen Substanzen auftrennen. Anhaften einer Substanz an einer Oberfläche Die Chromatographie ist ein wichtiges Trennverfahren Es wird beispielsweise bei der Analyse von Nahrungsmitteln, Medikamenten, Blut, Erdölerzeugnissen oder bei der Spurenuntersuchung zur Aufklärung von Verbrechen eingesetzt 14

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