VORANSICHT VORSCHAU. Eine Interaktionsbox zum Thema Vitamin C. Hintergrundinformationen. Hinweise zur Didaktik und Methodik

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1 Eine Interaktionsbox zum Thema Vitamin C Jolanda Hermanns, Potsdam Niveau: Dauer: Sek. II 6 Unterrichtsstunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Fachkompetenz: Anwendung und Verknüpfung der Inhalte der Themenfelder Säure-Base-Konzept und Redoxreaktionen anhand eines konkreten Beispiels aus dem Alltag: Vitamin C. Erkenntnisgewinnung: Durchführen, Planen und Auswerten chemischer Experimente, Verknüpfung chemischer Inhalte mit biologischen und historischen Inhalten. Kommunikation: Austausch und Diskussion über die Vorgehensweise bei der Erarbeitung, Präsentation von Inhalten sowohl innerhalb der Gruppe als auch vor der gesamten Lerngruppe. Bewertung: Reflexion über die Erarbeitung, Diskussion über die Bedeutung von Vitamin C. Der Beitrag enthält Materialien für: Offene Unterrichtsformen Schülerversuche Fachübergreifenden Unterricht Diskussion Hintergrundinformationen Das Thema Vitamin C spielt in unserem Alltag eine große Rolle. Vor allem im Winter, wenn uns oft Erkältungen plagen, hört man, dass es günstig ist, Vitamin C zu sich zu nehmen. Die Werbung verspricht uns, dass es dafür nicht unbedingt nötig ist, Obst und Gemüse zu essen. Die einfache Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln wie z.b. Vitamin-C- Brausetabletten soll ausreichen, um unseren Vitamin-C-Haushalt im Gleichgewicht zu halten. Heutzutage treten Erkrankungen, die auf einen Vitamin-C-Mangel zurückzuführen sind, eher selten auf. In früheren Zeiten aber, vor allem im Winter, war es sehr schwierig, genügend Vitamin C zu sich zu nehmen. Ein historisches Beispiel für Vitamin-C-Mangel findet man bei den langen Seereisen der Seefahrer im 16. und 17. Jahrhundert. Skorbut war dort eine Krankheit, die immer mitfuhr. Chemisch ist Vitamin C (Ascorbinsäure) eine interessante Verbindung, da es sowohl Säure-Base-Reaktionen als auch Redoxreaktionen eingehen kann. Letztere Reaktionsart wird auch in der Lebensmittelindustrie ausgenutzt. Vitamin C wird dort als Konservierungsstoff eingesetzt und verhindert die Oxidation bestimmter Inhaltsstoffe, wenn diese in Kontakt mit dem Luftsauerstoff gelangen. Hinweise zur Didaktik und Methodik Das Säure-Base-Konzept und Redoxreaktionen sind zwei große Themenfelder aus der Sekundarstufe II. Das Thema Vitamin C bietet die Möglichkeit, diese zwei Themenfelder zu verknüpfen und die Inhalte dieser Themenfelder an einem konkreten Beispiel aus dem Alltag zu wiederholen. Durch die Erarbeitung der Inhalte mithilfe einer Interaktionsbox können die Schülerinnen und Schüler ihre Vorgehensweise selbstständig planen und festlegen. Die Box bietet die Möglichkeit, Unterrichtsinhalte, die für die Erarbeitung nötig sind, zu wiederholen oder zu festigen. Die verschiedenen Materialien (Experimente, Info-Texte, Gruppenpuzzle usw.) gewährleisten einen abwechslungsreichen und motivierenden Umgang mit der Thematik.

2 Materialübersicht M 1 Tx So gehen Sie richtig mit der Interaktionsbox um M 2 Tx Sesam öffne dich! Der Inhalt der Interaktionsbox M 3 SV Vitamin C in Lebensmitteln wer wird Testsieger? V: 5 min D: 10 min verschiedene Lebensmittel (Obst, Gemüse) M 4 SV Frisch gepresst oder aus der Packung? V: 10 min D: 30 min gekaufter Orangensaft Orange (zum frisch Pressen) Tillmanns Reagenz Wasser dest. Messer Ascorbinsäure (Vitamin C) Teststäbchen Messer Obstpresse 10-ml-Pipette Bürette mit Ständer Erlenmeyerkolben (250 ml) Heizplatte Schutzbrille M 5 SV Vorher schälen oder später pellen? Vitamin-C-Gehalt in Kartoffeln V: 15 min D: 45 min rohe Kartoffeln Becherglas (500 ml) Messer Wasser Vitamin-C-Teststäbchen Gasbrenner Dreifuß mit Drahtnetz Schutzbrille Tipps zu M 5 M 6 Tx Säure-Base-Konzept nach Brønsted M 7 Tx Redoxreaktionen M 8 Ab Ein Lückentext zu Vitamin C D: 15 min M 9 Tx Ein Gruppenpuzzle zu Vitamin C D: 20 min M 10 Tx Vitamin C was ist das eigentlich? D: 15 min M 11 SV Welche Eigenschaften hat Vitamin C? Experimente V: 5 min D: 20 min Ascorbinsäure (Vitamin C) Wasser dest. Natronlauge verd. Phenolphthaleinlösung (w 1%) Silbernitratlösung Universalindikatorpapier Spatel Pipetten Reagenzgläser M 12 Tx Vorschläge zur Präsentation Ihrer Ergebnisse M 13 Tx Glossar

3 M 1 So gehen Sie richtig mit der Interaktionsbox um Chemiebaukästen oder Bausatzsysteme wie z.b. Lego sind Ihnen bestimmt bekannt. Die Übertragung dieser erfolgreichen Idee auf den Unterricht ist die Interaktionsbox. Alle Materialien, die Sie für die Bearbeitung dieser Einheit zum Thema Vitamin C benötigen, befinden sich in einer solchen Interaktionsbox. Arbeitsaufträge, Fragestellungen, Info-Texte, aber auch Geräte und Chemikalien haben dort ihren Platz. Folgende Tipps sollen Ihnen beim Arbeiten mit der Interaktionsbox helfen: Lesen Sie sich zunächst die Materialliste (M 2) durch und suchen Sie die entsprechenden Materialien in der Box. Erstellen Sie einen Arbeitsplan. Brauchen alle Gruppenmitglieder die Wiederholung oder kann einer aus der Gruppe die Wiederholung erarbeiten und den anderen vorstellen? Welche Reihenfolge ist bei der Erarbeitung sinnvoll? Bestimmen Sie in Ihrer Gruppe einen Protokollanten, der alle Ergebnisse festhält. Wichtig ist, dass Sie auch die Vorgehensweise bei der Erarbeitung dokumentieren. Für die spätere Präsentation ist es sinnvoll, Experimente z.b. fotografisch (etwa mit einem Foto-Handy) festzuhalten. Teilen Sie die durchzuführenden Arbeiten sinnvoll und gleichmäßig auf. Achten Sie darauf, dass alle Gruppenmitglieder im gleichen Umfang mitarbeiten können. Vor allem die Arbeitsprozesse sollen allen zu jeder Zeit transparent sein. Kurze Arbeitsbesprechungen vor Beginn und am Ende eines Arbeitsabschnittes (z.b. Unterrichtsstunde) sind von Vorteil. Präsentieren Sie nach Beendigung der Arbeiten Ihre Ergebnisse den Mitschülern. Wählen Sie dazu eine geeignete Präsentationsart. Die Präsentation soll auch die Vorgehensweise bei der Durchführung beinhalten. Nutzen Sie Bilder und weitere Visualisierungen (z.b. Tafelanschrieb, Folie). Geben Sie keine Inhalte wieder, die allen bereits bekannt sind (z.b. die Durchführung der Experimente). Ihre Mitschüler arbeiten ja ebenfalls mit der Interaktionsbox. Achtung: Achten Sie beim Experimentieren auf die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften und befolgen Sie die Entsorgungshinweise für Chemikalien

4 M 2 Sesam öffne dich! Der Inhalt der Interaktionsbox Das ist eure Interaktionsbox. Der Inhalt lässt sich in drei Kategorien unterteilen: I. Materialien M 1 bis M 13 (Texte, Wiederholungen, Experimente, Glossar) auf buntem Papier und laminiert Tipps zu M 5 (in beschrifteten Umschlägen) Lösungen (in beschrifteten Umschlägen) II. Chemikalien / Experimentiermaterialien Versch. Obst und Gemüse Orange Wasser dest. Kartoffeln Vitamin-C-Teststäbchen Ascorbinsäure (Vitamin C) Phenolphthaleinlösung (w 1%) III. Geräte Messer 10-ml-Pipette Erlenmeyerkolben (250 ml) Schutzbrille Gasbrenner Spatel Reagenzgläser Die Interaktionsbox ist mit allen nötigen Materialien und Geräten bestückt Orangensaft Tillmanns Reagenz Wasser Natronlauge verd. Silbernitratlösung Obstpresse Bürette mit Ständer Heizplatte Becherglas (500 ml) Dreifuß mit Drahtnetz Pipetten

5 M 5 Vorher schälen oder später pellen? Vitamin-C Gehalt in Kartoffeln Kartoffeln gehören zu unseren Grundnahrungsmitteln. Auch sie enthalten Vitamin C. Um Kartoffeln zu genießen, gibt es viele Zubereitungsmöglichkeiten: Salzkartoffeln, Pellkartoffeln, Bratkartoffeln oder auch Pommes frites. Würde man sie roh essen, bekäme man pro 100 g Kartoffeln etwa 20 mg Vitamin C. Durchschnittlich 100 mg Vitamin C sollte ein Erwachsener täglich zu sich nehmen. Der Haken ist nur, dass man Kartoffeln nicht roh essen sollte. Also kochen, doch wie? Schülerversuch: Gehalt von Vitamin C in Kartoffeln V: 15 min D: 45 min Chemikalien / Gefahrenhinweise Geräte rohe Kartoffeln Gasbrenner Becherglas (500 ml) Dreifuß mit Drahtnetz Messer Schutzbrille Vitamin-C-Teststäbchen Tipps zu M 5 (siehe Erläuterungen und Lösungen, Seite 20) Wasser Achtung: Schutzbrille tragen! Entsorgung Die Teststäbchen können über den Hausmüll entsorgt werden. Aufgabe Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie die Behauptung des obigen Artikels einer Kochzeitschrift überprüfen und erklären können. Meine Versuchsplanung Gourmet International empfiehlt Ab jetzt essen wir nur noch Pellkartoffeln! Wussten Sie, dass geschälte Kartoffeln beim Kochen circa 30 % ihres ursprünglichen Vitamin-C-Gehalts verlieren? Bei Pellkartoffeln hingegen beträgt der Verlust nur circa 10 %. Deshalb haben wir für Sie in dieser Ausgabe tolle Rezepte mit Pellkartoffeln Tipps: Brauchen Sie Hinweise zum Experiment? Dann schauen Sie sich die bereitgestellten Tipps zu M 5 an. Die Tipps sind durchnummeriert. Fangen Sie bitte mit Tipp 1 an. Allerdings: Die Tipps sollen Ihre eigene Planung nicht ersetzen! Sie können sie auch nach der Durchführung des Experiments als Kontrolle lesen.

6 M 8 Ein Lückentext zu Vitamin C Setzen Sie die folgenden Begriffe in den Lückentext und Sie werden viel Wissenswertes über Vitamin C erfahren. ausgeschieden Citrusfrüchte Ernährung Erstisolierung Glucose Handelsschiffe 100 mg / Tag Infektionen Lebensalter und Lebensweise Nebennierenrinden von Rindern Nobelpreis für Chemie Obst und Gemüse Redoxreaktionen Schwäche Therapieerfolge Überschuss Seefahrerkrankheit Tonnen Skorbut Stoffwechselprozessen täglich Tiere und Pflanzen Tod Nahrung Versorgung Vitamine Zahnausfall Zufuhr 20. Jahrhunderts Der menschliche Organismus braucht zur Aufrechterhaltung vieler lebensnotwendiger Körperfunktionen. Da er diese nicht selber herstellen kann, sind wir auf die dieser Vitamine über die angewiesen. Vitaminmangel macht sich am Anfang vor allem durch die Anfälligkeit für bemerkbar. Die bekannteste Vitamin-C-Mangelerkrankung ist. Diese Krankheit plagt die Menschheit schon seit dem Altertum, wurde aber als erst richtig bekannt. Die Entdeckungsreisen der nach Indien, Ostasien und Ostafrika dauerten im 16. bis 18. Jahrhundert oft mehrere Monate bzw. Jahre. Die der Seefahrer war wegen der langen Zeit auf See problematisch. Eine rätselhafte Krankheit, Skorbut, trat hervor. Typische Symptome sind Blutergüsse, Schwellungen, vor allem des Zahnfleischs,, Blutarmut, und letztlich der. Der schottische Arzt James Lind stellte während einer Seefahrt fest, dass Seeleute, die zu sich nahmen, nicht erkrankten. Seine publizierten fanden jedoch bei seinen Kollegen nicht die nötige Beachtung. Erst im frühen 19. Jahrhundert schaffte man es, durch die entsprechende, die Krankheit weitgehend zurückzudrängen. Die Entdeckung von Vitamin C als eigenständiges Vitamin fand Anfang des statt. Die von Vitamin C gelang dem ungarischen Biochemiker Szent-Györgyi Nagyrápolt. Er isolierte es aus. Wie wichtig Vitamin C ist, zeigt die Tatsache, dass es für die synthetische Herstellung den gegeben hat. Vitamin C wird heutzutage großtechnisch hergestellt. Über werden jährlich hergestellt. Der Mensch kann Vitamin C nicht herstellen, können dies jedoch. Die biochemische Synthese geht in beiden Fällen von aus. Ausgehend von dieser Verbindung wird Vitamin C auch großtechnisch produziert. Die Bedeutung von Vitamin C für unseren Körper liegt in der Fähigkeit des Vitamins, eingehen zu können. Das Redoxpaar Ascorbinsäure (Vitamin C) / Dehydroascorbinsäure ( oxidiertes Vitamin C ) spielt bei eine wichtige Rolle. Die Frage, wie viel Vitamin C wir zu uns nehmen müssen, lässt sich nicht so einfach beantworten. Sie hängt von den Faktoren ab. So müssen Raucher mehr Vitamin C zu sich nehmen, genau wie schwangere und stillende Frauen. Für Erwachsene wird eine tägliche Dosis von empfohlen. Größere Mengen zu sich zu nehmen, lohnt sich nicht, da ein an Vitamin C über die Niere wird. Eine ausgewogene Ernährung mit genügend reicht jedoch aus, um den Vitamin-C-Haushalt im Gleichgewicht zu halten.

7 M 13 Glossar Brønstedbase: Chemische Verbindung, die Protonen aufnimmt. Brønstedsäure: Chemische Verbindung, die Protonen abgibt. Bürette: Langes Glasrohr mit Milliliterangabe und Hahn. Wird benutzt, um gezielt eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit abzugeben. Der Verbrauch kann dann direkt an der Bürette abgelesen werden. Wird in einer Titration zur Gehaltsbestimmung bestimmter Stoffe eingesetzt. Dehydroascorbinsäure: Oxidierte Form der Ascorbinsäure (Vitamin C). Elektronenakzeptor: Chemische Verbindung, die Elektronen aufnimmt. Elektronendonator: Chemische Verbindung, die Elektronen abgibt. Glucose: Traubenzucker, Dextrose. Kommt häufig in süßen Früchten vor. Im Organismus tritt Glucose im Blut auf (normaler Blutzuckerspiegel: ca. 0,1 %). Glutathion: Tripeptid, welches in Hefe vorkommt. Es geht leicht in das entsprechende Disulfid über und wirkt somit als Überträger bei Redoxprozessen. Indikator: Farbstoff, der seine Farbe abhängig vom ph-wert ändert. Indikatoren werden zur ph-wert-bestimmung, aber vor allem bei der Titration eingesetzt. Den Bereich, wo sich die Farbe ändert, nennt man Umschlagsbereich. Natronlauge: Lösung von Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser. Im Wasser liegen Na + - und OH - - Ionen vor. Nitritpökelsatz: Kochsalz (Natriumchlorid NaCl) mit 0,4 bis 0,5 Prozent Natriumnitrit (NaNO 2 ) Nitrosamine (R 2 N-NO): Entstehen aus sekundären Aminen und salpetriger Säure. Sind krebserregend. Oxidation: Die Abgabe von Elektronen. ph-wert: negativer dekadischer Logarithmus der H + -Ionen-Konzentration. Befindet sich der ph-wert zwischen 0 und 7, ist die Lösung sauer. Zwischen 7 und 14 ist sie basisch. Wenn der ph-wert genau 7 beträgt, ist die Lösung neutral. Phenolphthalein-Lösung: Farbstoff, der als Indikator bei Säure-Base-Reaktionen eingesetzt wird. Ist im sauren Milieu farblos, im stark basischen rosa. Protonenakzeptor: Chemische Verbindung, die Protonen aufnimmt. Protonendonator: Chemische Verbindung, die Protonen abgibt. Redoxreaktion: Reaktion, bei der Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen. Reduktion: Die Aufnahme von Elektronen. Silbernitratlösung: Lösung von Silbernitrat (AgNO 3 ) in Wasser. Im Wasser liegen Ag + - und NO Ionen vor. Skorbut: Vitamin-C-Mangelerkrankung, auch als Seefahrerkrankheit bekannt. Symptome sind Blutungen, Schwellungen, Blutergüsse, Zahnfleischbluten und Zahnausfall. Führt bei andauerndem Vitamin-C-Mangel zum Tod.

8 Erläuterungen und Lösungen M 1 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 11 Erläuterung (M 1) Das Material M 1 soll den Schülern eine Einführung in die Methodik Interaktionsbox geben. Als Variante ist es möglich, diese Einführung zentral durchzuführen. Es ist sicherlich sinnvoll, kurz auf die Experimente und zu verwendenden Chemikalien einzugehen. Statt einer Präsentation am Ende der Erarbeitungsphase kann auch ein Protokoll angefertigt werden. Auch dieses Protokoll sollte die Vorgehensweise bei der Erarbeitung beinhalten. Erläuterung (M 3) Vitamin-C-Teststäbchen können über den Laborhandel bezogen werden und kosten etwa 20 Euro für 100 Stück. Die Farbreaktion, die bei Teststäbchen abläuft, beruht auf der Reduktion des gelb gefärbten Phosphormolybdatokomplexes durch Ascorbinsäure zu Molybdänblau. Erläuterung (M 4) Frisch gepresster Orangensaft und gekaufter zeigen oft große Unterschiede im Vitamin-C- Gehalt. Oftmals ist gekaufter Saft mit Vitamin C angereichert. Der Vergleich bietet eine gute Diskussionsgrundlage. Die Lösung von Tillmanns Reagenz ist möglichst frisch herzustellen und dunkel aufzubewahren. Hierzu werden 3,2941g 2,6-Dichlorindophenol-Natrium-Salz-Hydrat in einem Liter destilliertem Wasser gelöst. Die Konzentration beträgt bei der Angabe 0,01 mol/l. Ein Verbrauch von 1 ml Tillmanns Reagenz entspricht 1 mg Vitamin C. Wenn man den genauen Gehalt an Tillmanns Reagenz bestimmen möchte, ist eine Eichtitration mit einer Ascorbinsäure-Lösung zu empfehlen. Es empfiehlt sich, den Schülern mitzuteilen, welcher Verbrauch an Tillmanns Reagenz welchem Ascorbinsäure-Gehalt entspricht. Tillmanns Reagenz und Ascorbinsäure reagieren im Verhältnis 1:1. Wenn genügend Zeit zur Verfügung steht oder man diese Zeit investieren möchte, kann man die Eichung und anschließende Berechnung auch durch die Schüler durchführen lassen. Lösung (M 4) Der Vitamin-C-Gehalt in gekauftem Saft ist meistens höher als der Gehalt in frisch gepresstem Orangensaft. Der Gehalt bei dem frischen Saft ist natürlich stark abhängig von der Qualität bzw. der Frische der Orangen. Zusatz-Experimente: 2. Der Vitamin C-Gehalt nimmt beim Erhitzen ca. 20 % ab. 3. Nach 3 Tagen an der Luft ist die Abnahme ca. 15 %.

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