Schulversuchspraktikum. Sina Bachsmann. Sommersemester. Klassenstufen 11 &12. Kosmetikartikel

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1 Schulversuchspraktikum Sina Bachsmann Sommersemester Klassenstufen 11 &12 Kosmetikartikel

2 1 Lehrerversuche 1 Auf einen Blick: Dieses Protokoll enthält einen Lehrerversuch und vier Schülerversuche zum Thema Kosmetika. In den Versuchen werde sowohl Kosmetikartikel hergestellt sowie welche untersucht, so wird in den Versuchen V4 und V5 Haarshampoo genauer unter die Lupe genommen. Die Versuche V1- V3 beschäftigen sich hingegen mit der Herstellung von Nagellackentferner, Lipgloss und einer Pflegecreme. Das Arbeitsblatt Haarshampoo im Test kann ergänzend zu V5 verwendet werden. Inhalt 1 Lehrerversuche V 1 Nagellackentferner Schülerversuche V 2-Herstellung einer Pflegecreme V 3 Herstellung eines Lipgloss V 4- Untersuchung von Haarshampoo V 5 Schäumungsverhalten und Emulgierverhalten von Haarshampoo Reflexion des Arbeitsblattes Erwartungshorizont (Kerncurriculum) Erwartungshorizont (Inhaltlich)... 13

3 1 Lehrerversuche 2 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele Das Thema Kosmetikartikel bietet den Schülerinnen und Schülern einen hohen Alltagsbezug und es bietet sich daher an, mit diesem Thema zu arbeiten. Dabei bieten Kosmetikartikel viele Anknüpfungspunkte, um chemische Sachverhalte zu bearbeiten. Ein großes Themengebiet, das behandelt werden kann, sind die Tenside, da diese in vielen Kosmetikartikeln wie Haarshampoo vorkommen. Sowohl Cremes, als auch Nagellack oder Lippenstift bestehen aus Öl und Wasser, sodass auch das Emulgierverhalten von Tensiden behandel werden kann. Auch kann z.b. der Mechanismus der Veresterung behandelt werden. Oftmals wird in Nagellackentferner nicht mehr Aceton verwendet, sonder Essigsäureethylester, der aus einer Veresterung von Ethanol und Essigsäure entsteht. In anderen Kosmetikartikeln, wie Zahnpasta, sind wiederum Halogene enthalten, sodass auch das Themengebiet der Halogenid-Nachweise behandelt werden kann. Das Thema Kosmetikartikel wird nicht explizit im Kerncurriculum genannt, jedoch lassen sich die eben beschriebenen möglichen Anschlüsse wieder finden. So sollen die SuS anhand funktioneller Gruppen die Reaktionsmöglichkeiten organischer Moleküle begründen und Synthesewege organischer Verbindungen darstellen. Diese Kompetenzen des Fachwissens und der Kommunikation können z.b. mit dem Versuch Nagellackentferner gefördert werden, da dort die Veresterung von Ethanol und Essigsäure behandelt wird. Außerdem sollten die SuS ihre Erkenntnisse zu zwischenmolekularen Wechselwirkungen zur Erklärung von Phänomenen in ihrer Lebenswelt nutzen. Diese Bewertungskompetenz wird in allen anderen Versuchen besonders gefördert. Das Themengebiet der Tenside rückt hier in den Mittelpunkt, da diese aufgrund ihrer Amphiphilie Öl- Wasser-Emulsionen ermöglichen. Diese Eigenschaft wird nicht nur bei der Herstellung von Lipgloss (V3) und Cremes (V2) genutzt, sondern erklärt auch warum Haarshampoo zum Waschen der Haare genutzt wird. Auf das Emulgierverhalten verschiedener Haarshampoos wird in Versuch (V5) näher eingegangen 1 Lehrerversuche 1.1 V 1 Nagellackentferner In diesem Versuch wird aus Ethanol und Essigsäure durch Veresterung Essigsäureethylester hergestellt, der in vielen Nagellackentferner statt Aceton zum Einsatz kommt.

4 1 Lehrerversuche 3 Gefahrenstoffe Ethanol H225 P210 Essigsäure (1M) - - konz. Schwefelsäure H314 H290 P280 P301+P330+P331 P305+P351+P338 P309+P310 Materialien: Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: Porzellanschale, Uhrglas, Pipette Ethanol, Essigsäure, konz. Schwefelsäure In einer Porzellanschale werden 3 ml Ethanol und 3 ml Essigsäure vermischt. Dazu wird 1 ml konz. Schwefelsäure gegeben und vorsichtig eine Geruchsprobe genommen. Dann wird die Porzellanschale mit einem Uhrglas abgedeckt und nach 10 min nochmal eine Geruchsprobe genommen. Bei der ersten Geruchsprobe ist ein starker Geruch nach Essigsäure zu vernehmen und bei der zweiten Geruchsprobe rieht die Lösung nach handelsüblichen Nagellackentferner. Abbildung 1: Das Bild zeigt den hergestellten Nagellackentferner Deutung: Bei der Reaktion ist aus Essigsäure und Ethanol Essigsäureethylester entstanden.

5 1 Lehrerversuche 4 Entsorgung: Die Lösung wird im Abfall für organische Abfälle entsorgt. Literatur: H. Schmidkunz, Chemische Freihandversuche, Aulis Verlag Deubner, 2011 S. 334 Mit diesem einfachen Versuch kann der Mechanismus der Veresterung im Unterricht behandelt werden. Er hat durch den Nagellackentferner eine hohen Alltagsbezug, welcher den Zugang für die SuS erleichtert.

6 2 Schülerversuche 5 2 Schülerversuche 2.1 V 2-Herstellung einer Pflegecreme In diesem Versuch stellen die SuS aus Mandelöl, Wasser und einem Emulgator eine Pflegecreme her, die bei sauberer Zubereitung auch benutzt werden kann. Gefahrenstoffe Tegomuls 90 S - - Mandelöl - - Materialien: Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: 2 x 100 ml Bechergläser, Magnetrührer mit Heizplatte Tegomuls 90 S, Mandelöl Zunächst werden 10 ml des Öls mit 5 g Tegomuls 90 S unter Rühren auf der Heizplatte erhitzt und homogenisiert. Parallel werden 10 ml Wasser auf 60 C erhitzt. Das Wasser wird dann tropfenweise unter ständigem Rühren der Fettphase zugeführt. Bei der Zugabe des Wassers zu der Fettphase wird diese cremig und ändert die Farbe von gelb zu rosa-weiß. Es entsteht eine Emulsion. Abbildung 2: Das Bild zeigt die hergestellte Creme

7 2 Schülerversuche 6 Deutung: Entsorgung: Literatur: Tegomuls 90 S ist ein nichtionisches Tensid, dass hier als Emulgator wirkt. Deshalb entsteht eine Wasser-Öl-Emulsion. Rückstände können über den Abguss entsorgt werden. W. Glöckner, W. Jansen, R.G. Weissenhorn, Handbuch der experimentellen Chemie Band 12, Aulis 1997, S. 243f. Mit diesem Versuch kann man auf die Eigenschaft der Tenside als Emulgator zu sprechen kommen. Warum mischen sich Wasser und Öl? Auch können in diesem Rahmen andere Cremes näher untersucht werden, ob es sich bei den Cremes um Wasser-in-Öl oder Öl-in-Wasser Emulsionen handelt. 2.2 V 3 Herstellung eines Lipgloss In diesem Versuch geht es um die Herstellung von Lipgloss. Dazu werden Öl und Bienenwachs geschmolzen und im gewünschten Farbton angefärbt. Gefahrenstoffe Mandelöl - - Bienenwachs - - Sudan (III) - - Materialien: Chemikalien: Durchführung: Magnetrührer mit Heizplatte, Becherglas Mandelöl, Bienenwachs, Sudan (III) Zunächst werden 5 ml des Öls auf der Heizplatte unter Rühren erwärmt und dann 0,7 g Bienenwachs darin geschmolzen. Anschließend werden Farbpigmente (hier: Sudan(III)) eingerührt.

8 2 Schülerversuche 7 Beobachtung: Es entsteht eine cremige glänzende Substanz, die durch die Zugabe von Sudan(III) rot gefärbt wird. Abbildung 3: Das Bild zeigt das hergestellte rote Lipgloss Deutung: Entsorgung Literatur: Das Öl gibt dem Lipgloss die pflegende Eigenschaft und das Bienenwachs die richtige Konsistenz. Bei Sudan (III) handelt es sich um einen Azofarbstoff, der in Ölen löslich ist und daher das Öl rot färbt. Rückstände können über den Abguss entsorgt werden. Alexandra Forster, (abgerufen am ) Nach D-Giss existieren für Sudan (III) keine Tätigkeitsbeschränkungen, allerdings sind Sudan- Farbstoffe in der EU seit 1995 nicht mehr als Lebensmittelzusätze zugelassen. Sollen die SuS das hergestellte Produkt also verwenden können, sollten saubere Geräte und Farbpigmente aus der Apotheke verwenden werden. 2.3 V 4- Untersuchung von Haarshampoo In diesem Versuch wird von Haarshampoo zum einen der ph-wert und zum andern die Fähigkeit als Reduktionsmittel zu wirken untersucht.

9 2 Schülerversuche 8 Gefahrenstoffe Kaliumpermanganat H272 H302 H410 P210 P273 Materialien: Chemikalien: Durchführung: Reagenzgläser, Pipette, Becherglas ph-indikatorpapier, Kaliumpermanganat Zunächst werden die Haarshampooproben mit Wasser im Reagenzglas verdünnt und der ph-wert mittel Indikatorpapier ermittelt. Dann wird im Becherglas eine 0,2%-ige Kaliumpermanganatlösung angesetzt und den Proben zugetropft. Beobachtung: Haarshampoo ph-wert Färbung Coffein Shampoo for Men 5 Rot/Orange Sheer Blond 4,5 Braun/Rot Schauma Fructies 5,5 Grün/Orange Bio-Shampoo 5,5 Braun/Rot Jeden Tag Shampoo 5,5 Entfärbt Abbildung 4: Das Bild zeigt die Proben nach Zugabe von 0,2%-iger Kaliumpermanganatlösung

10 2 Schülerversuche 9 Deutung: Haarshampoos sollten möglichst hautneutral sein. Da unsere Haut schwach sauer ist, bedeutet hautneutral einen ph-wert von ca. 5,5. Dies konnte durch die Beobachtungen bestätigt werden. Da Shampoos einen hohen Wasseranteil besitzen, müssen diese gegen Keime geschützt werden. Die wird durch den Zusatz von Konservierungsstoffen erreicht. Diese Konservierungsstoffe haben eine reduzierende Wirkung, die hier durch die Zugabe von Kaliumpermanganat überprüft wird. Enthält das Haarshampoo stark reduzierende Inhaltsstoffe, wird das Permanganat vollständig entfärbt (1). Bei einer nur schwachen Reduktionswirkung wird Braunstein gebildet (2). (1) (2) Entsorgung: Literatur: Die Lösungen aus Teilversuch a) werden im Säure-Base-Abfall und die aus Teilversuch b) im Schwermetall-Abfall entsorgt. G. Schwedt, Experimente mit Supermarktprodukten: Eine chemische Warenkunde, WILEY-VCH, 3. Auflage, 2009, S. 2.4 V 5 Schäumungsverhalten und Emulgierverhalten von Haarshampoo In diesem Versuch wird Haarshampoo auf ihr Schäumungs- und Emulgierverhalten getestet, um dann die weitverbreitete Hypothese zu überprüfen, dass viel Schaum auch eine große Waschwirkung impliziert. Gefahrenstoffe Haarshampoo - - Öl - - Materialien: Chemikalien: Messzylinder mit Stopfen, Bechergläser Haarshampoo, demin. Wasser, Öl, Paprikapulver

11 2 Schülerversuche 10 Durchführung: Zunächst werden 0,5 g der Haarshampooproben in Bechergläser abgewogen und vorsichtig in 50 ml demin. Wasser gelöst. Die Proben werden dann in Messzylinder mit Stopfen überführt, die Füllhöhe markiert und zehnmal kräftig geschüttelt, indem der Messzylinder um 180 gedreht wird. Nach zehn Minuten wird die Schaumhöhe abgelesen und dokumentiert. Anschließend werden in jeden Messzylinder 10 ml mit Paprikapulver gefärbtes Öl gegeben und das Schütteln wiederholt. Das Emulsionsverhalten wird verglichen. Beobachtung: Haarshampoo Schaumhöhe Emulsionsverhalten Coffein Shampoo for Men 144 cm schlecht Sheer Blond 160 cm mittel Schauma Fructies 125 cm mittel Bio-Shampoo 107 cm sehr gut Jeden Tag Shampoo 126 cm gut Abbildung 5: Das Bild zeigt die Messzylinder mit den Haarshampooproben nach dem Schütteln mit dem gefärbten Öl in der Reihenfolge wie in der Tabelle von links nach rechts Deutung: Die Beobachtungen zeigen, dass das Schaumverhalten nicht mit dem Emulsionsverhalten korreliert. In den Haarshampoos sind Tenside enthalten, die als Emulgator zwischen dem Öl und dem Wasser fungieren. Je mehr Tensi-

12 2 Schülerversuche 11 de enthalten sind, desto besser ist das Emulsionsverhalten. Die Tenside bewirken auch die Schaumbildung. Sie bilden Mizellen, in denen Wasser und Luft eingeschlossen sind. Ein Shampoo beinhaltet verschiedene Tenside, die nicht alle dasselbe Schäumungsvermögen besitzen. Außerdem wird manchen Shampoos extra Schaumbildner, sodass bei einer großen Schaumbildung nicht auf eine hohe Tensidkonzentration geschlossen werden kann. Entsorgung Literatur: Die Lösungen können über den Abguss entsorgt werden. W. Glöckner, W. Jansen, R.G. Weissenhorn, Handbuch der experimentellen Chemie Band 12, Aulis 1997, S. 215 f. Je mehr das Haarshampoo schäumt, desto besser wäscht es, dieser Mythos ist in der Gesellschaft vielfach vertreten. Mit diesem Versuch können die SuS diese Aussage widerlegen, womit die Bewertungskompetenz besonders gefördert wird.

13 Arbeitsblatt Haarshampoo im Test Aufgabe 1 Aufgabe 2 Zeichne eine schematische Darstellung von der Waschwirkung eines Tensids. Führe folgenden Versuch durch und protokolliere deine Beobachtungen angemessen: Versuch: Durchführung: Zunächst werden 0,5 g der Haarshampooproben in Bechergläser abgewogen und vorsichtig in 50 ml demin. Wasser gelöst. Die Proben werden dann in Messzylinder mit Stopfen überführt, die Füllhöhe markiert und zehnmal kräftig geschüttelt, in dem der Messzylinder um 180 gedreht wird. Nach zehn Minuten wird die Schaumhöhe abgelesen und dokumentiert. Anschließend werden jeden Messzylinder 10 ml mit Paprikapulver gefärbten Öl zugegeben und das Schütteln wiederholt. Das Emulsionsverhalten wird verglichen. Aufgabe 3 Aufgabe 4 Wie könnte eine Schaumblase aufgebaut sein? Fertige eine Skizze an! Schaum ist völlig unnötig Nimm Stellung zu der Aussage und beziehe deine Beobachtungen aus Aufgabe 2 mit ein.

14 3 Reflexion des Arbeitsblattes 13 3 Reflexion des Arbeitsblattes Dieses Arbeitsblatt behandelt das Themengebiet der Tenside. Zunächst sollen die SuS die Waschwirkung in Aufgabe 1 reproduzieren um dann in den folgenden Aufgaben ihr Wissen auf das Phänomen der Seifenblasen zu übertragen. Außerdem wird die Bewertungskompetenz gefördert, indem verschiedene Haarshampoos getestet werden. 3.1 Erwartungshorizont (Kerncurriculum) Fachwissen: Kommunikation: Bewertung: Die SuS nennen die Waschwirkung von Tensiden und stellen sie in einer Skizze dar. (Aufgabe 1) Die SuS prüfen Angaben über Produkte hinsichtlich ihrer fachlichen Richtigkeit. (Aufgabe 2) SuS nutzen ihre Erkenntnisse zu zwischenmolekularen Wechselwirkungen zur Erklärung von Phänomenen in ihrer Lebenswelt. (Aufgabe 3) Die SuS erkennen, diskutieren und bewerten die Vor- du Nachteile von Rohstoffen und Produkten. (Aufgabe 4) 3.2 Erwartungshorizont (Inhaltlich) Aufgabe 1 Aufgabe 2 Die SuS führen den Versuch sachgemäß durch und protokollieren ihre Beobachtungen in einer Tabelle: Haarshampoo Schaumhöhe Emulsionsverhalten Coffein Shampoo for Men 144 cm schlecht Sheer Blond 160 cm mittel Schauma Fructies 125 cm mittel

15 3 Reflexion des Arbeitsblattes 14 Bio-Shampoo 107 cm sehr gut Jeden-Tag Shampoo 126 cm gut Aufgabe 3 Aufgabe 4 Die Aussage lässt sich durch die Beobachtungen bestätigen. Das Schäumungsverhalten korreliert nicht mit der Emulsionsfähigkeit. Es gilt also nicht je mehr in Shampoo schäumt, desto besser wäscht es auch.