VORANSICHT. Offene Unterrichtsformen (2-4-Alle-Methode) Schülerarbeitsblätter Lernerfolgskontrolle

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1 Der Louche-Effekt zum Struktur-Eigenschafts-Konzept mit der 2-4-Alle-Methode Torsten Witteck, Bielefeld Niveau: Dauer: Sek. II 2 3 Stunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards Heinz Wambach, Köln Fachwissen: Die Schülerinnen und Schüler verwenden Bindungsmodelle zur Interpretation von räumlichen Strukturen und zwischenmolekularen Wechselwirkungen. Erkenntnisgewinnung: Zu einer gegebenen Problemstellung formulieren die Lernenden wissenschaftliche Fragen. Sie entwickeln, planen und führen einen geeigneten, umsetzbaren Versuch selbstständig durch. Sie protokollieren ihre Beobachtungen und Ergebnisse und werten diese aus. Kommunikation: Die Schülerinnen und Schüler beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und/oder mithilfe von Modellen und Darstellungen. Sie stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und übersetzen dabei bewusst Fachsprache in Alltagssprache und umgekehrt. Sie dokumentieren und präsentieren den Verlauf und die Ergebnisse ihrer Arbeit situationsgerecht und adressatenbezogen. Die Lernenden argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. Sie vertreten ihre Standpunkte zu chemischen Sachverhalten und reflektieren Einwände selbstkritisch. Als Team planen, strukturieren, reflektieren und präsentieren sie ihre Arbeit. Bewertung: Die Schülerinnen und Schüler nutzen fachtypische und vernetzte Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen. Sie binden chemische Sachverhalte in Problemzusammenhänge ein, entwickeln Lösungsstrategien und wenden diese an. Der Beitrag enthält Materialien für: Offene Unterrichtsformen (2-4-Alle-Methode) Schülerarbeitsblätter Lernerfolgskontrolle Hintergrundinformationen Ouzo ist eine griechische Spirituose, die Anisöl, extrahiert aus der Anispflanze, enthält. Im Anisöl sind bis zu 90 % Anethol enthalten. Anethol, ein ätherisches Öl, gehört zur Gruppe der Alkylphenylether. Es ist in Ethanol löslich, aber unlöslich in Wasser. Reiner Ouzo ist eine farblose, klare, leicht bewegliche, alkoholhaltige Flüssigkeit. Beim Verdünnen mit Wasser trübt sich die Mischung milchig. Dieses Phänomen beruht auf dem Louche-Effekt (frz.: louche undurchsichtig, verdächtig, anrüchig), der die milchige Trübung von klaren, anisölhaltigen Spirituosen durch Zugabe von Wasser oder auch starke Kühlung bezeichnet. Ursache ist die Bildung einer Öl-in-Wasser-Emulsion. Anethol und Wasser sind ineinander praktisch unlöslich. Das Anetholmolekül ist kein Dipolmolekül ( unpolar ) und kann keine Wasserstoffbrücken ausbilden. An den Grenzflächen zwischen Wasser und Öltröpfchen wird das Licht gestreut, was die milchig-weiße Trübung hervorruft. Ethanol ist mit beiden Substanzen mischbar, da das Molekül sowohl einen hydrophoben bzw. lipophilen Anteil (die Ethyl-Gruppe), als auch einen hydrophilen bzw. lipophoben Anteil (die Hydroxyl-Gruppe) enthält. Letztere kann Wasserstoffbrücken ausbilden. Wird nun der Wasseranteil im Ouzo erhöht, so fällt Anethol aus. Das Anetholmolekül wird nicht mehr vollständig von Ethanolmolekülen umgeben. So können sich Anetholmoleküle zusammenlagern und bilden kleine Öl-Tröpfchen, welche die Trübung des Getränks verursachen. Werden der Lösung wieder kleine Portionen Ethanol zugegeben, verschwindet die

2 Witteck, T., und Eilks, I.: Versuchsprotokolle kooperativ erstellen, Naturwissenschaften im Unterricht Chemie 15 (82/83), (2004). In dem Artikel wird das Versuchsprotokoll mit der Alle-Methode eingeführt. Es wird diskutiert, wie die Schülerinnen und Schüler ein Versuchsprotokoll im Anfangsunterricht eigenständig erarbeiten können. Witteck, T., und Eilks, I.: Die Reaktion von Natrium und Chlor - Mit der Alle Methode zur Deutung der Salzbildung, Naturwissenschaften im Unterricht Chemie 16 (88/89), (2005). In dem Beitrag wird die Erarbeitung der Salzbildungsreaktion mit der Alle-Methode vorgestellt. Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch Ab = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit Lek = Lernerfolgskontrolle Fo = Folie FoVo = Folienvorlage M 1 Fo Jetzt wird s undurchsichtig: Der Louche -Effekt M 2 FoVo Mit der 2-4-Alle-Methode forschen M 3 SV, Ab Warum trübt sich Ouzo bei Zugabe von Wasser? V: 5 min Ouzo Reagenzgläser Wasser Reagenzglasständer D: 15 min Ethanol (C 2 H 5 OH) ( ) Bechergläser Tropfpipetten Stopfen M 4 Info Glossar: Die wichtigsten Begriffe im Überblick M 5 Ab, FoVo Wie sind die Moleküle im Ouzo angeordnet? Ein Legespiel M 6 Ab Abgestufte Lernhilfen M 7 Lek Sind Sie fit im Louche-Effekt? Die Erläuterungen und Lösungen finden Sie hier.

3 M 1 Jetzt wird s undurchsichtig: Der "Louche"-Effekt Bild 1: Urlaub auf den Kykladen in Griechenland age fotostock / LOOK-foto Bild 2: Ouzo (frz.: louche undurchsichtig, verdächtig, anrüchig) Bild 3: Ouzo mit Wasser

4 M 2 Mit der 2-4-Alle-Methode forschen Zentrale Frage: Warum trübt sich Ouzo bei Zugabe von Wasser? Phase 1 Planen Sie zu zweit Versuche und führen Sie diese durch. Notieren Sie Ihre Versuchsdurchführung und Beobachtungen! Deuten Sie die Beobachtungen auf molekularer Ebene. Verdeutlichen Sie Ihre Überlegungen durch Skizzen! Als Hilfe können Sie ein Legespiel mit Molekül- Darstellungen erhalten. Phase 2 Vergleichen und besprechen Sie in einer Vierergruppe die zuvor erstellten Ergebnisse. Nutzen Sie bei Ihren Diskussionen die Molekül- Darstellungen des Legespiels und fixieren Sie Ihre Ergebnisse auf einer leeren Folie, um sie bei der späteren Präsentation zu benutzen. Falls Sie zu keiner Antwort gelangen oder sich nicht einigen, können Sie weitere zusätzliche Diskussionshilfen bekommen. Phase 3 Stellen Sie Ihre Ergebnisse vor.

5 M 5 Wie sind die Moleküle im Ouzo angeordnet? Ein Legespiel

6 Erläuterungen und Lösungen Erläuterung (M 3) Wasser und Ethanol können auch jeweils in einer PE-Flasche zur Verfügung gestellt werden, um die Stoffe tropfenweise hinzugeben zu können. Ein gutes Ergebnis wird erzielt, wenn dem Ouzo im Reagenzglas erst langsam, bis zur Trübung, Wasser tropfenweise hinzugegeben wird und nach der Trübung der Mischung langsam, bis das Gemisch wieder klar wird, tropfenweise Ethanol hinzugegeben wird. Lösungen (M 3) Versuchsprotokoll Versuchsaufbau: Reagenzglas Reagenzglasständer Tropfpipette Becherglas Versuchsdurchführung: Ein Reagenzglas wird bis zu einem Drittel mit Ouzo befüllt. Dem Ouzo wird bis zur Trübung tropfenweise Wasser hinzugefügt. Im Anschluss wird der Mischung tropfenweise Ethanol hinzugefügt. Beobachtungen: Ouzo ist eine farblose, klare, leicht bewegliche Flüssigkeit. Beim Verdünnen mit Wasser trübt sich die Flüssigkeit milchig. Wenn der Lösung wieder kleine Portionen Ethanol zugegeben werden, verschwindet die Trübung wieder. Auswertung: Im klaren Ouzo liegt eine Lösung von Anethol, Wasser und Ethanol vor. Die Anetholmoleküle (keine Dipolmoleküle) werden von den Ethanolmolekülen umgeben. Hier lagern sich die Ethyl-Gruppen (keine Dipol-Eigenschaften) an. Wenn der Mischung Wasser hinzugegeben wird, wird der Anteil der Wassermoleküle erhöht. Die Wassermoleküle bilden mit den Ethanolmolekülen Wasserstoffbrücken aus. Hier lagern sich die Hydroxyl-Gruppen (Dipol-Eigenschaften) an die Wassermoleküle (Dipolmoleküle) an. Die Anetholmoleküle werden nicht mehr vollständig von den Ethanolmolekülen umgeben. Die Anetholmoleküle lagern sich zu feinen Öltröpfchen zusammen, es bildet sich eine Emulsion und es ist eine Trübung zu beobachten. Wenn der Anteil der Ethanolmoleküle wieder erhöht wird, werden die Anetholmoleküle wieder von den Ethanolmolekülen umschlossen und es liegt wieder eine klare Lösung vor. Lösungen (M 7) zu 1.: Ethanol: Ethanol hat eine Ethyl-Gruppe und eine Hydroxyl-Gruppe. Die Ethyl-Gruppe hat keine Dipol-Eigenschaften, sodass Ethanol mit Alkanen (keine Dipole) mischbar ist. Die Hydroxyl- Gruppe hat Dipol-Eigenschaften, sodass Ethanol auch mit Wasser (Dipol) mischbar ist.