VORANSICHT II/C. Durchführung

Transkript

1 2 von 20 Während der Unterrichtseinheit kommen verschiedene Methoden zum Einsatz. Die Schüler arbeiten sowohl in Einzel- und Partnerarbeit als auch in Gruppen. Die Einheit umfasst theoretische und praktische Phasen und beinhaltet die Planung eines Versuches auf Basis eines Theorietextes (Textverstehen). Das abschließende Quiz ist als kooperative Methode angelegt, die jeden Schüler des Kurses zum Arbeiten angeregt. Dabei arbeiten die Schüler zunächst allein gegen alle Mitschüler und in der zweiten Runde als Team gegen die anderen. Generell erreicht man durch diese Methode eine hohe Schüleraktivierung und eine große Beteiligung während der Sicherungsphase. Außerdem zeigt sich der Lehrkraft durch die Ergebnisse des Quiz deutlich, an welchen Stellen Erklärungsbedarf herrscht bzw. welche Themen wiederholt werden sollten. Der Kompetenzbereich der Kommunikation steht bei diesem Unterrichtsmodell im Vordergrund. Durchführung Die Arbeitsblätter M 1 und M 2 dienen der eigenständigen Erarbeitung des theoretischen Hintergrundes, der für die Versuche benötigt und später im Quiz abgefragt wird. Die Schüler können dabei wählen, ob sie in Einzel- oder Partnerarbeit arbeiten wollen. Da das Material in der Sek. II zum Einsatz kommt, sollten sich die Schüler immer zunächst gegenseitig Hilfestellung leisten oder Fragen beantworten, bevor sie sich an den Lehrer wenden. Die abschließende Sicherung erfolgt im Plenum. Material M 3 beschäftigt sich mit der Nomenklatur der Kohlenhydrate, vor allem der Disaccharide. Dieses Arbeitsblatt kann entweder von den Schülern als Hausaufgabe oder im Unterricht bearbeitet werden. Die Versuche in M 4 werden in Gruppenarbeit durchgeführt, von den Schülern ebenfalls in der Gruppe ausgewertet und abschließend im Plenum besprochen. Haben Sie einen sehr großen Kurs oder ist es aus anderen Gründen nicht möglich, Schülerversuche durchzuführen, können Sie die Versuche alternativ als Lehrerversuche oder als Video (siehe Internet, Seite 3) vorführen. Der Versuch zur Herstellung der Invertzuckercreme M 5 wird mithilfe einer Textgrundlage von den Schülern in Gruppen eigenständig geplant. In dieser Phase steht der Kompetenzbereich der Erkenntnisgewinnung im Vordergrund. Da die verwendeten Chemikalien ungefährlich sind, können auch nicht zielführende Versuche vom Lehrer zugelassen werden. Sollte dies vorkommen, müssen die Schüler anschließend eine Fehleranalyse und den korrigierten Versuch durchführen. Tipp Arbeiten Sie am besten bei diesem Versuch weder im Labor noch mit Laborgeräten, da die Schüler dann im Anschluss die selbst hergestellte Invertzuckercreme verkosten können. Die Regeln des Quiz M 6 sind den Schülern häufig bekannt, da dieses Spiel mit allgemeinbildenden Fragen als App für das Smartphone von vielen Schülern genutzt wird (unter dem Namen Quizduell bekannt). Je zwei Schüler erhalten einen verdecken Kartensatz mit sechs Fragen/Aussagen. Sie lesen dabei nur gemeinsam von der Karte ab, spielen aber jeder für sich. Auf jeder Karte sind vier Antwortmöglichkeiten gegeben, von denen jeweils nur eine korrekt ist! Wichtig ist, dass alle Kartensätze in der gleichen Reihenfolge sortiert sind. Bei einem gemeinsamen Startsignal drehen alle Schüler die erste Karte auf und notieren die ihnen richtig erscheinende Antwort, jeder für sich. Sie haben dazu 30 Sekunden Zeit, bevor sie die Karte weglegen müssen. Der Lehrer gibt die Zeit vor und kann gegebenenfalls die letzten fünf Sekunden runterzählen. Dieses Vorgehen wiederholt sich mit allen sechs Karten. Tipp Je nach Frage oder Leistungsstand der Lerngruppe können Sie die Zeitvorgaben zum Beantworten der Fragen anpassen. Ist eine Frage sehr lang oder kompliziert gestellt, können Sie beispielsweise 40 Sekunden Zeit zur Beantwortung geben. Nach der ersten Quizrunde werden die Antworten im Plenum verglichen und gegebenenfalls Fragen geklärt. Von den Schülerpaaren, die mit dem gleichen Kartensatz gearbeitet haben, gewinnt der Schüler, der mehr Antworten richtig hatte. Es schließt

2 4 von 20 Materialübersicht V = Vorbereitungszeit SV = Schülerversuch AB = Arbeitsblatt/Informationsblatt D = Durchführungszeit HA = Hausaufgabe = Zusatzmaterial auf CD GBU = Gefährdungsbeurteilung # Die Gefährdungsbeurteilungen inden Sie auf CD 54. M 1 AB Honig ein Wunder der Natur M 2 AB Kohlenhydrate im Honig r Molekülbaukasten M 3 AB/HA Die Nomenklatur der Disaccharide M 4 3 SV, GBU # Nachweis der Kohlenhydrate im Honig V: 15 min D: min r Fehling-I-Lösung r Fehling-II-Lösung r Honig r Seliwanow-Reagenz (10 mg Resorcin in 20 ml HCl konz. ) r 3%ige Silbernitrat-Lösung r verdünnte Natronlauge r Ammoniak-Lösung 10%ig r Saccharose M 5 SV, GBU # Wir stellen Invertzuckercreme her V: 0 min D: min r Saccharose r Citronensäure oder 1 Zitrone pro Gruppe r Natriumhydrogencarbonat/Natron r Zucker r Dreifuß r je ein 200-ml- Becherglas pro Gruppe r 6 Reagenzgläser pro Gruppe r 1 Reagenzglasstopfen pro Gruppe r Pipetten r Brenner oder Heizplatte r Thermometer r Heizplatte r je ein Becherglas oder Topf pro Gruppe r 1 Glasstab pro Gruppe M 6 AB Chemieduell wer kennt sich aus? r 1 Satz Quizkarten pro Schülerpaar oder Gruppe Minimalplan Ihnen steht nur wenig Zeit zur Verfügung oder Sie haben die Disaccharide bereits in einem anderen Kontext unterrichtet? Dann lässt sich die Unterrichtseinheit auf zwei Doppelstunden kürzen. Die Planung sieht dann wie folgt aus: 1./2. Stunde (M 1 + M 4) 3./4. Stunde (M 5 + M 6) Steigen Sie mit dem Arbeitsblatt M 1 ein und erklären Sie den Schülern anschließend in einer Plenumsphase die enzymatischen Vorgänge bei der Honigproduktion. Gehen Sie direkt zu den Schülerversuchen M 4 über. Geben Sie die Auswertung als Hausaufgabe. Vergleichen Sie die Hausaufgabe und lassen Sie den Schülerversuch M 5 Invertzuckercreme durchführen. Spielen Sie im Anschluss an den Versuch das Chemieduell M 6. Vergleichen Sie die Lösungen und küren Sie den Gewinner. Alternativ können Sie das Thema Kohlenhydrate im Honig als Präsentationsleistung von einem Schüler vorstellen lassen und anschließend nur die in der Einheit aufgeführten Versuche durchführen lassen oder das Chemieduell spielen. Die Erläuterungen und Lösungen zu den Materialien inden Sie ab Seite 16.

3 6 von 20 M 2 Kohlenhydrate im Honig Lesen Sie den Text genau durch und vollziehen Sie nach, worum es sich bei Disacchariden handelt und wie diese gebildet werden. Bearbeiten Sie im Anschluss die Aufgaben in Einzel- oder Partnerarbeit Wie wir bereits gelesen haben, liegen im Honig verschiedene Zucker als Gemisch vor. Diese Mischung ist der Hauptgrund dafür, dass der Honig nicht auskristallisiert, da konzentrierte Lösungen mit verschiedenen Zuckern wesentlich langsamer auskristallisieren als solche mit nur einer Komponente. Im Zucker liegen also nicht nur Monosaccharide wie Glucose und Fructose vor, sondern auch Di- und Trisaccharide. Bei Disacchariden handelt es sich um eine Verbindung zweier Monosaccharidbausteine, die in einer säurekatalysierten Reaktion unter Wasserabspaltung zu einem Vollacetal reagieren. Sie verbinden sich über die Hydroxygruppe am C1-Atom mit einer anderen OH-Gruppe des zweiten Monosaccharids. Dabei entstehen vor allem Verknüpfungen zwischen dem C1-Atom des ersten Bausteins und dem C4-Atom des zweiten Monosaccharids. Die Reaktion kann aber auch zwischen dem C1-Atom des ersten Monosaccharids und dem C2- oder C6- Atom des zweiten Monosaccharids ablaufen. Ein im Honig vorkommendes Disaccharid ist die Maltose auch Malzzucker genannt. Bei Maltose handelt es sich um ein 1,4-verknüpftes Disaccharid. Die Bindung kommt zwischen der Hydroxygruppe des C1-Atoms eines α-d-glucosemoleküls und der Hydroxygruppe am C4-Atom eines zweiten α-d-glucosemoleküls zustande. Dieses Disaccharidmolekül wird in einer enzymatisch katalysierten Reaktion von den Bienen gebildet, da Maltose ebenfalls einen Beitrag dazu leistet, dass der Zucker nicht auskristallisiert. In diesem Prozess spaltet das Enzym Honigsaccharase ein Saccharosemolekül (ein Disaccharid aus α-d-glucose und β-d-fructose) in Glucose und Fructose auf. In einem zweiten Schritt erfolgt die Transglucosidierung (die Übertragung eines Glucosemoleküls auf ein anderes Molekül). 25 Bei diesem Prozess kann nicht nur Maltose entstehen, sondern auch das Trisaccharid Erlose. Erlose ist eine Verknüpfung von α-d-glucose mit Saccharose. Dieser Zucker kristallisiert besonders schlecht und ist daher für die Konsistenz von Honig von großer Bedeutung. Thinkstock/iStock Aufgaben 1. Zeichnen Sie das Reaktionsschema der Bildung von Maltose. oder Expertenaufgabe: Entwickeln Sie den vollständigen Reaktionsmechanismus der säurekatalysierten Bildung des Disaccharids Maltose. 2. Zeichnen Sie ein Saccharosemolekül. Achten Sie dabei auf die Stellung der OH- Gruppen am Fructosebaustein. Bauen Sie Saccharose mithilfe des Molekülbaukastens. 3. Zeichnen Sie die Strukturformel von Erlose.

4 8 von 20 M 4 Nachweis der Kohlenhydrate im Honig Im Honig kommen verschiedene Monosaccharide, unter ihnen Fructose und Glucose, vor. Aufgaben 1. Prüfen Sie jeweils eine Honigprobe mit der Fehling-, der Tollensund der Seliwanow-Probe. 2. Führen Sie die gleichen Proben mit einer Saccharose-Lösung durch. 3. Notieren Sie knapp die Beobachtungen und erklären Sie die Versuchsergebnisse. Thinkstock/iStock Beobachtung und Auswertung: Expertenaufgabe: Stellen Sie zu den Fehling- und Tollens-Proben Reaktionsgleichungen auf. Schülerversuch 1: Fehling-Probe Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Chemikalien/Gefahrenhinweise r 1 ml Fehling-I-Lösung r 1 ml Fehling-II-Lösung r Honig r Saccharose-Lösung als Vergleichslösung Versuchsdurchführung: (Schutzbrille tragen!) Geräte r Reagenzglas r Pipette r Becherglas für das Wasserbad (mind. 200 ml) r Heizplatte oder Bunsenbrenner, Dreifuß und Drahtnetz Die beiden Fehling-Lösungen werden im Reagenzglas gemischt und zu der Lösung werden einige Tropfen Honig gegeben. Anschließend wird die Probe im Wasserbad erhitzt. Entsorgung: Die Lösungen werden in den Schwermetallabfall entsorgt.

5 9 von 20 Schülerversuch 2: Tollens-Reagenz Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Chemikalien/Gefahrenhinweise r 3%ige Silbernitrat-Lösung r verdünnte Natronlauge r Ammoniak-Lösung r Honig r Saccharose-Lösung als Vergleichslösung Versuchsdurchführung: (Schutzbrille tragen!) Geräte r Reagenzglas r Pipetten r Reagenzglasstopfen r Reagenzglashalter r evtl. Becherglas für das Wasserbad (mind. 200 ml) r Heizplatte oder Bunsenbrenner, Dreifuß und Drahtnetz Man gibt etwa 5 ml der Silbernitrat-Lösung in ein Reagenzglas und fügt einige Tropfen Natronlauge hinzu. Der entstandene Niederschlag wird durch tropfenweise Zugabe von konzentriertem Ammoniak wieder komplett gelöst. Nun gibt man einige Tropfen Honig hinzu, spannt das Reagenzglas in einen Reagenzglashalter ein und erhitzt es kurz in einem Wasserbad. Vorsicht: Die Lösung nicht zum Sieden bringen! Alternative: Statt die Lösung im Wasserbad zu erhitzen, kann das Reagenzglas auch mit einem Stopfen verschlossen und geschüttelt werden. Durch langes Schütteln bildet sich ein sehr gleichmäßiger Niederschlag im gesamten Reagenzglas. Entsorgung: Die Lösungen werden angesäuert und in den silberhaltigen Abfall entsorgt. Schüler-/Lehrerversuch 3: Seliwanow-Probe Vorbereitung: 5 min Durchführung: 10 min Chemikalien/Gefahrenhinweise r 5 ml Seliwanow-Reagenz (10 mg Resorcin in 20 ml HCl konz. ) r Honig r Saccharose-Lösung als Vergleichslösung Versuchsdurchführung: (Schutzbrille tragen!) Geräte r Reagenzglas r Becherglas für das Wasserbad (mind. 200 ml) r Heizplatte oder Bunsenbrenner, Dreifuß und Drahtnetz 1 3 Tropfen Honig im Reagenzglas mit 2 3 ml Wasser mischen. 5 ml Seliwanow- Reagenz zugeben. Im Wasserbad (bis ca. 70 C) einige Minuten erwärmen. Entsorgung: Die Lösung wird im Behälter für lüssige organische Abfälle entsorgt.

6 11 von 20 M 6 Chemieduell wer kennt sich aus? 1. Aldohexosen A) enthalten alle mindestens 6 OH-Gruppen B) Bei Allose und Talose handelt es sich um Aldohexosen. C) Glucose ist nach dem Prinzip ta-tü-tü-ta aufgebaut. A) enthält fast ausschließlich Saccharose 2. Honig D) haben 5 chirale Zentren B) ist nichts anderes als eine farbige Glucose-Lösung C) wird grundsätzlich in Blüten-, Nektar- und Waldhonig unterteilt D) kristallisiert sehr schnell aus 3. Kohlenhydrate im Honig A) Alle im Honig vorkommenden Zucker bestehen ausschließlich aus D-Glucoseeinheiten. B) In Blütenhonig sind ausschließlich Disaccharide enthalten. C) Honig reagiert negativ auf Fehling. D) Erlose trägt entscheidend dazu bei, dass Honig nicht auskristallisiert.

7 12 von Enzyme A) liegen nach einer katalytischen Reaktion unverändert vor B) werden bei der Katalyse verbraucht C) wirken temperaturunabhängig D) sind für die Honigproduktion nicht von Bedeutung 5. Bei D-Glucose ist die Stellung der Hydroxygruppe in der Fischer-Projektion A) am C2-Atom rechts B) am C4-Atom links C) am C3-Atom rechts D) am C6-Atom links 6. Kohlenhydrate A) haben die allgemeine Formel C n (H 2 O) m, weil sie aus Kohlenstoffatomen und Wassermolekülen aufgebaut sind B) sind aufgrund der Hydroxygruppen (OH-Gruppen) hydrophil C) besitzen aufgrund der vielen OH-Gruppen basische Eigenschaften D) kommen in der Natur nur in der L-Form vor

8 16 von 20 Erläuterungen und Lösungen Erläuterung (M 1) Die Schüler erarbeiten sich den Text eigenständig. Sie können zusätzlich die Aufgabe geben, dass die Schüler maximal sechs Begriffe im Text unterstreichen dürfen. Dadurch üben die Schüler, nur die wichtigen Informationen zu unterstreichen und nicht den gesamten Text zu markieren. Die Schüler sollen sich gegenseitig unterstützen, den Text zu verstehen. Die vier Begriffe, die den Schülern eventuell unklar sein könnten, sind im Folgenden erklärt: Enzym: Biokatalysatoren mit sehr spezifischer Wirkung. Ihre Wirkungsweise beruht darauf, dass sie die für die Reaktion benötigte Aktivierungsenergie herabsetzen, indem eine Wechselwirkung zwischen Substrat und Enzym zustande kommt. Isomerisierung: Umwandlung eines Moleküls in ein anderes Isomer durch eine Änderung der Atomfolge oder -anordnung. Inversion: Änderung des optischen Drehsinns bei der hydrolytischen Spaltung von rechtsdrehender Saccharose. Es entsteht ein Gemisch aus rechtsdrehender D-Glucose und stärker linksdrehender D-Fructose. Osmophil: gr. phileĩn lieben ; bezeichnet Mikroorganismen, die in oder auf Medien mit hohen Salz- oder Zuckerkonzentrationen leben können, also hohe osmotische Drücke aushalten. Lösungen (M 1) Insekten Honigtau Biene Pflanze Pollen/Nektar Biene Honigmagen Rohhonig Futteraustausch Enzyme Einlagerung Invertase H2O Waldhonig H2O H2O Blüten- und Nektarhonig