Der Louche-Effekt zum Struktur-Eigenschafts-

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1 1 von 14 Der Louche-Effekt zum Struktur-Eigenschafts- Konzept mit der 2-4-Alle-Methode Torsten Witteck, Bielefeld einz Wambach, Köln Niveau: Sek. II Dauer: 2 3 Stunden Bezug zu den KMK-Bildungsstandards 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 relektieren Einwände selbstkritisch. Als Team planen, strukturieren, relektieren 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. VRANSIT Der Beitrag enthält Materialien für: ü ffene Unterrichtsformen (2-4-Alle-Methode) ü Lernerfolgskontrolle intergrundinformationen ü Schülerarbeitsblätter uzo ist eine griechische Spirituose, die Anisöl, extrahiert aus der Anisplanze, 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 uzo 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 Grenzlächen 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 ydroxyl-gruppe) enthält. Letztere kann Wasserstoffbrücken ausbilden. II/ 33 RAAbits hemie, November 2010

2 4 von 14 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 hlor - Mit der Alle Methode zur Deutung der Salzbildung, Naturwissenschaften im Unterricht hemie 16 (88/89), (2005). In dem Beitrag wird die Erarbeitung der Salzbildungsreaktion mit der Alle- Methode vorgestellt. II/ 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 uzo bei Zugabe von Wasser? V: 5 min D: 15 min r uzo r Wasser r Ethanol ( 2 5 ) r Reagenzgläser r Reagenzglasständer r Bechergläser r Tropfpipetten r Stopfen M 4 Info Glossar: Die wichtigsten Begriffe im Überblick M 5 Ab, FoVo Wie sind die Moleküle im uzo angeordnet? Ein Legespiel VRANSIT M 6 Ab Abgestufte Lernhilfen M 7 Lek Sind Sie it im Louche-Effekt? Die Erläuterungen und Lösungen inden Sie ab Seite RAAbits hemie, November 2010

3 5 von 14 M 1 Jetzt wird s undurchsichtig: Der Louche -Effekt II/ Bild 1: Urlaub auf den Kykladen in Griechenland VRANSIT age fotostock / LK-foto Bild 2: uzo Bild 3: uzo mit Wasser (frz.: louche undurchsichtig, verdächtig, anrüchig) 33 RAAbits hemie, November 2010

4 6 von 14 M 2 Mit der 2-4-Alle-Methode forschen Zentrale Frage: Warum trübt sich uzo bei Zugabe von Wasser? II/ 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 ilfe 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 ixieren 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. VRANSIT Phase 3 Stellen Sie Ihre Ergebnisse vor. 33 RAAbits hemie, November 2010

5 8 von 14 M 4 Glossar: Die wichtigsten Begriffe im Überblick II/ Anethol: auptkomponente im Anisöl, das aus Anisfrüchten gewonnen wird. Anethol ist löslich in Ethanol, in Wasser aber praktisch unlöslich. Anis: Planze aus der Familie der Doldenblütler mit dem lateinischen Namen Pimpinella anisum. Anis riecht nach Anethol und schmeckt süßlich. Dipolmolekül: Moleküle, bei denen der positive und der negative Ladungsschwerpunkt im Molekül nicht zusammenfallen. Elektronegativität (EN): Die Elektronegativität ist nach Pauling ein Maß, das angibt, wie stark die Bindungselektronen in einem Molekül von einem an der Bindung beteiligten Atom angezogen werden. Emulsion: eterogenes Gemisch zweier Flüssigkeiten, die sich nicht miteinander mischen. Dabei liegt eine der beiden Flüssigkeiten in kleinen Tröpfchen vor, die in der anderen Flüssigkeit schweben. Ethylgruppe: Molekülteil von organischen Molekülen aus zwei Sauerstoff- und fünf Wasserstoffatomen ( 2 5 -Gruppe). Leitet sich vom Ethan ab. hydrophil: Bezeichnung für eine Stoffeigenschaft: ydrophile Stoffe sind gut wasserlöslich. hydrophob: Bezeichnung für eine Stoffeigenschaft: ydrophobe Stoffe sind nicht gut wasserlöslich. VRANSIT ydroxylgruppe: Molekülteil von organischen Molekülen, bestehend aus einem Sauerstoff- und einem Wasserstoffatom (-Gruppe). Louche-Effekt: Auftreten einer Emulsion beim Verdünnen von Mischungen aus Ethanol und anetholhaltigen Extrakten mit Wasser. uzo: Alkoholisches Getränk, produziert in Griechenland oder auf Zypern, dem bei der erstellung Gewürze, insbesondere die Früchte der Anisplanze, zugesetzt werden. uzo wird aus der vergorenen Maische, die nach dem Zerstampfen und Pressen von Weintrauben für die Weinherstellung zurückbleibt, gebrannt. Dem Destillat setzt man neben verschiedenen Kräutern und Gewürzen vor allen Dingen Anis hinzu, der das charakteristische Aroma bestimmt. Nach Kühlung und Lagerung wird uzo mit ca. 40 % Alkoholgehalt in Flaschen verkauft. polare Elektronenpaarbindung (Atombindung): Wenn ein an der Bindung beteiligtes Atom (größere EN) das Bindungselektronenpaar etwas stärker anziehen kann als das andere Atom, sind die Elektronen nicht gleichmäßig verteilt. Das eine Atom hat negativen Ladungsüberschuss, das andere Atom einen positiven Ladungsüberschuss. Es wird dann von einer polaren Bindung gesprochen. unpolare Elektronenpaarbindung (Atombindung): Beide an einer Bindung beteiligten Atome besitzen die gleiche Anziehungskraft (EN) auf die Elektronen der Atombindung. Wasserstoffbrücke: Elektrostatische Anziehung zwischen einem Teilchen, welches ein Wasserstoffatom mit einer ausgeprägten positiven Partialladung besitzt (z. B. bei der ydroxylgruppe), und einem Teilchen, welches ein Atom mit einem freien Elektronenpaar besitzt. 33 RAAbits hemie, November 2010

6 VRANSIT 9 von RAAbits hemie, November 2010 II/ M 5 Wie sind die Moleküle im uzo angeordnet? Ein Legespiel VRANSIT

7 12 von 14 Erläuterungen und Lösungen II/ 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 uzo 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 uzo befüllt. Dem uzo wird bis zur Trübung tropfenweise Wasser hinzugefügt. Im Anschluss wird der Mischung tropfenweise Ethanol hinzugefügt. Beobachtungen: uzo 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. VRANSIT Auswertung: Im klaren uzo liegt eine Lösung von Anethol, Wasser und Ethanol vor. Die Anetholmoleküle (keine Dipolmoleküle) werden von den Ethanolmolekülen umgeben. ier 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. ier lagern sich die ydroxyl-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 ydroxyl-gruppe. Die Ethyl-Gruppe hat keine Dipol-Eigenschaften, sodass Ethanol mit Alkanen (keine Dipole) mischbar ist. Die ydroxyl-gruppe hat Dipol-Eigenschaften, sodass Ethanol auch mit Wasser (Dipol) mischbar ist. 33 RAAbits hemie, November 2010