Individualisierung im Naturwissenschaftlichen Unterricht DI Dr. mont. Monika Grasser, HTBLVA Ferlach 2. Jahrgang HTL Naturwissenschaften

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1 Individualisierung im Naturwissenschaftlichen Unterricht DI Dr. mont. Monika Grasser, HTBLVA Ferlach 2. Jahrgang HTL Naturwissenschaften Thema: Trennverfahren. Unterrichtsziel Anhand der vorbereiteten Unterlagen wird im Stationenbetrieb der Unterrichtsschwerpunkt "Trennverfahren- Trennung homogener und heterogener Gemische" erarbeitet. Der/die SchülerIn kann die Trennverfahren mit einfachen Hilfsmitteln anhand einer Aufgabenstellung durchführen, sie verstehen und anderen MitschülerInnen erklären. Damit wird der Zusammenhang zwischen einfachen tagtäglichen Beobachtungen und technisch anwendbaren Methoden sichtbar und erarbeitet. 2. Planung der Durchführung. Unterrichtseinheit: Die SchülerInnen können sich von den vorbereiteten 4 Schwerpunkten mit 7 Einzelthemen zu viert einen Schwerpunkt zuteilen. Zur Vorbereitung lesen sie sich in die Anwendung der Methode ein und bereiten für die nächste Unterrichtseinheit die notwendigen Utensilien und die Vorgehensweise der Versuchsdurchführung vor. Die Schüler haben zusätzlich die Möglichkeit Handy oder Computer zu verwenden, um Informationen aus dem Internet zu nutzen. Es muss zumindest eine technische Anwendung als Beispiel dargestellt werden (4 Minuten inkl. Erklärungen). Links: Schüler erarbeiten in Gruppen die Aufgabenstellung zur Vorbereitung der Versuchsdurchführung. Rechts: Einige Utensilien für die Versuche. 2. Unterrichtseinheit: Die SchülerInnen bauen die Stationen in den definierten Gruppen auf ( Minuten). Jede Gruppe legt fest, in welcher Reihenfolge 2 der 4 Schüler je für 5 Minuten die Station betreuen. Die restlichen Schüler wählen je Station aus, an der sie einen Versuch durchführen (die Stationen werden im Vorfeld festgelegt, max. 2 Schüler pro Station). Sie haben 5 Minuten Zeit, eine Aufgabenstellung in Gruppen zu bearbeiten und die Fragen zu beantworten danach wird gewechselt (3 Minuten). Anschließend werden die Stationen wieder abgebaut ( Minuten). 3. Unterrichtseinheit: Anhand des Erhebungsbogens werden die Ergebnisse verglichen oder fertig erarbeitet, wobei fehlende Antworten ergänzt werden und Fragen abgeklärt werden ( Minuten). 3. Theoretischer Inhalt Lernstoff (Basierend auf den Angaben im Buch "Naturwissenschaften Physik-Chemie" von Zechner, Schwaiger, Schütz, Jakob, Jaklin, Fischer; S98 ff).

2 Trennung heterogener Gemische Trennung nach unterschiedlicher Teilchengröße Sieben Das Trennen von Teilchen unterschiedlicher Größe erfolgt dadurch, das grobe Teilchen durch die Maschenweite zurückgehalten werden. Versuchsdurchführung: Mit 3 Sieben unterschiedlicher Feinheit wird Sand gesiebt. Auswertung: die Mengen der 3 Teilchengrößen werden gewogen und die Verteilung in einem vorgegebenen Diagramm dargestellt. Das Ergebnis aus der Messung ist im Fragebogen einzutragen. Hilfsmittel: kg Sand, 3 Siebe mit unterschiedlicher Maschengröße, kleine Behälter zum Auffangen der Anteile Filtrieren Die zu trennende Suspension läuft durch einen Filter. Die festen Teilchen werden vom Filter festgehalten, die Flüssigkeit läuft durch. Versuchsdurchführung: Eine Suspension aus Kaffee und Wasser ist vorbereitet. Aufgabenstellung ist es, mit einem Filter den Kaffee vom Wasser zu trennen. Auswertung: das Massenverhältnis ist zu bestimmen. Frage: Wie hoch ist der Restwasseranteil in der Masse der festen Teilchen? Hilfsmittel: 2 dag geriebener Kaffee, Liter Wasser, 6 Filter, vorzugsweise eine alte Kaffeemaschine oder ein ähnlicher Aufbau, Behälter, Waage. Trennung nach unterschiedlicher Dichte Sedimen- Die in der Flüssigkeit aufgeschlämmten Feststoffe (hohe Dichte) setzen sich aufgrund tieren der Schwerkraft ab, die klare Flüssigkeit wird vom abgesetzten Stoff abgegossen. Versuchsdurchführung: Eine Kaffeesuspension ist vorbereitet und wird anhand von Sedimentieren getrennt (für jede Sedimentationszeit eigene Suspension). Auswertung: Es wird die Menge des sedimentierten Feststoffanteiles nach 2, 5 und Minuten Sedimentationszeit in ein Diagramm eingetragen. Zentrifugieren Sink- Schwimmverfahren Hilfsmittel: 4 dag geriebener Kaffee, Liter Wasser, Behälter, Waage Bei geringem Dichteunterschied zwischen Feststoff und Flüssigkeit erreicht man durch die von der Drehbewegung hervorgerufene Radialbeschleunigung ein effektiveres Absetzen des Feststoffes. Versuchsdurchführung: Papierschnitzel werden gewogen und in Wasser eingeweicht, anschließend anhand einer Salatzentrifuge vom Wasser getrennt. Auswertung: Es wird die Menge des zentrifugierten Flüssigkeitsanteils nach 5, und 5 Umdrehungen in ein Diagramm übertragen und der Restanteil der Flüssigkeit im Papier bestimmt. Hilfsmittel: Papierschnitzel, Salatzentrifuge, Waage Durch entsprechende Wahl der Flüssigkeitsdichte sinken die schweren Stoffe ab und die leichten schwimmen oben. Versuchsdurchführung: Eine Mischung aus Stahlkugeln und Kunststoffkugeln liegt vor. Durch das Einbringen dieses Gemenges in einen Behälter mit Wasser sinken die schweren Teilchen ab und die leichten schwimmen auf. Hilfsmittel: Eisenspäne, Kunststoffkugeln, Wasser, Waage, Behälter Trennung nach unterschiedlicher Löslichkeit Extrahieren Eine Komponente eines Gemisches wird in einem Lösungsmittel gelöst, die andere ist unlöslich. Danach wird die Lösung vom Feststoff durch dekantieren oder Filtrieren getrennt und das Lösungsmittel abgedampft. Versuchsdurchführung: Eine Mischung aus Zucker und geriebenen Kaffee wird mit Wasser vermengt. Auswertung: Es wird die Menge des Festkörperanteils des geriebenen Kaffees und Zuckers bestimmt und mit der eingewogenen Masse verglichen. Das Volumen des Wassers sowie das Gewicht wird vor und nach dem Versuch dokumentiert. Hilfsmittel: 2 dag Zucker, 2 dag geriebener Kaffee, kaltes Wasser, Behälter, Waage 2

3 Trennung nach weiteren unterschiedlichen Eigenschaften Magnetsortierung Versuchsdurchführung: Eine Mischung aus Eisenspänen und Kunststoffteilchen liegt Magnetisierbare Teilchen werden von nicht magnetisierbaren getrennt. vor. Durch die Verwendung eines Magneten können die Eisenspäne aussortiert werden. Elektrostatische Trennung Adsorption Fällen, Filtern Hilfsmittel: Eisenspäne, Kunststoffteilchen, Wasser, Waage, Behälter Die unterschiedliche elektrostatische Aufladung von Teilchen wird zur Staubabscheidung eingesetzt. Versuchsdurchführung: Eine Mischung aus Staub und Stahlkugeln wird mit einem Lineal, das gerieben wird, getrennt. Hilfsmittel: Stahlkugeln, Staub, Lineal, Behälter, Waage Gelöste oder gasförmige Stoffe haften an Feststoffen mit sehr großer Oberfläche. Versuchsdurchführung: Ein Gemisch aus Wasser und Chlor wird langsam durch einen Kohlefilter geleitet. Auswertung: Messung des Chloranteiles vorher und nach dem., 2. und 3. Durchlauf. Hilfsmittel: Wasser, Chlorpulver, Chlorkonzentrationsmessung, Behälter, Aktivkohle Eine chemische Reaktion führt zu einem im vorliegenden Lösungsmittel schwer löslichen Niederschlag. anschließend wird filtriert oder zentrifugiert. Versuchsdurchführung: Zitronensaft wird in eine Tasse Tee mit Milch gegossen. Anschließend wird die ausgeflockte Milch durch Filtern getrennt. Auswertung: Wie viele Tropfen Zitronensaft werden benötigt, um diese Reaktion in einer Tasse mit Pfefferminztee und Milch hervorzurufen? Die Anteile aller Bestandteile werden gemessen und dokumentiert. Hilfsmittel: Tee, Wasser, Milch, Zitronensaft, Messbecher, Waage, Behälter Trennung homogener Gemische Destillation Chromatografie Eine Komponente wird zum Sieden gebracht, der entstehende Dampf abgetrennt und kondensiert in einem Kühler. Versuchsdurchführung: Ein Gemisch aus Wasser und Alkohol wird erhitzt und der Alkohol abgesondert. Auswertung: Wie viel Alkohol kann nach 5, nach 7 Minuten gewonnen werden? Hilfsmittel: Wasser, Alkohol, Laborbrenner, Thermometer, Kühler, Glas, Behälter zum Auffangen. Stoffgemische werden zwischen der mobilen Phase und der stationären Phase verteilt. Die mobile Phase kann flüssig oder gasförmig sein. Während die mobile Phase durch die stationäre Phase fließt, werden die Komponenten des Gemisches von der stationären Phase unterschiedlich stark zurückgehalten und somit getrennt. Versuchsdurchführung: Mit einem Filzstift wird ein Punkt auf ein Löschpapier gezeichnet. Durch das Eintauchen des Löschpapiers in Wasser trennt das Wasser die Farbkomponenten der Filzstiftfarbe. Auswertung: Ermittelt wird die Höhe, in der die einzelnen Farben auftreten. Hilfsmittel: Wasser, Filzstift, Behälter. 4. Leistungsbeurteilung Die SchülerInnen der 4rer Gruppen vergeben sich in der Gruppe für die Vorbereitung, Durchführung und Dokumentation max. 8 Punkte. Die Zuteilung der Punkte erfolgt durch die Gruppe. Die Lehrkraft kontrolliert die Auswertung anhand des Erhebungsbogens und/oder überprüft das Wissen anhand einer schriftlichen Lernzielkontrolle. 3

4 Erhebungsbogen Trennverfahren Stationenbetrieb Sieben Siebgröße : Menge: Siebgröße 2: Menge: Siebgröße 2: Menge:,2,8,6 Kategorie Kategorie 2 Kategorie 3 Filtrieren Masse H 2 O: Masse Kaffee = Restanteil Wasser? Sedimentieren Masse 5: Masse : Masse 5: Zentrifugieren Masse 2 min: Masse 5 min: Masse min: Sink-Schwimm-verfahren Masse : Masse 2: Extrahieren Magnet-sortierung Elektrostatische Trennung Adsorption,2,8,6,2,8,6 Kategorie Kategorie 2 Kategorie 3 Kategorie Kategorie 2 Kategorie 3 4

5 Fällen, Filtern Destillation Chromatografie,2,8,6 Kategorie Kategorie 2 Kategorie 3 Bemerkungen zu Versuchen 5