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Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 24.02.15


32 Untersuchung von Säuren und Laugen mit Rotkohl-Auszug


Die Herstellung des Rotkohlauszuges und die damit durchgeführte Prüfung von verschiedenen Substanzen sind einfach umzusetzen und bergen bei entsprechender Auswahl der Prüfsubstanzen ein nur geringes Gefahrenpotential in sich. Um den Schülern die notwendigen Fertigkeiten für die Durchführung des Versuchs zu vermitteln, bietet sich ein Chemiker-Experimentierpass an. Dazu werden grundlegende Arbeitsweisen, wie z.B. der Umgang mit einem Brenner, die Handhabung heißer Flüssigkeiten, das Filtrieren und der Umgang mit Spritzen und Pipetten vorher eingeübt. Wurde eine Übung erfolgreich absolviert, erfolgt ein entsprechender Vermerk im Chemiker-Experimentierpass der einzelnen Schüler. Die gekennzeichneten Arbeitsweisen dürfen in der Folge selbstständig von dem jeweiligen Schüler angewendet werden. [5] Als Indikator wurde ein Rotkohl-Auszug gewählt, weil er empfindlich reagiert und bei verschiedenen pH-Werten typische Farben zeigt. Zudem kann er von den Schülern auch zu Hause selbst hergestellt und für die Untersuchung sauer oder basisch reagierender Substanzen im Haushalt verwendet werden. [6]

In einem ersten Versuchsteil sollen die Schüler einen Auszug aus Rotkohl-Blättern herstellen. Dabei wird vor allem das Ziel verfolgt, den Schülern das fachgemäße Arbeiten im Labor zu vermitteln. Durch Hinweise des Lehrers auf Unfallgefahren infolge unüberlegter Handlungen soll das darauf bezogene Problembewusstsein zusätzlich geschärft werden.

Die Schüler erhalten eine detaillierte Versuchsanleitung über die interaktive Tafel und als eine laminierte Ausführung für ihren Platz. Anhand dieser Anleitung sollen sie an der interaktiven Tafel zunächst gemeinsam eine Liste benötigter Geräte erstellen. Der Schüler, der an der interaktiven Tafel arbeitet, kann über Informationspunkte die Versuchsanleitung jederzeit erneut abrufen (vgl. Abb. 9).


Abb. 1: Informationspunkt in SMART Notebook [3]

In der Anleitung werden jedoch nicht alle Geräte explizit genannt. An einige sollen die Schüler selbstständig denken. Bei der Herstellung des Rotkohlauszuges betrifft dies ein Messer, einen Trichter und einen Faltenfilter. Auch der Brenner, der Vierfuß mit Ceranplatte und der Gasanzünder werden nicht explizit erwähnt. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass alternativ auch Heizplatten verwendet werden können. Als Anhaltspunkt gibt die SMART Notebook-Datei den Schülern die Zahl der benötigten Geräte vor. Diese muss bei Verwendung einer Heizplatte jedoch abgeändert werden. Anhand der erstellten Liste dürfen sich die Schüler die benötigten Geräte holen. Mit der Liste der Chemikalien wird analog verfahren.

Anschließend soll der Versuchsaufbau mit Hilfe von vorgegebenen Illustrationen [7] grafisch dargestellt werden. Unter den Abbildungen befinden sich auch Distraktoren, um die Schüler zum Nachdenken anzuregen und ihnen so effektiv fachgemäße Arbeitsweisen zu vermitteln. Als Alternativen zur Befestigung des Trichters können die Schüler z.B. neben einem Ring auch eine nicht fachgemäße Stativklemme wählen. Die Sammlungsdatei dieser Darstellungen wird beim Download automatisch in die Galerie in den Ordner „Meine Inhalte“ eingefügt. Um die Abbildungen aus der Galerie auf die aktuelle Seite zu ziehen, muss man gegebenenfalls von der Vollbild-Ansicht in die Standard-Ansicht wechseln. Den Schülern ist bei Bedarf zu zeigen, wie eine Abbildung gedreht und ihre Größe verändert werden kann. Eine mögliche Darstellung eines Versuchsaufbaus zeigt Abb. 10.


Abb. 2: Darstellung des Versuchsaufbaus zur Herstellung eines Blaukraut-Auszuges [3]

Erst nach dem virtuellen Versuchsaufbau beginnt das eigentliche Schülerexperiment. Der grafisch dargestellte Versuchsaufbau wird während dessen an der interaktiven Tafel angezeigt, um den Schülern, zusätzlich zu der Anleitung am Platz, eine Gedächtnisstütze zu bieten. Während des Abkühlens des Rotkohl-Auszuges werden einzelne Schüler von der Lehrkraft aufgefordert, ihre Beobachtung und die Deutung an der interaktiven Tafel zu notieren.

Bei dem zweiten Teilversuch sollen die Schüler verschiedene Prüflösungen mit Hilfe des frisch hergestellten Rotkohl-Auszuges untersuchen. Ziel dieses Versuchsteils ist es zunächst nur, dass die Schüler erkennen, dass unterschiedliche Substanzen eine unterschiedliche Färbung des Rotkohl-Auszuges bewirken. Die Ursache wird in der folgenden Stunde geklärt. Aus diesem Grund beschränkt sich das Experiment auch auf qualitative Aspekte, eine pH-Wert-Bestimmung ist nicht vorgesehen. Um einen Alltagsbezug herzustellen, werden die zu prüfenden Substanzen so gewählt, dass sie den Schülern möglichst aus dem Haushalt bekannt sind. So sollen die Schüler zu weiteren Untersuchungen zu Hause motiviert werden.
Die Schüler führen eine arbeitsteilige Gruppenarbeit durch. Dazu wird die Klasse in Gruppen (maximal drei bis vier Personen) aufgeteilt, die entweder die Prüflösungen A oder B untersuchen:

Prüflösungen A:

  • Kernseife in destilliertem Wasser,
  • Spülmittel in destilliertem Wasser,
  • Zucker in destilliertem Wasser,
  • Essigessenz und
  • Essig.

Prüflösungen B:

  • Hirschhornsalz (Ammoniumhydrogencarbonat) in destilliertem Wasser,
  • Natron (Natriumhydrogencarbonat) in destilliertem Wasser,
  • Kochsalz in destilliertem Wasser,
  • Apfelsaft und
  • Zitronensaft. [nach 6, 8, verändert]

Die Prüflösungen werden so auf die Gruppen verteilt, dass jede Gruppe jeweils alkalische, neutrale und saure Prüflösungen untersucht. Auch sollte jede Gruppe mit einem Gefahrstoff in Kontakt kommen, um Sicherheit im Umgang mit derartigen Substanzen zu entwickeln und Angst abzubauen. Bei dem Vergleich von Apfelsaft mit Zitronensaft und Essig mit Essigessenz sollen die Schüler die Färbungen von Rotkohl-Auszug durch Säuren unterschiedlicher Konzentrationen kennen lernen. Die Tatsache, dass es unterschiedliche Salze gibt, deren Lösungen auch nicht übereinstimmende Färbungen verursachen, also verschiedene pH-Werte aufweisen, kann bei der Besprechung des Themas „Salze“ erneut aufgegriffen werden. Wichtig hierfür ist, dass die verwendeten Salze auch Reinstoffe sind. Als weiterer neutral reagierender Stoff wird Zucker, also Saccharose, untersucht. Der Vergleich von Spülmittel und Kernseife verdeutlicht im Nachhinein die große Alltagsbedeutung von Säuren und Laugen. So kennt wahrscheinlich jeder Schüler die Bezeichnung „pH-hautneutral“ auf vielen Spülmitteln und Körperpflegemitteln. Abschließend werden die Ergebnisse aller Schüler an der interaktiven Tafel gesammelt und verglichen.

Bei der Auswahl der Prüflösungen ist außerdem von Bedeutung, dass mit dem Rotkohl-Auszug nur Rot-, Violett- und Blau-Töne erhalten werden. Anhand der Färbungen soll schließlich der Unterschied zwischen Säuren und Laugen erarbeitet werden. Mehr als zwei Färbungen inklusive ihrer Mischfarben wären für das Verständnis hinderlich. Die allgemeine Vorgehensweise entspricht der des ersten Teilversuches.

Bei der Auswertung erfahren die Schüler die Problematik der subjektiven Wahrnehmung der Farben. Darauf aufbauend kann im weiteren Verlauf des Unterrichts der Sinn des pH-Wertes erarbeitet werden.

Bei der Darstellung der Versuchsaufbauten leistet die interaktive Tafel wertvolle Dienste. Die vorgegebenen Abbildungen müssen nur in die aktuelle Seite eingefügt, skaliert und positioniert werden. Die Ergebnisse der arbeitsteilig durchgeführten Gruppenarbeit können auf unkomplizierte Art und Weise an der interaktiven Tafel gesammelt und den Schülern digital zur Verfügung gestellt werden. Positiv an dieser Vorgehensweise ist auch, dass die Schüler automatisch ein Protokoll erstellen, das ihnen zur Wiederholung dienen kann. Das unbegrenzte Platzangebot sorgt zudem für Übersichtlichkeit und permanente Verfügbarkeit der gesammelten Daten.

Nähere Hinweise zur praktischen Durchführung finden sich in der Lehrerhandreichung.


Download:
Säuren und Laugen (mit Lösungen)
Säuren und Laugen (ohne Lösungen)
Bildgalerie für SMART Notebook
Lehrerhandreichung (Powerpoint-Datei)


Didaktik der Chemie

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de

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