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GERADE RICHTIG WASCHENModerne Waschmaschinen und Waschmittel erleichtern den Reinigungsprozess unserer Wäsche. In der vorlie-genden Unterrichtseinheit erfahren SchülerInnen mehr über die chemischen und physikalischen Komponenten des Waschganges.

Material:

Overheadfolie 1: (1 Seite): Der Waschkreis

Arbeitsblatt 1: (2 Seiten): Von der Seife zum Kompaktwaschmittel - Die Geschichte der Waschmittel Overheadfolie 2: (1 Seite): Die Grenzflächenaktivität Overheadfolie 3: (1 Seite): Ein Tensid und seine Wirkung

Overheadfolie 4: (1 Seite): Die waschaktive Leistung der Tenside

Arbeitsblatt 2: (2 Seiten): Experimente mit Spülmitteln Overheadfolie 5: (1 Seite): 4 Arten von Tensiden

Arbeitsblatt 3: (3 Seiten): Tensid-Test Arbeitsblatt 4: (1 Seite): Waschmittel-Inhaltsstoffe

Overheadfolie 6: (1 Seite): Ionen-Austauscher Overheadfolie 7: (1 Seite): Optische Aufheller Overheadfolie 8: (1 Seite): Enzyme

Arbeitsblatt 5: (1 Seite): Rätsel: Weg mit dem T-Shirt-Fleck!

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Arbeitsblatt 6: (1 Seite): Voll oder spezial? Fest oder flüssig? Arbeitsblatt 7: (2 Seiten): Welches wäscht wie?

Arbeitsblatt 8: (1 Seite): Optimal waschen mit der Waschmaschine

Lernziele

- Einfluss der Wasserhärte und der Temperatur in der Waschmaschine

- Inhaltsstoffe von Waschmitteln und ihre Wirkungsweise - Optimales Waschen mit der Waschmaschine - Wirkungsweise von waschaktiven Substanzen

Overheadfolie 1: Der Waschkreis: Auf das richtige Verhältnis kommt es an! Waschkreise für 90 Grad und 60 Grad Celsius Wäsche werden miteinander verglichen. Ergebnis:

Folgendes ist erkennbar: Beide Wäschen werden in Trommelwaschma-schinen gewaschen. Die mechanische Arbeit ist ungefähr gleich. Da die 60°-Celsius-Wäsche aber bei niedrigerer Temperatur gewaschen wird, ändern sich auch die anderen Faktoren. Der Faktor „Zeit“ wird kürzer, da es weniger lange dauert, Waschwasser auf 60 Grad Celsius zu erhitzen als auf 90 Grad Celsius. Das ist deshalb möglich, weil heutige Waschmittel ein besseres Waschergebnis erzielen.

Arbeitsblatt 1: Von der Seife zum Kompaktwaschmittel Die richtigen Antworten sind: 1B, 2B, 3C, 4A, 5C, 6B, 7A, 8B, 9C

Zur Geschichte des Waschmittels:

Das „Seifenzeitalter“Als ältestes „Waschmittel“ gilt Wasser. Schon vor 5000 Jahren wurde dessen Waschkraft durch chemische Zusätze verbessert. Die Sumerer setzten das erste chemische Produkt ein: In Mesopotamien wurde auf einer Tontafel in Keilschrift eingeritzt ein Seifenrezept gefunden (1 Liter Öl und 5 1/2 Liter Pottasche werden vermischt und erhitzt).

Die Alkaliquelle der Römer war vergorener Urin. Als Kaiser Vespasian Steuern von dem ertragreichen Geschäft der Wäscher eintreiben wollte, formulierte er den bekannten Spruch: „Geld stinkt nicht!“ („Pecunia non olet“). Die Römer übernahmen das Seifenrezept von den Galliern, ver-wendeten Seife aber anfänglich als Heilmittel und Haarfestiger.

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Mit den Arabern kam im 7. Jh. auch das Seifenrezept nach Europa: In Spanien und Italien entstanden bedeutende Herstellungszentren. Die Seife wurde oft mit Pflanzenduftstoffen versetzt und von den Reicheren zu kosmetischen Zwecken und als Heilmittel (- viele Krankheiten waren auf den Mangel an Hygiene zurückzuführen -) verwendet.

Wäschewaschen wurde erst im Zeitalter der beginnenden Industrialisie-rung modern, doch die Rohstoffe Talg und Holzasche wurden knapp. Erst die chemische Untersuchung der Fette (durch Chevreul) und die Erfindung der künstlichen Soda-Herstellung (durch Leblanc und Solvay) ermöglichten die industrielle Massenproduktion von Seife im 19. Jh. 1907 kam das erste Vollwaschmittel namens „Persil“ (bestehend aus Seife, Soda, Perborat, Silikat) auf den Markt.

Das „Tensidzeitalter“Erst 1932 gelang die Herstellung des ersten synthetischen Tensids „Fettalkoholsulfat“ R - OSO3Na. Durch den Einzug der Waschmaschine in die meisten Haushalte und den damit einhergehenden gestiegenen Waschmittelverbrauch kam es zu ökologischen Problemen. Die Schaum-berge in den Flüssen und Seen wurden durch das biologisch schwer abbaubare stark verzweigte Tetrapropylenbenzolsulfonat verur-sacht, das schließlich durch das gut biologisch abbaubare Alkylben-zolsulfonat abgelöst wurde. Der Euthrophierung der Gewässer wurde entgegengewirkt, indem statt Phosphat als Enthärter das neuartige umweltverträgliche Zeolith eingesetzt wurde. Durch den Einsatz von Enzymen und Bleichaktivatoren (z.B. TAED) konnte eine verbesserte Waschkraft schon bei niedrigen Temperaturen erzielt werden.

Overheadfolie 2: Die Grenzflächenaktivität

Der Begriff “Tensid” wird vom lateinischen Wort “tendere” (spannen) abgeleitet. Die Overheadfolie dient zur anschaulichen Erklärung der wichtigen Grundeigenschaft des Tensids: Durch die Herabsetzung der Grenzflächenspannung werden Schmutz und Faser besser von der Waschmittellösung benetzt.

Overheadfolie 3: Waschaktive Substanzen. Ein Tensid und seine Wirkung. Darstellung des Tensidmoleküls und seiner Wirkung auf ein Fettteilchen.

Overheadfolie 4: Die waschaktive Leistung der Tenside Das Schmutzablösevermögen einer Tensidlösung wird dargestellt: Schmutzteilchen und Faser werden von Tensidionen umhüllt. Der hydrophobe Teil des Tensids orientiert sich dabei in Richtung Schmutz bzw. Gewebe, der hydrophile Teil ragt in Richtung wässrige Lösung. Durch die Belegung der Grenzflächen mit Tensidionen wird der Schmutz von der Faser verdrängt. Tenside haben außerdem die Eigen- schaft, Molekülverbände zu bilden: Diese werden “Micellen” genannt.

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Mit Hilfe der mechanischen Bewegung der Waschmaschine wird der Schmutz ganz vom Gewebe gelöst und in kleinere Partikel geteilt. Auf diese Weise wird mit fetthaltigem Schmutz eine Emulsion gebildet.

Arbeitsblatt 2: Experimente mit Spülmitteln. Entspannt euch! Drei Experimente, die in fünf Minuten durchzuführen sind. Beobachtung: - Versuch 1 „Pfefferzauber“: Die Pfefferkörner sinken ab. Chemischer Vorgang: Das Spülmittel/die Tenside verringert/n die Oberflächenspannung des Wassers. - Versuch 2 „Spüli-Cocktail“: Mit Hilfe des Spülmittels/der Tenside können sich Fett und Wasser verbinden. Chemischer Vorgang: Es entsteht eine Emulsion.

- Versuch 3 „Zimt-Wunder“: 1: Zimt lässt sich nicht entfernen, das heraustropfende Wasser ist klar

2: Heraustropfendes Wasser ist trüb, das Zimtpulver lässt sich teilweise entfernen. Chemischer Vorgang: Die Tenside im Spülmittel haben die Zimtteilchen erst benetzt und danach zerkleinert. So können diese teil-weise durch die Filterporen gelangen.

Overheadfolie 5: 4 Arten von Tensiden Für den Waschvorgang sind 4 Tensidarten von Bedeutung:

1. Anionische Tenside

2. Kationische Tenside

3. Amphotere Tenside

4. Nichtionische Tenside

1. Anionische Tenside kommen in Seifen, Syndets sowie in allen Waschmitteln vor. Seife beispielsweise besteht nur aus anionischen Tensiden. Sie wirkt gut bei hohen Temperaturen und weichem Wasser. Nachteil: Bei hartem Wasser bildet sich der typische Grauschleier. Mit der Weiterentwicklung von Seife zu Syndets sind anionische Tenside heute unabhängig von Wasserhärte und wirken bei allen Temperaturen.

2. Kationische Tenside werden in Weichspülern verwendet, um die Fasern weich und antistatisch zu machen.

3. Amphotere Tenside wie z.B. Alkylbetaine sind gut hautverträglich. Als Spezialisten werden sie in einigen Spezialwaschmitteln eingesetzt.

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4. Nichtionische Tenside wie z.B. Alkylpolyglykolether (Fettalkoholoxethylate) wirken gut bei niedrigen Temperaturen und sind zur Reinigung synthetischer Stoffe geeignet.

In den modernen Waschmitteln werden unterschiedliche Tensidarten eingesetzt, um ein möglichst breites Wirksamkeitsspektrum zu erreichen. Ein Teil der Tenside wird auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt, z.B. aus Kokos- oder Palmöl, Mais oder Zucker.

Arbeitsblatt 3:Tensid-Test

Die Lösungen:

AnionischeTenside

WaschaktiverMolekülteil ist

elektrisch negativgeladen

bei allen TemperaturenAusnahme: Seife

KationischeTenside

WaschaktiverMolekülteil ist

elektrisch positivgeladen

In Weichspülern

NichtionischeTenside

WaschaktiverMolekülteil ist

elektrisch ungeladen

Bei niedrigenTemperaturen und für

synthetische Materialien

AmphotereTenside

Nehmen je nach ph-Wert eine positive oder

negative Ladung an oder sind elektrisch

neutral

In einigen Spezialwaschmitteln

Flüssige Vollwaschmittel enthalten mehr Tenside und sind wirksa- mer. Bei Kompaktwaschmitteln werden Füllstoffe weggelassen. Diese sind damit weniger belastend für die Umwelt.

Arbeitsblatt 4: Waschmittel-Inhaltsstoffe. Jede Menge Helfer. Darstellung von Waschmittel-Inhaltsstoffen

Overheadfolie 6: Ionen-Austauscher

Früher wurde Natriumphosphat Na5P3O10 verwendet. Heute ist Zeolith

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ein wichtiger Phosphatersatzstoff. Die Abbildung zeigt Zeolith 4A mit der Formel xNa2O.Al2O3 ySiO2.zH2O. Der Zeolith-Kristall wirkt als Ionenaus-tauscher:

Ca2+-Ionen werden gegen Na+ -Ionen ausgetauscht. Um eine zusätzliche Komplexierung zu erzielen, werden in Waschmitteln Polymere als soge-nannte Cobuilder hinzugefügt. Die Polymere nehmen Ca- und Mg-Ionen auf, transportieren sie durch die Waschflotte und geben sie an den Ionenaustauscher Zeolith ab.

Overheadfolie 7: Optische Aufheller

Die Grafik verdeutlicht, wie die fluoreszierenden Stoffe in Vollwaschmit-teln die unsichtbaren UV-Anteile des Lichts in sichtbares Licht umwan-deln.

Overheadfolie 8: Enzyme

Enzyme wirken bei niedrigen Temperaturen - ihr effektiver Einsatz kann deshalb helfen, die Waschtemperatur und somit den Energieverbrauch niedrig zu halten. Bilder 1 und 2: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines neuen Baumwolltextils nach 25maligem Waschen bei 40°C ohne Cellu-lase und mit 0,5% Cellulase.

Arbeitsblatt 5: Rätsel: Weg mit dem T-Shirt-Fleck!

Methode: Als Wiederholung dient ein Rätsel, bei dem die SchülerInnen sich erinnern sollen, welche Aufgabe einzelne Waschmittelinhaltsstoffe haben und welche Art von Flecken sie bekämpfen. Lösung: T-Shirt 1: BLEICHMITTEL T-Shirt 2: ENZYME T-Shirt 3: OPTISCHER AUFHELLER T-Shirt 4: DUFTSTOFFE T-Shirt 5: TENSIDE T-Shirt 6: WASSERENTHÄRTER Das Lösungswort heißt: WÄRME

Ca- und Mg-Ionen

Na-Ionen

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Arbeitsblatt 6: Voll oder spezial? Fest oder flüssig?

Die Beschreibung der Waschmittel kann als Hilfe für Arbeitsblatt 7 oder als Ausgangspunkt für eigene Nachforschungen verwendet werden.

Arbeitsblatt 7:Welches wäscht wie?

Die SchülerInnen erarbeiten bzw. wiederholen wichtige Informationen rund um das Thema Waschmittel: von der Einteilung der unterschiedli-chen Waschmitteltypen, über den Vergleich pulverförmiger und flüssiger Vollwaschmittel bis hin zu den Inhaltsstoffen unterschiedlicher Wasch-mittel und die richtige Dosierung.Lösung:Vollwaschmittel sind: pulverförmige Waschmittel, flüssige Waschmittel, KompaktwaschmittelSpezialwaschmittel sind: Colorwaschmittel, Feinwaschmittel (flüssig), Wollwaschmittel, Handwaschmittel, GardinenwaschmittelDie Tabelle der unterschiedlichen Waschmittel kann auch zur Ergebnissi-cherung eigener Nachforschungen der SchülerInnen verwendet werden.

AnionischeTenside

NichtionischeTenside

KationischeTenside

Enthärter Bleichmittel EnzymeOptischeAufheller

PulverförmigeVollwaschmittel

x x x x x x

FlüssigeVollwaschmittel

x x x x x

Kompakt-waschmittel

x x x x x x

Colorwaschmittel x x x x x

Feinwaschmittel x x x

Wollwachmittel x x x

Weichspüler x

Kompaktwaschmittel werden in Abhängigkeit der Wasserhärte dosiert - der Verschmutzungsgrad ist der Ausschlag gebende Gradmesser. Bei einer Menge von 4 - 5 kg Trockenwäsche (normaler Verschmutzung) sind rund 75 g Waschpulver notwendig. 1980 waren - im Vergleich dazu - noch 245 g Vollwaschmittel notwendig.Tipp: Geben Sie Ihren SchülerInnen die Aufgabe, die Dosierungsanlei-tung ihres Waschmittels zu Hause zu notieren. Die unterschiedlichen Angaben können dann in der Klasse verglichen und diskutiert werden.

Arbeitsblatt 8: „Alles klar? Optimal waschen mit der Waschmaschine“ Auflösung des Lückentextes: Folgende Worte sind in dieser Reihenfolge in die Textlücken einzusetzen: Spartaste, Pflegehinweise, Wäschereinigung, weiches, harten, Wasserhärte, Teststäbchen.

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Zusätzliche Info: Der Waschprozess wird von vier Einflussfaktoren gesteuert:

Einfluss Wasserhärte: Bekanntlich eignet sich weiches Wasser besonders gut zum Waschen. Meistens ist das Wasser, das in unsere Waschmaschinen fließt, aber zu hart für einen optimalen Wascherfolg. Es hat sich auf seinem Weg durch geologische Horizonte in Gesteinsschichten mit Magnesium-, Calciumionen angereichert und ist so zu „hartem“ Wasser geworden. Treffen diese Ionen nun auf Seife, die ein Natriumsalz von Fettsäuren ist, bilden sie sogenannte Kalk- und Magnesiumseifen, die graue Flek-ken auf der Wäsche verursachen und auch Teile der Waschmaschine beschädigen können. (Verkalkung)

Je härter eine Wasserprobe ist, desto mehr Kalkseife bildet sich und

umso mehr Waschmittel muss hinzugefügt werden, bis das Wasser endlich schäumt! Um die Härte des Wassers zu senken und die Wasch-kraft zu verbessern, sind in Waschmitteln sogenannte Wasserenthärter enthalten.

Die Wasserhärte ist abhängig von den Regionen, aus denen das Wasser entnommen wird. (Die Wasserhärte ist in Regionen mit Kalkge-birgen meist höher als in Tieflandregionen.)

Man kann die Wasserhärte des eigenen Wassers beim örtlichen Was-serwerk erfragen oder mit Teststäbchen selbst bestimmen.

Wasserhärte wird in Grad dH („deutsche Härte“) angegeben, manche Hersteller verwenden auch mmol/l. Folgende Härtebereiche des Wassers unterscheidet man:

Wasserart Härte in °dH Weich bis mäßig hart 0 bis 10° Ziemlich hart 10 bis 16° Hart über 16° Einfluss „Waschaktive Substanzen“:

Waschaktive Substanzen (anionische und nichtionische Tenside) entfernen Schmutz und Flecken aus der Wäsche. Sie sind grenzflächenaktive Stoffe. Sie setzen die Oberflächenspannung des Wassers herab. Diese Eigenschaft wird in den Versuchen des Arbeits-blattes 2 demonstriert.

Je weniger Oberflächenspannung das Wasser hat, desto leichter kann es das Textilgewebe durchdringen. Jedes Tensidmolekül besteht aus zwei Teilen, die unterschiedlich auf das Wasser reagieren: einem wasserfreundlichen, hydrophilen „Kopf“ und einem wasserfeindlichen, hydrophoben „Schwanz“. (Siehe Abbildung „Tensidmolekül“ auf der Overheadfolie 2.)Wenn das Textilgewebe benetzt ist, strebt der wasserfeindliche Molekülschwanz des Tensids vom Wasser weg und tritt mit dem

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unpolaren Schmutz in Wechselwirkung. Der Schmutz wird in kleine Bruchstücke zerlegt, vom Tensidmolekül eingehüllt und so aus dem Textilgewebe gezogen.

Einfluss Wasch-Arbeit (Waschmaschine: Mechanik, Temperatur):In jedem Waschvorgang wird die Wäsche durch die Bewegung der Trommel mit Waschlauge durchflutet. Das Füllverhältnis bezeichnet das Verhältnis der Wäschemenge zum Trommelvolumen. Als Faustregel gilt: Zwischen Trommelwand und Wäsche soll eine aufgestellte Handbreite frei sein, um die optimale Bewegung der Trommel zu gewährleisten. Das Flottenverhältnis gibt das Verhältnis der Wäschemenge zum Was-servolumen an.

Die modernen Waschmaschinen haben heutzutage einen verringerten Wasserverbrauch (einst: 160 bis 200 Liter, heute: 40 bis 50 Liter pro Waschgang), und auch der Energieverbrauch wurde dadurch gesenkt, weil weniger Wasser aufgewärmt werden muss.Hinsichtlich der Temperatur kann man im Waschmaschinenprogramm zwischen 95, 60, 40 und 30 Grad Celsius wählen. Mit Hilfe moderner Waschmittel gelingt eine optimale Wäschereinigung bereits mit 60 Grad und weniger Temperatur. (Siehe dazu Overheadfolie 1.) Manche Wasch-mittelinhaltsstoffe wie Enzyme, die beispielsweise zum Entfernen von eiweißhältigen Substanzen wie Blut eingesetzt werden, sind nur bis zu einer Temperatur von 60 Grad aktiv.

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