Fachdidaktik Chemie ETH Trennmethoden S.

Amadeus Bärtsch 27. Sept. 2019

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Trennmethoden 8. Schuljahr: Stoffteilchen sortieren

Destillation Demonstrationsexperiment: Destillation von Rotwein oder Erdöl

Obwohl die Abbildung perfekt ist, ist sie unbrauchbar. Begründung:

Empfehlung: Schüler sollen die Apparatur skizzieren. Vorteile: Die Schüler setzen sich mit der Apparatur auseinander und lernen Wichtiges von Unwichtigem zu unterscheiden. Ich sehe sofort, was verstanden ist. Zudem passt die Skizze genau zur verwendeten Apparatur.

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Welche Temperatur hat die Heizung im Idealfall?

Fehlvorstellung: Die Heizung wird allmählich erhöht und genau auf 78 °C – den Siedepunkt von Ethanol – eingestellt.

Professionelle Antwort: Die Heizung wird auf 100 bis 120 °C eingestellt. In der Flüssigkeit des Rundkolbens beträgt die Temperatur 78 °C so lange Ethanol verdampft.

Brennsprit ist denaturierter Alkohol Brennsprit von Migros enthält 91,7 % Ethanol 5,8 % Wasser 2 % MEK (Methylethylketon, Butanon) 0,5 % MIBK (4-Methyl-pentan-2-on) (Mein Kollege Reto Beeli hat diese Angaben 2009 von Migros erhalten)

Chromatographie Labor: "Wir untersuchen das Grün der Pflanzen" und "Trennung der Blattfarbstoffe"

Die beiden Anleitungen sind auf der Plattform http://fdchemie.pbworks.com zugänglich.

Einschätzung der Anleitung "Wir untersuchen das Grün der Pflanzen"

Einschätzung der Anleitung "Trennung der Blattfarbstoffe"

Skizze an der Wandtafel als Zusammenfassung nach der Arbeit im Labor

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Filtration Welche Abbildung erklärt die Filtration besser? Allfällige Verbesserungsvorschläge?

Abb.1

Während die kleineren Teilchen durch die Löcher hindurch passen, bleiben die grösseren Teilchen im Sieb hängen

Abb. 2

Bei der Filtration wird die unterschied-liche Grösse der Teilchen ausgenützt. Kleine Teilchen passen durch den Filter, da ein Filter Löcher einer bestimmten Grösse aufweist, die Porengrösse

Abb. 3

Filter haben Poren

Mikroskopische Aufnahmen von Cellulosefasern (links) und PDVF-Fasern (rechts)

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Anwendungen der Trennmethoden Beispiele: • Destillation: Schnapsbrennen, Wasser entsalzen z. B. mit dem Watercone • Vakuumdestillation: alkoholfreies Bier • Eindampfen: Salzgewinnung • Kristallisation: Zucker herstellen • Zentrifugieren: Salat oder Wäsche schleudern • Filtration: Abwasserreinigung/Kläranlage, Abgiessen von Spaghettiwasser,

Staubfilter im Staubsauger, Hämofiltration, Bier filtrieren • Sedimentieren: Goldwaschen • Filtration/Sedimentieren: Mähdrescher (Weizen) • Dekantieren: Milchrahm abschöpfen für die Butter- resp. Rahmproduktion • Ionentauscher: Der „Britta-Wasserenthärter“ • Adsorption durch Aktivkohle: Gasmaske, Tabletten gegen Gifte • Extraktion und Filtration: Kaffee und Tee zubereiten • Extraktion von Coffein aus Kaffee

Einige Anwendungen finden Sie unter http://fdchemie.pbworks.com genau beschrieben.

Watercone: Deionisiertes Wasser herstellen

Watercone. Abbilddung: http://de.wikipedia.org/wiki/Solare_Meerwasserentsalzung (1.10.2014).

Kaffee machen

Filterkaffee Türkischer Kaffee: Dekantieren Moka-Maschine Nespresso Löslicher Kaffee

• Weshalb Bohnen rösten, mahlen und mit heissem Wasser übergiessen?

• Wo wird in den verschiedenen Verfahren filtriert?

• Entkoffeinierung mit Kohlendioxid

Schülerexperiment: Frische Bohne in einem Reagenzglas rösten

M. Duss

Zu beachten: Die Schülerinnen und Schüler mögen Kaffee im 8. Schuljahr noch nicht.

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Werkstattunterricht Trennmethoden zu Beginn des Grundlagenfachs Im Werkstattunterricht werden Posten mit verschiedenen Themen eingerichtet. Die Schülerinnen haben eine gewisse Wahlmöglichkeit und zirkulieren von Posten zu Posten. Ein Werkstattpass gibt Schülern und Lehrperson die nötige Übersicht.

Bsp. CSI Rämibühl: Kriminalistik im Laborunterricht nach einem halben Jahr Theorie

Inhaltsübersicht / Werkstattpass

Fall Nr. Thema Ort Zeitbedarf Aufgabe erfüllt?

1 Ertrunken: Mord oder Unfall? Labor

2 Vaterschaftstest: DNA-Analyse Zu Hause

3 Fahrerflucht: Wer ist der Täter? Zu Hause*

4 Achtung Dopingkontrolle Schulzimmer

5 Gasexplosion: Mord aus Eifersucht oder Unfall? Labor

6 Ein Checkfälscher Labor

7 Raubmord: Wer ist der Täter Labor

8 Leuchtendes Blut Labor

9 Wer hat geschossen? Labor

10 Unsichtbares sichtbar machen: Fingerabdrücke Labor

11 Vandalenakt: Wer war der Sprayer? Labor

* Erst lösen, wenn Kapitel 6 schon bearbeitet worden ist.

Auftrag 4 Studierende arbeiten in einer Gruppe zusammen und erhalten ein Exemplar der Werkstatt. Jede und jeder studiert die Einleitung und mindestens 2 Posten (ca. 15 Min.) Dann tauschen Sie sich so aus, dass Sie die ganze Werkstatt kennen lernen. (ca. 15 Min.)

Diskutieren Sie schliesslich die folgenden Fragen (ca. 10 Min.): • Welche Trennmethoden werden vorgestellt? • Würden Sie diese Werkstatt bei Anfängern oder bei Fortgeschrittenen verwenden? Welche

Voraussetzungen müssen die Schülerinnen mitbringen. • Bilden Sie sich eine Meinung: Gefällt Ihnen die Werkstatt? Haben Sie Vorbehalte? • Eine allgemeine Frage: Wann lohnt sich der Einsatz einer Werkstatt?

Wann ist eine Werkstatt angezeigt?

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Vorteile von Werkstattunterricht:

Nachteile von Werkstattunterricht:

Beispiel einer Werkstatt im Labor: Experimente zum Thema Druck Im Labor sind 6 Experimente aufgestellt. Die Schülerinnen im 8. Schuljahr zirkulieren frei und müssen 5 Experimente durchführen, die Beobachtungen notieren und mit einer Skizze im Teilchenmodell erklären. Die Anleitung mit dem Titel "Werkstatt Druck" finden Sie auf der Plattform http://fdchemie.pbworks.com. Die folgenden Fotos geben einen ersten Eindruck der Werstatt.

Ein Luftballon im Unterdruck einer Saugflasche

Eine Spritzflasche wird ins heisse Wasser gestellt

Eine mit Frischhaltefolie verschlossene Saugflasche wird evakuiert

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Gelungene Skizzen zur Filtration

Abb. 4 Tobias Kümin

Abb. 5 J. Kumar

Der Partikelfilter für Dieselmotoren ist ein Wandstromfilter. Es wird nicht der Siebeffekt ausgenützt, bei der die Poren kleiner sind als die zu filtrierende Partikel, sondern die Russteilchen werden durch Adhäsion an der porösen Wand festgehalten (Christian Huber).