Einführung . . . 2 Mobbing auf der Spur . . . 3
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Mobbing auf der Spur
Didaktische Hinweise
Lehrplanbezug
• Eigenschaften von Stoffen (Gemische, Reinstoffe, Löslichkeit)
• Trennen von Stoffgemischen
• Chromatografie Vorwissen
Um die Versuche im Schülermaterial mithilfe der Tipps durchzuführen, benötigen die Schüler keinerlei Vorwissen.
Wenn sie selbstständig auf die Lösung des Falles kommen sollen, müssen sie das Verfahren der Chromatografie bereits kennen und eine korrekte Vorstellung zu den Begriffen „Reinstoffe“ und „Stoffgemische“ haben. Um zu verstehen, auf welchen Ursachen die Trennung der verschiedenen Farbstoffe während der Papierchromatografie beruht (Aufgabe 6), benötigen die Schüler einen Einblick in die chemischen und physikalischen Eigenschaften verschiedener Stoffe (Löslichkeit, Adsorption).
Ausweitung
In den einzelnen Versuchen werden ausschließlich chromatografische Trennverfahren beschrieben, die die Schüler auch zu Hause durchführen könnten. Die Versuchsanleitungen zu Aufgabe 4 und 5 geben den Schülern Freiraum, die chromatografische Trennung zu variieren, z. B. andere Fließmittel zu testen. Es gibt sehr viel Literatur zu chromato- grafi schen Trennungen der Blattfarbstoffe (z. B. aus Petersilie oder Spinat), der Paprikafarbstoffe (aus Paprikapulver), der Farbstoffe aus Gummibärchen usw., für die man jedoch Lösungs mittelgemische als Extraktionsmittel und als Laufmittel benötigt. Aufgrund der Lösungs mitteldämpfe sollen diese Versuche nur im Chemielabor unter dem Abzug gemacht werden.
Bildungsstandards
Bezug zu den Aufgaben und Anforderungen beim Fall „Mobbing auf der Spur“
Standards für die Kompetenzbereiche des Faches Chemie
Die Schülerinnen und Schüler …
… entnehmen dem Text die Information, dass der Stift des Täters mit den Stiften der „Verdächtigen“ verglichen werden und die Zusammensetzung der Farbe analysiert werden muss,
Che E 1: … erkennen und entwickeln Frage stellungen, die mit Hilfe chemischer Kenntnisse und Untersu- chungen, insbesondere durch chemische Experimente zu beantworten sind,
… wenden ihre Kenntnisse des Trennverfahrens der Papierchromatografie auf den beschriebenen „Fall“ an,
… wandeln das bekannte Verfahren der Rundfilter- Chromatografie so ab, dass sie den „Fall“ durch das neue Versuchsdesign lösen können,
… entwickeln spielerisch weitere Verfahren zur Tren- nung von Farbstoffgemischen (Lebensmittelfarben, Farben aus Textlinern) durch Papier- und Säulenchro- matografie,
Che E 2: … planen geeignete Untersuchungen zur Überprüfung von Vermutungen und Hypothesen, Che E 3: … führen qualitative und einfache quantitative experimentelle und andere Untersuchungen durch und protokollieren diese,
Che B 4: … entwickeln aktuelle, lebensweltbezogene Fragestellungen, die unter Nutzung fachwissenschaft- licher Kenntnisse der Chemie beantwortet werden können,
… wenden ihre grundlegenden Kenntnisse zu Stoff- eigenschaften an, um die chromatografische Trennung verschiedener Stoffe zu erklären.
Che F 1.4: … verwenden Bindungsmodelle zur Inter- pretation von Teilchenaggregationen, räumlichen Struk- turen und zwischenmolekularen Wechselwirkungen.
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Fachinformation
Die Trennung von Stoffgemischen durch Chromatografie
Der Begriff Chromatografie leitet sich ab von den griechischen Begriffen chromos (Farbe) und grafein (schreiben).
Chromatografische Trennverfahren sind physikalisch-chemische Techniken zur Trennung von Stoffgemischen.
Man benötigt zur Chromatografie stets zwei „Phasen“: Die eine Phase ist „ruhend“, man bezeichnet sie als stati- onäre Phase. Die stationäre Phase in den verwendeten Versuchen ist Papier oder Tafelkreide. Die zweite Phase ist
„beweglich“, sie ist die sogenannte mobile Phase. Hier werden als mobile Phase Wasser oder Gemische aus Wasser und Brennspiritus verwendet. Die mobile Phase durchwandert aufgrund der Kapillarkräfte die stationäre Phase. Sie wird deswegen auch als Laufmittel oder Fließmittel bezeichnet.
Für die Trennung wird das zu trennende Stoffgemisch auf die stationäre Phase aufgebracht. Diese wird so in das Laufmittel gestellt, dass sie vom Laufmittel durchwandert werden kann. Obwohl alle zu trennenden Stoffe im Laufmittel löslich sind, werden sie während der Wanderung der mobilen Phase mit verschiedener Geschwindigkeit transportiert. Es gibt Stoffe, die mit der Front des Laufmittels mitlaufen, andere dagegen werden weniger gut oder kaum vom Startpunkt wegtransportiert.
Die Trennung der verschiedenen Stoffe im Stoffgemisch beruht darauf, dass sich die einzelnen Stoffe in ihrer Wech- selwirkung zwischen der mobilen und der stationären Phase unterscheiden. Langsam transportierte Stoffe „halten sich stärker an der stationären Phase fest“, d. h., sie adsorbieren stärker an die stationäre Phase. Daher werden diese Stoffe vom Laufmittel „schlechter“ abgelöst und mitgeführt.
Diese verschiedenen „Adsorptionsgleichgewichte“ sind typische Eigenschaften der Stoffe. Für ein bestimmtes Trägermaterial der stationären Phase und ein bestimmtes Laufmittel ist der Quotient aus der Wanderungsstrecke des Stoffes und der des Laufmittels eine für den Stoff charakteristische Größe. Sie wird Rf-Wert genannt und dient in der Wissenschaft zur Identifizierung des Stoffes.
Papierchromatografie
Unter den vielen chromatografischen Verfahren (Dünnschichtchromatografie, Gaschromatografie, HPLC …) ist die Papierchromatografie mit Papier als stationärer Phase für den naturwissenschaftlichen Anfangsunterricht wohl am besten geeignet. Obwohl nur mit saugfähigem Spezialpapier als Träger eine ausreichende Trennschärfe zwischen den Stoffen des Gemisches erreicht werden kann, eignet sich dieses Verfahren auch mit normalem Papier oder Filterpapier dazu, Schüler mit dem Prinzip der chromatografischen Trennung bekannt zu machen.
Bei der Papierchromatografie unterscheidet man die aufsteigende Papierchromatografie und die Rundfilter-Papier- chromatografie:
Die aufsteigende Papierchromatografie benutzt als Trägermaterial (stationäre Phase) ein rechteckiges Stück Papier, das in einem ausreichen hohen Gefäß so befestigt ist, dass es beim Befeuchten mit dem Laufmittel (mobile Phase) nicht zusammenfallen kann. Das zu trennende Stoffgemisch befindet sich etwa 2 cm oberhalb des unteren Randes des rechteckigen Papiers. Das Laufmittel steht etwa 1 cm hoch im Gefäß, das Papier taucht mit dem untersten Rand hinein. Das Laufmittel durchläuft die stationäre Phase vertikal nach oben.
Bei der Rundfilter-Papierchromatografie ist die stationäre Phase ein rundes Papier. Das zu trennende Stoffgemisch wird in einen Kreis um das Zentrum des Papiers aufgebracht. Der Kreis hat etwa 2 cm Durchmesser. Im Zentrum des Papiers befindet sich ein zusammengerolltes Stück saugfähiges Papier als „Docht“. Dieser Docht taucht in ein Gefäß mit dem Laufmittel ein. Auf dem Rand des Gefäßes liegt das Papier auf. Das Laufmittel durchläuft das runde Papier radial nach außen in horizontaler Richtung.
Wichtig bei der Durchführung beider Verfahren ist,
• dass die zu trennenden Stoffgemische nicht in das Laufmittel eintauchen,
• dass die zu trennenden Stoffgemische in möglichst „kleinen“ Flecken auf das Papier aufgetragen werden,
• dass man für eine möglichst hohe Sättigung des Laufmittels in der Umgebung der stationären Phase sorgt,
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Runge-Bilder
In Aufgabe 4 werden Vorläufer der sogenannten „Runge-Bilder“ in vereinfachter Form produziert.
Der Chemiker Friedlieb F. Runge (1794–1867) war begeistert von seinen „Bildern, die sich selbst malen“. Runge verwendete Papier, welches er mit Salzen oder anderen Stoffen imprägniert hatte. Er tropfte darauf einen anderen Stoff, der mit dem ersten Stoff zu einem Produkt reagiert. Häufig hatte das Produkt eine andere Farbe als die beiden Ausgangsstoffe. Durch die Kapillarkräfte des Papiers verteilte sich der zweite Stoff bzw. das Produkt mehr oder weniger kreisförmig. Dabei entstanden seine bunten „Professorenkleckse“.
Runge erkannte und beschrieb bereits 1850 eine wichtige Eigenschaft von Löschpapier: „Vermöge seiner Haarröhr- chenkraft zerlegt es nämlich einen darauf gebrachten Tropfen auf der Stelle in seine Bestandteile …“ Runge-Bilder gelten als Vorläufer der Papierchromatografie.
Seine Vorgehensweise – auch ohne dass eine chemische Reaktion auf dem Papier stattfindet – ist sehr gut dazu geeignet, Schüler mit dem Prinzip der Papierchromatografie vertraut zu machen: Das Papier wird im Zentrum mit einem Tropfen Lebensmittelfarbe imprägniert. Dann gibt man einen Tropfen Laufmittel auf das Zentrum und wiederholt dies immer wieder. Lösungsmittelfarben sind häufig Farbstoffgemische, die sich so auftrennen lassen.
Auch farbige Überzüge von Süßigkeiten (z. B. Smarties) enthalten Lebensmittelfarben.
Die Bilder in den Tipp- und Lösungskarten wurden mit Lebensmittelfarben „Crazy Colors“ (Brauns-Heitmann GmbH
& Co.KG, Warburg) erzeugt. Verwendet wurden Blau, Grün und Violett.
Literaturhinweise
• G. Meyendorf: Chemische Schulexperimente. Band 1: Geräte, Chemikalien und Arbeitstechniken. Harri Deutsch, 1983, S. 289–293
• P. Grob: Einfache Schulversuche zur Lebensmittelchemie. In: W. Bleichroth, H. Gruppe und H. Schmidkunz (Hrsg.):
Unterrichtshilfen Naturwissenschaften. Aulis Verlag Deubner, 1996, S. 111–112
• G. Harsch und H. H. Bussemas: Bilder, die sich selber malen. Der Chemiker Runge und seine „Musterbilder für Freunde des Schönen“ – Anregungen zu einem Spiel mit Farben. Aulis Verlag Deubner, 2003, S. 64–75
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Mobbing auf der Spur
„Schau mal, sie ist schon wieder so blass.“ Katrin sprach leise über ihre Arbeit gebeugt mit ihrer Nachbarin. „Ja, genau, das ist mir auch schon aufgefallen. Vielleicht gefällt es ihr immer noch nicht bei uns.“ Verstohlen blickte Jenny zu ihrer Mitschülerin, die am Fenster in der zwei- ten Reihe saß.
„Naja, nach sieben Monaten könnte sie sich ja langsam mal an ihre neue Schule gewöhnen.“
„Eben, so schlecht ist es hier auch nicht. Außerdem hab ich mich zu Beginn des Schuljahres echt um sie gekümmert. Und zwar nicht bloß, weil mich die Meier dazu verdonnert hat, son- dern weil ich echt neugierig war auf sie.“
„Ich finde das auch krass. Wir laufen hier alle bauchfrei rum und können machen, was wir wol- len, und die Leyla darf nix und trägt Kopftuch.“
Katrin und Jenny versuchten, sich wieder auf ihre Zeichenblöcke zu konzentrieren. Auch wenn Herr Rinsmann, ihr Kunstlehrer, während der Unterrichtsstunde offensichtlich blind und taub war, war er berüchtigt dafür, schlechte Arbeiten vor der ganzen Klasse genüsslich zu zerpflü- cken. Und sie hatten nur noch die Stunde nach der Pause, um ihre „Komposition in rund und eckig“ fertigzustellen.
Es läutete. Innerhalb von zwei Minuten standen die Mädchen der 7c in der Aula in ihrer Lieb- lingsecke.
„Hey, Svenja, was denkst du, ist mit Leyla los?“
„Keine Ahnung, mir ging’s auch schlecht, wenn ich so uncool rumlaufen müsste!“
„Du bist so blöd, Svenja. Und du willst Klassensprecherin bleiben?“
„Okay, okay, ist ja schon gut!“
„Leyla, komm doch mal her!“ Svenja ergriff die Initiative und ging auf ihre Mitschülerin zu.
− „Wie geht’s dir mit der dämlichen Zeichnung? Also mich nervt der Rinsmann mit seinen blöden Ideen total.“
Die drei Mädchen erschraken, als Leyla in Tränen ausbrach. Katrin legte den Arm um sie und wirkte ziemlich hilflos.
Svenjas kleiner Bruder aus der sechsten Klasse stand plötzlich neben den Mädchen und zog Svenja am Arm. „Nee, du hast mir gerade noch gefehlt! Zieh ab, du siehst doch, ich hab keine Zeit für dich!“
Markus wollte sich eigentlich nur einen Euro für den Pausenverkauf leihen. Er war den Um- gangston seiner großen Schwester gewohnt und dachte nicht daran, zu verschwinden. Svenja ließ ihn links liegen.
Inzwischen hatte sich Leyla etwas beruhigt. Nach einigem Hin und Her erzählte sie den drei Mädchen, was los war. In der Woche nach den Weihnachtsferien fing es an. Nach der ersten
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schmiert und gestern war ein dicker fetter Strich quer über ihrer Deutsch-Schulaufgabe, die sie in der 4. Stunde von Frau Meier zurückbekommen hatten. Leyla sagte, sie fürchtet sich. Viel- leicht bleibt es ja nicht bei den Schmierereien, ihren Bruder hätten sie schon mal verprügelt.
Sie hatte Angst.
„Das ist ja echt krass! Das gibt’s ja nicht! Aber es muss ja sogar jemand aus unserer Klasse sein!
Na, wenn ich den erwische!“ Svenja regte sich fürchterlich auf.
Katrin hatte plötzlich ein ungutes Gefühl „Vielleicht hat er – oder sie! – ja schon wieder zuge- schlagen und Leylas Zeichnung kaputt gemacht!“ − „Aber der Zeichen saal wurde zugeschlos- sen, ich bin direkt vor Herrn Rinsmann raus!“, meinte Jenny.
„Bist du sicher?“ − Leyla hatte schon wieder Tränen in den Augen.
„Ich schau mal nach!“ Markus bot seine Hilfe an. „Ich sag der Pausenaufsicht, ich hätte gestern meinen Malkasten im Zeichensaal vergessen.“ Svenja wirkte unschlüssig. „Was soll das bringen?
Naja, tu, was du nicht lassen kannst.“
Fünf Minuten später war Svenjas kleiner Bruder wieder da. „Frau Süß hat mir aufgesperrt. Ich hab Leylas Block!“
„Oh nein, nicht schon wieder! Dieser Sch…typ!“ Die Mädchen starrten entgeistert auf den Block.
Mit einem schwarzen dicken Filzstift stand in großen Lettern und offensichtlich sehr hastig geschrieben: „Raus mit dir“.
„Wir müssen rausfinden, wer das geschrieben hat!“, meinte Katrin.
„Wie willst du das machen? Das ist ja keine Schrift, eher ein Geschmiere!“ Svenja zog ihre Stirn kraus.
Markus tippte seine Schwester an und sagte: „Frau Süß hat mich ganz alleine im Zeichensaal suchen lassen. Erst war sie genervt, weil sie ‚schon wieder‘ aufsperren musste. Sie hat aber nicht gesagt, wem sie aufgesperrt hat, und ich wollte sie nicht misstrauisch machen. Ich hab alle schwarzen dicken Filzstifte mitgenommen, die rumlagen. Und mir gemerkt, von welchen Plätzen sie stammen. Insgesamt sind es nur vier Stück!
„Na super, jetzt klaust du auch noch!“ Svenja gab ihrem Bruder einen Klaps.
Jenny meinte: „Mensch Markus, wenn du Frau Süß gefragt hättest, wer vor dir im Zeichensaal war, wüssten wir jetzt, wen wir suchen!“
Markus ließ sich nicht beirren: „Nö, wir wüssten es nicht, der oder die könnte sich zumindest leicht rausreden. Und von wegen klauen, ich hab Beweismittel beschlagnahmt. Und ich weiß auch schon, wie wir rausfinden können, mit welchem Stift Leylas Zeichnung beschmiert wor- den ist. Wir haben da was Tolles in unserer AG Experimentieren gemacht.“
„Na dann zeig mal, was du kannst, Einstein!“
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