Eine Interaktionsbox zum Thema „Vitamin C“

16. Eine Interaktionsbox zum Thema „Vitamin C”
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Eine Interaktionsbox zum Thema „Vitamin C“
Jolanda Hermanns, Potsdam
Niveau:
Sek. II
Dauer:
6 Unterrichtsstunden
Bezug zu den KMK-Bildungsstandards
Fachkompetenz: Anwendung und Verknüpfung der Inhalte der
Themenfelder „Säure-Base-Konzept“ und „Redoxreaktionen“ anhand
eines konkreten Beispiels aus dem Alltag: Vitamin C.
Erkenntnisgewinnung: Durchführen, Planen und Auswerten chemischer Experimente, Verknüpfung chemischer Inhalte mit biologischen und historischen Inhalten.
Kommunikation: Austausch und Diskussion über die Vorgehensweise
bei der Erarbeitung, Präsentation von Inhalten sowohl innerhalb der
Gruppe als auch vor der gesamten Lerngruppe.
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C
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S
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V
Bewertung: Relexion über die Erarbeitung, Diskussion über die
Bedeutung von Vitamin C.
Der Beitrag enthält Materialien für:
ü Offene Unterrichtsformen
ü Schülerversuche
ü Fachübergreifenden Unterricht
ü Diskussion
Hintergrundinformationen
Das Thema „Vitamin C“ spielt in unserem Alltag eine große Rolle. Vor allem im Winter,
wenn uns oft Erkältungen plagen, hört man, dass es günstig ist, Vitamin C zu sich zu
nehmen. Die Werbung verspricht uns, dass es dafür nicht unbedingt nötig ist, Obst
und Gemüse zu essen. Die einfache Einnahme von Nahrungsergänzungsmitteln wie
z.B. Vitamin-C-Brausetabletten soll ausreichen, um unseren Vitamin-C-Haushalt im
Gleichgewicht zu halten. Heutzutage treten Erkrankungen, die auf einen Vitamin-CMangel zurückzuführen sind, eher selten auf. In früheren Zeiten aber, vor allem im
Winter, war es sehr schwierig, genügend Vitamin C zu sich zu nehmen. Ein historisches
Beispiel für Vitamin-C-Mangel indet man bei den langen Seereisen der Seefahrer im
16. und 17. Jahrhundert. Skorbut war dort eine Krankheit, die immer mitfuhr.
Chemisch ist Vitamin C (Ascorbinsäure) eine interessante Verbindung, da es sowohl
Säure-Base-Reaktionen als auch Redoxreaktionen eingehen kann. Letztere Reaktionsart wird auch in der Lebensmittelindustrie ausgenutzt. Vitamin C wird dort als
Konservierungsstoff eingesetzt und verhindert die Oxidation bestimmter Inhaltsstoffe, wenn diese in Kontakt mit dem Luftsauerstoff gelangen.
Hinweise zur Didaktik und Methodik
Das Säure-Base-Konzept und Redoxreaktionen sind zwei große Themenfelder aus der
Sekundarstufe II. Das Thema „Vitamin C“ bietet die Möglichkeit, diese zwei Themenfelder zu verknüpfen und die Inhalte dieser Themenfelder an einem konkreten Beispiel
aus dem Alltag zu wiederholen. Durch die Erarbeitung der Inhalte mithilfe einer Interaktionsbox können die Schülerinnen und Schüler ihre Vorgehensweise selbstständig
planen und festlegen. Die Box bietet die Möglichkeit, Unterrichtsinhalte, die für die
Erarbeitung nötig sind, zu wiederholen oder zu festigen. Die verschiedenen Materialien (Experimente, Info-Texte, Gruppenpuzzle usw.) gewährleisten einen abwechslungsreichen und motivierenden Umgang mit der Thematik.
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II/H
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Materialübersicht
M1
Tx
So gehen Sie richtig mit der Interaktionsbox um
M2
Tx
Der Inhalt der Interaktionsbox
M3
SV
Vitamin C in Lebensmitteln – wer wird Testsieger?
· V: 5 min
r
verschiedene Lebensmittel
(Obst, Gemüse)
· D: 10 min
M4
SV
Frisch gepresst oder aus der Packung?
· V: 10 min
rgekaufter Orangensaft
rOrange (zum frisch Pressen)
rTillmanns Reagenz
rWasser dest.
r
Messer
· D: 30 min
M5
r
Obstpresse
r
10-ml-Pipette
r
Bürette mit Ständer
r
Erlenmeyerkolben
(250 ml)
r
Heizplatte
r
Schutzbrille
T
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C
SV
Vorher schälen oder später pellen? – Vitamin-C-Gehalt
in Kartoffeln
· V: 15 min
r
rohe Kartoffeln
r
Becherglas (500 ml)
r
Messer
r
Wasser
r
Vitamin-C-Teststäbchen
· D: 45 min
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M6
rAscorbinsäure
(Vitamin C) –
Teststäbchen
rMesser
r
Gasbrenner
r
Dreifuß mit Drahtnetz
r
Schutzbrille
r
Tipps zu M 5
Tx
Säure-Base-Konzept nach Brønsted
Tx
Redoxreaktionen
Ab
· D: 15 min
Ein Lückentext zu „Vitamin C“
M9
Tx
· D: 20 min
Ein Gruppenpuzzle zu „Vitamin C“
M 10
Tx
· D: 15 min
Vitamin C – was ist das eigentlich?
M 11
SV
Welche Eigenschaften hat Vitamin C? – Experimente
· V: 5 min
r
Ascorbinsäure (Vitamin C)
r
Wasser dest.
r
Natronlauge verd.
r
Phenolphthaleinlösung
r
Silbernitratlösung
,
M7
V
M8
· D: 20 min
II/H
r
Universalindikatorpapier
r
Spatel
r
Pipetten
r
Reagenzgläser
M 12
Tx
Vorschläge zur Präsentation Ihrer Ergebnisse
M 13
Tx
Glossar
Die Erläuterungen und Lösungen inden Sie ab Seite 19.
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M 2 Der Inhalt der Interaktionsbox
Das ist eure Interaktionsbox.
Der Inhalt lässt sich in drei Kategorien
unterteilen:
I.
Materialien
r M 1 bis M 13 (Texte, Wiederholungen, Experimente, Glossar) auf
buntem Papier und laminiert
r Tipps zu M 5 (in beschrifteten
Umschlägen)
Die Interaktionsbox ist mit allen nötigen
Materialien und Geräten bestückt
r Lösungen (in beschrifteten
Umschlägen)
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C
II.
Chemikalien / Experimentiermaterialien
I
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r Versch. Obst und Gemüse
r Orange
r Wasser dest.
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r Kartoffeln
r Vitamin-C-Teststäbchen
r Orangensaft
r Tillmanns Reagenz
r Wasser
r Natronlauge verd.
r Silbernitratlösung
,
r Ascorbinsäure (Vitamin C)
V
r Phenolphthaleinlösung
II/H
III.
Geräte
r Messer
r Obstpresse
r 10-ml-Pipette
r Bürette mit Ständer
r Erlenmeyerkolben (250 ml)
r Heizplatte
r Schutzbrille
r Becherglas (500 ml)
r Gasbrenner
r Dreifuß mit Drahtnetz
r Spatel
r Pipetten
r Reagenzgläser
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M 5 Vorher schälen oder später pellen? – Vitamin-CGehalt in Kartoffeln
Kartoffeln gehören zu unseren Grundnahrungsmitteln. Auch sie enthalten
Vitamin C. Um Kartoffeln zu genießen,
gibt es viele Zubereitungsmöglichkeiten: Salzkartoffeln, Pellkartoffeln,
Bratkartoffeln oder auch Pommes
frites.
Würde man sie roh essen, bekäme man
pro 100 g Kartoffeln etwa 20 mg Vitamin
C. Durchschnittlich 100 mg Vitamin C
sollte ein Erwachsener täglich zu sich
nehmen. Der Haken ist nur, dass man
Kartoffeln nicht roh essen sollte.
Also kochen, doch wie?
Schülerversuch:
Gehalt von Vitamin C in Kartoffeln
· V: 15 min
D: 45 min
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Gourmet Intern
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mit Pellkartoffel
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Chemikalien / Gefahrenhinweise
rrohe Kartoffeln
rBecherglas (500 ml)
rMesser
rVitamin-C-Teststäbchen
rWasser
A
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Geräte
r
Gasbrenner
r
Dreifuß mit Drahtnetz
r
Schutzbrille
r
Tipps zu M 5 (siehe Erläuterungen
und Lösungen, Seite 20)
Achtung: Schutzbrille tragen!
Entsorgung: Die Teststäbchen können über den Hausmüll entsorgt werden.
II/H
V
Aufgabe
Planen Sie ein Experiment, mit dem Sie die Behauptung des obigen Artikels einer
Kochzeitschrift überprüfen und erklären können.
Meine Versuchsplanung
Tipps: Brauchen Sie Hinweise zum Experiment? Dann schauen Sie sich die
bereitgestellten Tipps zu M 5 an. Die Tipps sind durchnummeriert. Fangen Sie
bitte mit Tipp 1 an.
Allerdings: Die Tipps sollen Ihre eigene Planung nicht ersetzen! Sie können sie auch
nach der Durchführung des Experiments als Kontrolle lesen.
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M 8 Ein Lückentext zu „Vitamin C“
Setzen Sie die folgenden Begriffe in den Lückentext und Sie werden
viel Wissenswertes über Vitamin C erfahren.
ausgeschieden – Citrusfrüchte – Ernährung – Erstisolierung – Glucose – Handelsschiffe
– 100 mg / Tag – Infektionen – Lebensalter und Lebensweise – Nebennierenrinden von
Rindern – Nobelpreis für Chemie – Obst und Gemüse – Redoxreaktionen – Schwäche
– Therapieerfolge – Überschuss – Seefahrerkrankheit – 60 000 Tonnen – Skorbut –
Stoffwechselprozessen – täglich – Tiere und Planzen – Tod – Nahrung – Versorgung –
Vitamine – Zahnausfall – Zufuhr – 20. Jahrhunderts
Der menschliche Organismus braucht ____________ zur Aufrechterhaltung vieler
lebensnotwendiger Körperfunktionen. Da er diese nicht selber herstellen kann, sind
wir auf die ___________ dieser Vitamine über die ______________ angewiesen.
Vitaminmangel macht sich am Anfang vor allem durch die Anfälligkeit für
_____________ bemerkbar. Die bekannteste Vitamin-C-Mangelerkrankung ist
____________. Diese Krankheit plagt die Menschheit schon seit dem Altertum, wurde
aber als ___________
________ erst richtig bekannt. Die Entdeckungsreisen
der __________________ nach Indien, Ostasien und Ostafrika dauerten im 16. bis 18.
Jahrhundert oft mehrere Monate bzw. Jahre. Die __________________ der Seefahrer
war wegen der langen Zeit auf See problematisch. Eine rätselhafte Krankheit, Skorbut,
trat hervor. Typische Symptome sind Blutergüsse, Schwellungen, vor allem des Zahnleischs, ____________, Blutarmut, ___________ und letztlich der _______.
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Der schottische Arzt James Lind stellte während einer Seefahrt fest, dass Seeleute,
die _______________ zu sich nahmen, nicht erkrankten. Seine publizierten
_ _
_________
_____ fanden jedoch bei seinen Kollegen nicht die nötige
Beachtung. Erst im frühen 19. Jahrhundert schaffte man es, durch die entsprechende
_______________, die Krankheit weitgehend zurückzudrängen.
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Die Entdeckung von Vitamin C als eigenständiges Vitamin fand Anfang des
______________________ statt. Die __________________ von Vitamin C gelang dem
ungarischen Biochemiker Szent-Györgyi Nagyrápolt. Er isolierte es aus ____________
__________________________. Wie wichtig Vitamin C ist, zeigt die Tatsache, dass es
für die synthetische Herstellung den ______________________ gegeben hat. Vitamin
C wird heutzutage großtechnisch hergestellt. Über _____________ werden jährlich
hergestellt.
V
Der Mensch kann Vitamin C nicht herstellen, ___________________________ können
dies jedoch. Die biochemische Synthese geht in beiden Fällen von ___________ aus.
Ausgehend von dieser Verbindung wird Vitamin C auch großtechnisch produziert.
Die Bedeutung von Vitamin C für unseren Körper liegt in der Fähigkeit des Vitamins,
___________________ eingehen zu können. Das Redoxpaar Ascorbinsäure (Vitamin C) /
Dehydroascorbinsäure („oxidiertes Vitamin C“) spielt bei _________________________
eine wichtige Rolle.
Die Frage, wie viel Vitamin C wir ____________ zu uns nehmen müssen, lässt sich nicht so
einfach beantworten. Sie hängt von den Faktoren _______________________________
ab. So müssen Raucher mehr Vitamin C zu sich nehmen, genau wie schwangere und
stillende Frauen. Für Erwachsene wird eine tägliche Dosis von __________________
empfohlen. Größere Mengen zu sich zu nehmen, lohnt sich nicht, da ein
_______________ an Vitamin C über die Niere ________ _
______ wird. Eine ausgewogene Ernährung mit genügend __________________________ reicht jedoch
aus, um den Vitamin-C-Haushalt im Gleichgewicht zu halten.
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M 13 Glossar
Brønstedbase: Chemische Verbindung, die Protonen aufnimmt.
Brønstedsäure: Chemische Verbindung, die Protonen abgibt.
Bürette: Langes Glasrohr mit Milliliterangabe und Hahn. Wird benutzt, um gezielt
eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit abzugeben. Der Verbrauch kann dann direkt
an der Bürette abgelesen werden. Wird in einer Titration zur Gehaltsbestimmung
bestimmter Stoffe eingesetzt.
Dehydroascorbinsäure:
(Vitamin C).
Oxidierte Form der Ascorbinsäure
Elektronenakzeptor: Chemische Verbindung, die Elektronen
aufnimmt.
Elektronendonator: Chemische Verbindung, die Elektronen
abgibt.
Glucose: Traubenzucker, Dextrose. Kommt häuig in süßen
Früchten vor. Im Organismus tritt Glucose im Blut auf (normaler
Blutzuckerspiegel: ca. 0,1 %).
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Glutathion: Tripeptid, welches in Hefe vorkommt. Es geht leicht in das entsprechende
Disulid über und wirkt somit als Überträger bei Redoxprozessen.
Indikator: Farbstoff, der seine Farbe abhängig vom pH-Wert ändert. Indikatoren
werden zur pH-Wert-Bestimmung, aber vor allem bei der Titration eingesetzt. Den
Bereich, wo sich die Farbe ändert, nennt man Umschlagsbereich.
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Natronlauge: Lösung von Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser. Im Wasser liegen Na+ und OH- - Ionen vor.
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Nitritpökelsatz: Kochsalz (Natriumchlorid – NaCl) mit 0,4 bis 0,5 Prozent Natriumnitrit (NaNO2)
V
Nitrosamine (R2N-NO): Entstehen aus sekundären Aminen und salpetriger Säure.
Sind krebserregend.
Oxidation: Die Abgabe von Elektronen.
pH-Wert: negativer dekadischer Logarithmus der H+ -Ionen-Konzentration. Beindet
sich der pH-Wert zwischen 0 und 7, ist die Lösung sauer. Zwischen 7 und 14 ist sie
basisch. Wenn der pH-Wert genau 7 beträgt, ist die Lösung neutral.
Phenolphthalein-Lösung: Farbstoff, der als Indikator bei Säure-Base-Reaktionen
eingesetzt wird. Ist im sauren Milieu farblos, im stark basischen rosa.
Protonenakzeptor: Chemische Verbindung, die Protonen aufnimmt.
Protonendonator: Chemische Verbindung, die Protonen abgibt.
Redoxreaktion: Reaktion, bei der Oxidation und Reduktion gleichzeitig ablaufen.
Reduktion: Die Aufnahme von Elektronen.
Silbernitratlösung: Lösung von Silbernitrat (AgNO3) in Wasser. Im Wasser liegen
Ag+ - und NO3 - - Ionen vor.
Skorbut: Vitamin-C-Mangelerkrankung, auch als Seefahrerkrankheit bekannt. Symptome sind Blutungen, Schwellungen, Blutergüsse, Zahnleischbluten und Zahnausfall.
Führt bei andauerndem Vitamin-C-Mangel zum Tod.
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Erläuterungen und Lösungen
Erläuterung (M 1)
Das Material M 1 soll den Schülern eine Einführung in die Methodik „Interaktionsbox“
geben. Als Variante ist es möglich, diese Einführung zentral durchzuführen. Es ist
sicherlich sinnvoll, kurz auf die Experimente und zu verwendenden Chemikalien
einzugehen. Statt einer Präsentation am Ende der Erarbeitungsphase kann auch ein
Protokoll angefertigt werden. Auch dieses Protokoll sollte die Vorgehensweise bei der
Erarbeitung beinhalten.
Erläuterung (M 3)
Vitamin-C-Teststäbchen können über den Laborhandel bezogen werden und kosten
etwa 20 Euro für 100 Stück. Die Farbreaktion, die bei Teststäbchen abläuft, beruht
auf der Reduktion des gelb gefärbten Phosphormolybdatokomplexes durch Ascorbinsäure zu Molybdänblau.
Erläuterung (M 4)
Frisch gepresster Orangensaft und gekaufter zeigen oft große Unterschiede im
Vitamin-C-Gehalt. Oftmals ist gekaufter Saft mit Vitamin C angereichert. Der Vergleich
bietet eine gute Diskussionsgrundlage.
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Die Lösung von Tillmanns Reagenz ist möglichst frisch herzustellen und dunkel aufzubewahren. Hierzu werden 3,2941 g 2,6-Dichlorindophenol-Natrium-Salz-Hydrat in
einem Liter destilliertem Wasser gelöst. Die Konzentration beträgt bei der Angabe
0,01 mol/l.
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Ein Verbrauch von 1 ml Tillmanns Reagenz entspricht 1 mg Vitamin C. Wenn man den
genauen Gehalt an Tillmanns Reagenz bestimmen möchte, ist eine Eichtitration mit
einer Ascorbinsäure-Lösung zu empfehlen. Es empiehlt sich, den Schülern mitzuteilen, welcher Verbrauch an Tillmanns Reagenz welchem Ascorbinsäure-Gehalt
entspricht. Tillmanns Reagenz und Ascorbinsäure reagieren im Verhältnis 1:1. Wenn
genügend Zeit zur Verfügung steht oder man diese Zeit investieren möchte, kann
man die Eichung und anschließende Berechnung auch durch die Schüler durchführen
lassen.
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Lösung (M 4)
Der Vitamin-C-Gehalt in gekauftem Saft ist meistens höher als der Gehalt in frisch
gepresstem Orangensaft. Der Gehalt bei dem frischen Saft ist natürlich stark abhängig
von der Qualität bzw. der Frische der Orangen.
Zusatz-Experimente: 2. Der Vitamin C-Gehalt nimmt beim Erhitzen ca. 20 % ab.
3. Nach 3 Tagen an der Luft ist die Abnahme ca. 15 %.
Erläuterung (M 5)
Die folgenden Tipps sollen in getrennte und entsprechend beschriftete Umschläge
(z.B. M 5 – Tipp 1) in die Interaktionsbox gegeben werden.

Tipp 1:
Bestimmen Sie mithilfe eines Teststäbchens den Vitamin-C-Gehalt einer
rohen Kartoffel, nachdem Sie diese mit dem Messer durchgeschnitten haben.
Um sicherzustellen, dass im Wasser kein Vitamin C enthalten ist, sollten Sie
den Vitamin-C-Gehalt im Wasser ebenfalls bestimmen

Tipp 2:
Messen Sie eine genau deinierte Menge Wasser ab und suchen Sie zwei
möglichst gleich große Kartoffeln aus. Schälen Sie eine der beiden Kartoffeln.
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